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文档简介

1、水电站重力坝结构优化设计重力坝是一种大体积挡水建筑物， 其基本剖面是直角三角形， 整体是由若干坝段组成。 主要依靠坝体自重来维持稳定的坝。 重力坝按筑坝材料的不同分为： 混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 重力坝具有耐久性好、抵抗渗漏强、设计及施工技术简单、对地基条件要求相对来说不太高等优势，但重力坝坝体体积大，耗用水泥多，为了获得最优的投资效果，在工程实际应用中，往往要对重力坝结构进行优化设计。重力坝优化设计模型优化结构设计有三大要素，即设计变量、目标函数和约束条件。设计变量设计变量是设计方案的数量描述。 重力坝断面形状由坝高、 坝顶宽度、上下游折坡点位置、上下游坝坡决定。对于一个给定的工程，一般

2、来说坝高是已知的， 坝顶宽度由交通或构造要求确定， 下游折坡点位置由施工及构造要求确定。设上游坝坡由x1 控制，下游坝坡由x2控制，上游折坡点由 x3 控制，故本文取重力坝断面形状 x1、x2、x3为设计变量本优化设计取重力坝单宽坝段，考虑的主要荷载为：自重、扬压力、水压力、泥沙压力。目标函数重力坝的造价主要取决于坝体混凝上的工程量， 取单位坝段（以下计算同）研究，目标函数为断面面积，即（ 2）式中： A（ x）为非溢流重力坝断面面积； H 为重力坝坝高； B0 为坝顶宽度； x1、x2、x3 分别为上游坝坡、下游坝坡、上游折坡点控制参数。约束条件几何约束（ 1）上游坝坡。按重力坝设计规范，

3、本优化取上游坝坡范围 00.5，即 0x10.5（H-x3）（ 2）下游坝坡。按重力坝设计规范，本优化取下游坝坡范围为0.50.9，即 0.5Hx20.9H（ 3）上游折坡点位置。按重力坝设计规范，上游可以是直立面，也可以是倾斜面，故 0x3H性态约束（ 1）应力约束条件。在重力坝设计中，一般来说，坝趾压应力小于允许值是很容易满足的， 即使高坝也可通过加大混凝上标号来解决，而坝踵的应力要满足规范，按重力坝设计规范，考虑扬压力后的坝踵正应力 坝踵（以产生压应力为正） ，折点 C 处正应力 C 应满足：（ 2）抗滑稳定约束条件。按重力坝设计规范，取抗剪断强度公式计算：重力坝断面优化设计的数学模型综

4、上所述，重力坝断面优化设计的数学模型为：求解方法本优化设计与其他优化设计的对比为了验证优化设计，现将其进行对比，其设计资料为：某重力坝非溢流断面，己知坝高110m，计算水位 95m（设坝基面标高0m），下游水位 5.0m，坝顶宽度 7m，下游起坡点高程为100m；混凝上容重为24kN/m3；水容重为10kN/m3 ；泥沙高程30m，其浮容重为8kN/m3，淤沙的内摩擦角为 20°；排水管幕处扬压力折减系数 取0.3，至坝踵距离为 8m；坝基接触面抗剪摩擦系数为 0.7，允许抗滑稳定安全系数。从中可以得出， 本文优化的结果更好， 坝踵应力和坝址应力均比其他的小，同时断面面积也比 2 其他的小，可节约 12.1%的工程量。通过对比，说明本文的优化设计更具有通用性。结语总之，优化设计结果表明所得到的断面面积的优化

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