混凝土的重力坝体型优化设计

实用标准文案九、 混凝土重力坝的抗震优化设计混凝土重力坝结构简单，施工方便，工作可靠，以其快速经济大有取代常规混凝土坝的趋势。一般重力坝体积庞大， 对坝体的断面形状进行优化设计， 可以节省材料和减少工作量，从而产生经济价值。重力坝是在水压力作用下，依靠坝自重产生的抗滑力来维持稳定的， 必须满足以下三项基本安全要求：（a）坝不会沿坝内任何水平截面或沿坝和地基的接触面或沿坝基内地质面发生滑动破坏； （b）坝不会在坝内任何水平截面上或和地基的接触面上发生倾覆破坏；（c）坝体和地基内的应力不能超过混凝土和坝基材料的安全容许值。其中抗滑稳定和应力条件必须满足。至于倾覆安全，由于在倾覆破坏前，一般都会出现坝踵拉裂、 扬压力增大、抗剪能力减小和坝趾混凝土被压碎等现象，倾覆安全已经自然满足，所以，通常不必校和抗倾覆的安全，只要满足抗滑和应力安全要求。在进行坝体设计以满足上述安全要求时， 必须对作用在坝上的荷载、荷载组合、坝和地基材料的性质作出一些假定。作用在坝上的荷载可归纳为两类： 一类是主要的、肯定的、可以根据材料特性准确计算的荷载，包括水荷载和自重荷载。 另一类则是不肯定的、需要设计人员作出判断和一定假定才能近似求出的荷载，如扬压力、地震荷载、泥沙压力、风浪压力、冰压力、温度荷载等。关于混凝土重力坝优化设计， 前人在这方面做了许多有用的结论。 在进行断面设计的时候，在静力和动力工况下，保证坝体不沿坝内层面或坝基面或地基中的软弱结构面产生滑动的情况下，尽量减少坝体与地基的接触面，减少扬压力，精彩文档第四章 混凝土重力坝抗震优化设计进行优化设计。本文正是基于这种前提对混凝土重力坝的断面优化设计做一些分析与探讨。（一） 优化设计变量重力坝断面优化设计的变量：X x1 x2 x3x1、x2和x3的意义如图4－4所示。图4－4 坝体优化变量（二）目标函数目标函数取单位坝段的断面面积 W(X)。（三） 基于材料力学法的混凝土重力坝抗震优化设计、约束条件36实用标准文案1）基本组合（正常蓄水位）下的约束条件坝趾抗压强度承载能力极限状态设计约束条件0S(GGK,QQK,aK)1R(fK,aK)（4－18）d1m作用效应函数S(?)(WRMRTR)(1m22)（4－19）ARJR抗压强度极限状态抗力函数R(?)fc或R(?)fR（4－20）结构重要性系数 0，基本组合结构系数 d1，设计状况系数，材料性能分项系数 m，其它符号意义见《混凝土重力坝设计规范》DL5108-1999）。（b）正常使用极限状态计算约束条件坝踵垂直应力不出现拉应力（计扬压力）WRMRTR0（4－ARJR）此时，荷载用标准值，不乘作用分项系数。c）坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态设计约束条件0S(GGK,1fK,aK)（4－22）QQK,aK)R(d1m作用效应函数S(?)PR（4－23）抗压强度极限状态抗力函数精彩文档第四章 混凝土重力坝抗震优化设计R(?) fR WR cRAR （4－24）结构重要性系数 0，基本组合结构系数 d1，设计状况系数 ，fR的材料性能分项系数 m，cR的材料性能分项系数 m，（d）对于坝基岩体内存在软弱结构面等情况（见图） ，需核算深层抗滑稳定时，深层抗滑稳定极限状态设计约束条件0S(GGK,1fK,aK)（4－25）QQK,aK)R(d1m作用效应函数S(?)Pd（4－26）Pd——作用于深层滑动面的全部切向力之和；抗压强度极限状态抗力函数（对于上章图 3－1所示情形）(WG1)(fd1cossin)Q2fd1U1cd1A1U3（4－R(?)fd1sincos27）式中：G2(fd2cossin)U2fd2cd2A2U3(fd2sincos)Q2cos()fd2sin()（4－28）结构重要性系数0