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文档简介
XX水利水电学院毕业论文任务书论文题目:XX桥碾压混凝土重力坝正常蓄水位应力和位移分析专业:工程力学班级学号:XX姓名:缸指洗导挨教巨师陵消:霜棋设酸计够期酸限预你:败2括0宅1椒0瞒年书3际月披5谎日捷开电始内2抽0异1定0抹年宾6曲月勺6分日畜结酱束匠院辆系你:灾X惰X六学包院跑2雅0谷1斯0赛年万3猾月验5撒日微一教、介毕腥业麻论获文舱的击目凭的繁高拘等吗学凳校虑本桶科喜毕校业续生披需尘要尸较央好康的寨掌丈握山本狭门嫁学司科藏的估基绣本敏理纤论匠、陡专斗业巩知库识脑和掌基般本药技裕能播;盒同毙时像具棕有飘从庄事派科贡学巨研筛究吓工鸡作冈或烛担爹负留专进门潮技识术尊工肠作鄙的恼初贴步响能衔力绸。初本窃科旬毕阔业劳生仍通默过涂课浆程尖学圣习且和冶毕付业聪论唇文淹(倍毕止业葬设毁计都或名其颜他胡时教间筹环蜡节欣)苏来屯达溜到屯掌栏握息知血识倍和怠培塔养事能筐力济的戏目锅的多。届毕燃业笼论寻文吧是揭学亮生乳集密中壳利酿用略一晴定肿时壤间乳,硬综字合滋利蔬用完所侵学伴理铸论劣知遍识饶在轨教诚师洒的讯指种导锯下绪解窜决描一邻些崭与匪实扒际燃工论程洗相盘关姐的驱问厘题可。群学隐生厕在羞教梅师萌指精导皂下窄,擦独福立奥查愤阅侮相捡关沟文趣献轰资子料每,查了溜解尖理厌论滑知浇识唐在芽实塔际稳问裂题仓中宴的肯应病用翻方奥法订,窜然源后刃在灵自框己泼利裙用炒所晒学健理衫论尿知烧识抓来昌解扫决录类窃似惯问伙题盛。洋以翅此瞒较绞好园的府掌情握护本帮门扣学攀科哥的较基泰础例理斧论罪、挑专韵门初知染识去和苏基决本取技伞能污,遇培辞养厨从婚事蹈科泪学涛研泄究犹工闸作齐或太担努负邪专漫门祥技摸术晒工胸作街的炕初朱步乞能远力忌,着并起且肯也谱反楚映果学兽生狂对常所催学任知汇识餐的烈掌抓握怪程潮度类和兔对付教婆学桨工碑作毁的凡总瓜体洋评丙价挡。类二斩、士主怜要矿内窝容进重锹力阅坝尤因般其确结胆构俭简座单趁,槽工蚁作潮可晃靠侵,喊一院直嫌是竟我帆国梢水六利棋水惨电市工办程浮中仁采侄用值的虫主圆要拾坝舌型碗,或在属水跑压米力蜜作迷用各下惯它肚主兴要陕依软靠绍坝搏体垄自蚁重贿产兄生计的晕抗东滑皂力拜维痛持鹅稳猎定中,陷筑胁坝牛材邪料福为拔混冈凝国土光或互浆饶砌舒石驰,识随机着凶水旱利膊水输电念建灭设乏的小蓬闯勃渐发软展眨。粱近检代辫大道多票数绸水减利省水锡电规多驾采味用均混储凝魄土变重罚力裂坝羡,沫碾龙压膨混稻凝虾土悔重胞力香坝趁是早将肝土具石捞坝伯碾浓压塌技判术浓与亮混陆凝浙土牺坝委施礼工口特偶点速结征合遣在遍一论起系的津筑纽坝氧新勺技敢术辩。园X惰X缴桥掀水滑库谋位便于漂X侦X严河奖左准岸穷支裂流史流烤沙米河滨上鲁游叠,泪是领一剩座罗为终X触X螺河滩瀑插布狭沟怀水叹电忘站郑移搏民仍安鸟置毕的程配剑套垫工吗程壳,姥是曾以播满愧足苏汉鼓源脑新取县别城摆的摘城辛市处用锡水由、鲁农拳村伯移蜜民叹安桌置椅区转的桐生协活丰和漆灌库溉蚀用丢水理,艇并职合鲁理菜安挣排每渠恢道吵沿谦线蒜农让村厉的经生碍活浇、盟灌糖溉欣、浮乡膛镇汗企余业慌用公水围及亩环约境的用蚁水爽等钩综珍合抱利沉用葱的策中颠型献水咸利思工乘程拼。叠X姓X邀桥胖坝柴址桑位圾于券飞困水戒沟始口议下拌游唤较棍狭阅窄伸的章“训U胁”刊型弦河逝段赌,鸟河顾流锄总丙体炎由带近惜东圾西说向曲转胳为把近县南布东恰向手流震经杜坝已址涂区岂。匹坝马址百河呀谷番较编狭架窄眠呈启“婆U恒”海型坑,框两夺岸移地占形饿呈身上楚缓莲下夹陡欧的竟地巨貌轻形永态穷,啄左堆岸程以篇m严高艺程捷为猫界音,吗下手部移地敌形匙为接凹选向知山利内唯的并悬焰崖混状座陡仅壁雕,键上色部崇地悼形浮平店缓蓄,泰一会般际地糖形来坡福度静;裹右搭岸遵以栏m梨高预程吴为混界谜,骗下印部狗地孤形坡坡娘度要,勺上请部匀地碌形成坡踢度挪为票。燃坝想址犁两蝶岸昌上柱、洲下哥游隐均域有牛沟蓝谷究切祸割迟,丛尤隔以丰左厌岸延下挪游席石估棕哲材闻切养割骑较亭深就。朗枯唇水懂期舰河作床走水尸面揪高仗程款约催为勺m冠,区宽推约滚m阶。擦坝煮址决两蛾岸浊谷象坡稳陡右峻嘱,异基遣岩罚裸乏露托,妻谷祝底厌及厨两贩岸漏由认志状留迷系哗罗颠惹爬坪惜细引晶杏白沾云港岩夺及以砂赶质粉灰议岩刊组镇成草,瞎底静层掩产浓状剪平便缓淋,战岩蚀体撒较助完槽整蒙,街强箭度超较胶高罩。晒图策1喉:膀重艳力杀坝础剖归面轰计鲜算孟示招意名图衫(盲单锄位昨:液m晌)彻计误算自建弓模短取堆某快坝傍段侵进三行政,朱剖弃面腐如惯图盯1德所扰示六,隶坝指高谅h挣=络1沟0戒3拼m校,艺上垮游搁坡布面拴垂块直筒,溉下粉游烟坡携面会1从:楚0厌.伍7上5清,颗坝甚基脊上首游恶长阴度骄取愉1显.目5贪h稍;读坝请基瑞下柜游描长浆度伏取按2粮h买;爸坝胁基博深神度沸取秧2伶h酿,惭在普地例表醋以睬下译含颗1野m灭厚裹的亲折丧减妹层阳;劫坝宝顶异长役1辜.忍5棒h锣,繁坝征顶梢宽晴0深.绑1极h涨。过上叮游亦水溪位冻为特正芽常蒙蓄膀水狼位竞1研0哀0同m馋下唇游嚷水过位撤不土计欢。觉具梦体项材街料支为挎:栽(馒1雪)率大释坝厨:素坝太体导为炎混满凝剂土角材育料绸,初弹寿性漆模裁量狼E完1嫩=锡2兄.炉5掏G竞P发a息,诚泊砖松铜比拴为胡,铲密工度乌为追k师g孟/钞m享3听;炭(桨2原)侄基蕉岩贪:袜弹想性搬模垦量致E坊2丑=策2分.妄9驴G还P逮a识,纤泊消松摆比头为劲,念密砖度颈为取2后6栽0袍0郑k仁g沟/嚼m戚3马三帮、脊重熊点杨研迅究脆的铺问慈题覆本价课葱题醒重蔽点尘研遇究慢如铅何倦利肠用遮A密N垄S低Y征S荣软乡件碑对绳X竹X雾桥捞碾赖压兔混乓凝洲土珍重傲力庄坝疼的鉴计抖算配分问析剂,粥了翠解乐大宣坝况在庄各烘种集荷橡载纸的颜作矩用沸下题的桃位易移穿与趴应蜘力名状垒态航,模并凡校推核轧该母坝每段项的壳静园力停稳愤定陵性茄,气对质工注程还的归进爪一芒步怎设努计杀和坟施狠工腐提经出帅合令理殃化纵建乡议本,交确燃保哑工横程哀能秃够菊安慧全挡经倾济页的崭运蜡行像。瞒四嘴、轨主油要偿研展究告方茅法掉本哥文制主昏要钻采悟用材通粮用迈的用有跑限著元钓软财件展,告对婆金兴安恳桥耻碾短压怪混低凝庙土待重四力铅坝等的晓弹欠塑貌性倒计叠算歌分搞析付,荣进妙行冶该浅坝办段今的冷结痛构社静泼力歌分恭析压。皱参签照笋有似关创设伸计恰原桑理惩和梢规愈范玉,究来谱加该强蜡理甩论市联判系湖实赌际催解留决黑问溉题惜的去能霉力演。攻计奸算赞建剧模宁对宪该览坝魂段梨进亿行戏,著选解取刺的漫地叹基呈范智围发足杨够越大贸,造四新周吧和医底色部味约鸦束置均次采威用芳滚载轴份支皱座镜,附模市型心能浴充勒分铁反铜映齐基只础什不玉同穗部狂位笛的膜岩烂性闭变胖化欣和港坝醋基赞主寿要眠结扩构室面顶。偏计舍算搁采腐用炉三箩维典弹蝶性旋进阅行宜计系算腥,括对隙于苍平括面斯坝蚂单川元戏采溜用遍p士l俊a蚕n结e林4位2慨单虚元术来熟模促拟乔,支坝纹体哪混惰凝皆土序采歌用粪s使o并l么i缩d备6泛5来单从元局来尽模盆拟循;跟坝沾基叼采诚用吴s京o效l跨i捞d也4鸭5沈单湾元游来匠模皆拟缸,卡进娱行奖材天料葡线员性叹分弊析毯。尊五劈、坦瓦论渡文据成祝果位要枣求雅(目1爷)全对曾工饶程蜘的惧基悄本岛概炼况漠、棒对济X闲X虏桥坑碾摧压信混扫凝青土殃重凑力陷坝友的边受蚂力槽特获点晨以碧及湿计奥算抢分陡析恩方诚法奸加柔以乎适痕当哗的辰总酬结素说滥明叠。忘(膛2不)粪对从本浆文附中需采玻用弓的抽计击算衡方粉法逐的缺原舟理揪、百计腿算龄过赏程齿作叉出旋必抬要算的塌阐脸述反。环(桐3催)此给准出犬本穗课米题伴的秘计触算鞠结料果剂及肚分通析涉说盾明禁。宁六宅、灯其弊他宵X趣X扰水数利甩水咽电肥学亿院狮本肤科蹦生叠毕闲业宋设退计锄开钻题期报婶告伍2秋0谁1触0某年尊3认月带5叫日册学介生铜姓足名盲X弱X滤学触号辱X宰X械专犯业遗工龟程晚力缺学宽题吵目习名贵称淹X趴X颜河登瀑臭布杏沟尽X逗X糟碾析压性混画凝应土宵重地力喊坝错正蔽常优蓄慧水常位浴应汇力差和蹄位闪移据分紫析愚课薯题屯来棚源湿生询产图主绒要牺内节容通1待课暴题宅研渠究栽状捆况巩目坏前高我钞国重已洞建悉成昌的弱各门类慕高块坝宇建者筑凳标欲志遮着逮我桨国表在化复狂杂温地赛质已条骡件协的汉高博拱绳坝伤、讲高嫁混捉凝晴土票面覆板节堆狸石撑坝猜、连高盲碾旷压趋混寒凝肚土谅筑立坝隐技躺术咸、仆设汤计摘和歌科墙研爱诸勇方耳面蚂达胡到柴了丙世何界掉领示先柱水翼平从[哪1煎]赤。蛮1脾.幸1恢碾嚼压糟混妈凝尿土缘的冷发卧展年碾磨压圾混欧凝脾土踏作楼为薄一概种芹干肥硬芒性侮混团合孔材珍料使,艰无倚塌纸落饿度陆,涨有窗别术于以常密态钥混端凝分土讯;龄施照工雪方酒法催按封近蜜于坑土深石鸦坝回的甲填布筑价方雨法练,状采蚊用持通堡仓止薄差层堪铺蒜料铺,碑振绝动沟碾介压晨压苹实老;撕与局常屋规点混膀凝刷土宴相照比字,砌无师论占在牲材必料阁消炎耗典、穴施查工奥效引率蹦,泳还详是奇在胶其东本垦身玩性压能教等微方冠面站都守有虑明班显辅的洲优康越建性俩。毯1拴9缩6司0钩~锡1学9跳6诞1猎逐年跨,斑我页国满台圣湾爷修殃筑伏石田门使坝霸心叠墙叹首汤次辨使赢用滴了这碾董压渡混丹凝梅土释材芒料纱。洋2饼0册求世脑纪培7协0逐默年凑代健初刘期洋,粥意思大供利棕阿台尔押卑歉•宿惹咽拉舱坝核采圣用凶低绝流费态抵混栽凝铁土肿和纽汽贯车稼入烛仓愧、缩全奸断菜面精浇宵筑盏、等机班械宁切藏缝裤等抬施伏工俱工陆艺远,垮虽渠仍顺采自用精振交捣粪器质振扒捣钉,窃并语未忙用间振音动著碾锋碾洁压浅,询但总在依混贷凝膨土裂筑帝坝评技路术寨上倚已恐前奶进网了哲一柴步踏。涛1相9刮7非3倘坟年纺,伍第祖1哨1失育次楚国椅际趟大鹿坝馆会枯议棵提水出辅了吸开健展附“炸混甚凝紧土爬坝治缩付短吊工饮期推、贪提盼高谎经返济列效跨益驴”治的阴研芒究波。和以葬后蠢,血美涉国联、瑞日少本潜等亮都使有匙组占织料地吵开仇展球了穴该排方满面捉的片试无验执研让究蒸工漫作勾,茂终充于肾在杜1罚9候8隶0乒社年韵之喜后傲,议建队成分了参日洽本初的争岛凳地垮川麦碾剪压勇混渴凝招土辉坝辉和竭美补国办的隶柳原溪镇碾瓜压己混播凝嫌土蠢坝别[辱2掘-听4建]宰哀。报此购后渣,踪碾衬压舟混间凝洁土丸筑弦坝阳技尾术轨在炭世睬界广上屡有祖了表长终足范的茎发承展罩。朋我醋国砖的柱碾冒压茧混狸凝演土蒜筑醒坝程技扇术铺从落1窜9货8搬0锻良年迹开数始枝起蓬步歪,崭近未2迈0锣呼多姿年看来水,巨经疾过商广何大穿科邪研标工妙作嫩者瓜和衰从蠢事趣设桐计业、鞠施妹工预的震专禽业季人药员疮的地不坏懈万努监力鲜,弹碾损压互混香凝薄土弹筑串坝键技款术谷已六非智常梁成请熟醒。学截栏至丙2鸦0纳0颤4塑标年备,门已砖建掌成疗的亲碾侵压前混毙凝撤土买坝懂6蔑4胜甩座术,性还解有厉不锦少键的世碾毅压弟混自凝康土仁围爱堰率工晕程神[存2领-拜4举]速。仅综创合贞我瞎国兼碾岂压托混散凝瓦土痛筑跃坝药技四术稍,甘碾搬压机混躬凝撕土膏在蚊配叙合艘比建设胃计岁上绣已做经悉形丽成遇少徒水僵泥闭用锣量响、情高妈粉叙煤童灰士掺振量雅的机特乔点亭[葬5宜]押龟,季达阀到皮世盾界插领锹先浩水遥平乒。泽1宇.玩2与碾朋压跪混绕凝纤土哭的窝展危望炉随嚼着触我莲国皂各业项偶科饮研延工榆作寻的翻深芦入梳、秤设闸计书理简论丹的驰完揪善候、番施仇工皇方施法突的筛改贵进形,驾碾总压鲁混莫凝皇土理筑晕坝阀技猜术秘取翁得环了君飞是快闷的孟发杰展椒。比就敬当使前取国虑内瘦已拾建群和预在秋建兰工翻程萄而顷言翅,柳结柜合虹我衫国盏北虽方旅气交候贯特坝征烘及划当抄前叛研侮究洋成啊果将,求仍价有扑一袍些替问小题助需吃要糕深抵入辜研蝴究慧探位索趋,炮部腔分薯工街程尤技塌术刃问设题粥需升要用解啊决庄。原①舅碾三压迎混予凝漫土瞎裂圣缝刑是忘一忍个译普按遍肃性促问愤题木。哑在驳北岗方规确锈定泽气侮温稍、读大故气安相冻对污湿鞋度丙、陈风萌速振及虽太任阳锁辐驶射乱等弯条兄件松下两,竖研胶究械裂驱缝戒开竖展互机繁理行、缝发碗展价规制律任及申相香应访的削解妇决枯方疮法葬将貌是贞未猎来距的鸡研引究研内胃容任;米此潮外敬由宽于腿碾伍压烤混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持不变。(2)选择适当的位移函数,用单元结点位移表示单元内任一点的位移,其矩阵形式为:(2-1)式中:——单元内任意一点的位移向量;——单元节点的位移向量;——单元形函数矩阵;(3)建立节点位移与应力、应变之间的关系:①首先通过位移函数用节点位移表示单元内任~点的应变:(2-2)式中:——单元内任一点的应变;——单元应变转换矩阵;②由虎克定律推导出单元内任一点的应力与节点位移之间的关系式:(2-3)式中:——单元内任一点应力;——与材料属性有关的弹性矩阵。(4)根据能量原理,用等效节点力代替单元应力,并利用单元应力与节点位移之间的关系,建立等效节点力与节点位移之间的关系。(5)将单元所受荷载,按静力等效原则转化到节点上。(6)在每一节点上建立静力平衡方程,形成线性方程组。(7)解方程组,求出单元节点位移,进而求出单元的应力。有限单元法是一种有着坚实的理论基础和广泛的应用领域的数值分析方法。其应用己由弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题,由静力平衡问题扩展到稳定问题、动力问题和波动问题。推导有限元公式系统的方法有三种,即直接法、变分法和加权残值法。从选择未知量的角度来看,有限单元法可以分为三类,即位移法、力法及混合法,其中最常用的是有限元位移法。可以预计,随着现代力学、计算数学和计算机技术等学科的发展,有限单元法将会成为一种非常重要的数值分析工具。2.2混凝土重力坝坝体应力分析方法随着我国水利水电工程建设的蓬勃发展,很多高坝大库逐步在我国的江河上兴建,其强度和稳定是大坝安全的两个非常重要问题。稳定问题也就是说是抗剪强度问题,强度问题的研究,实际上就是内力、应力、变形和位移的研究。坝体应力不超过材料的强度,变形和位移不超过大坝正常工作状态下的最大值,就可以认为坝体处于正常运行状态。因此,应力分析是判断大坝是否安全的很重要的因素。在应力分析方面,现代重力坝主要采用三种分析方法:材料力学法(亦称重力法)、弹性理论法和有限单元法。材料力学法是设计中最普遍也是最常用的,材料力学方法有四个假定:=1\*GB3①假定大坝是连续的;=2\*GB3②假设大坝是均匀的;=3\*GB3③假设大坝是各项同性的;=4\*GB3④假定垂直正应力呈直线分布。因而,计算比较简便,适用面相对比较广,适用于各种坝体外形和各种荷载。而且经过理论上和模型试验的反复验证,以及大量己施工坝的实际考验,有比较成熟的应力控制标准,虽然它并不能反映坝体内实际的应力情况,如不能反映地基、孔口的影响,但却能控制大坝的强度安全,已成为规范中普遍采用的方法。我国《混凝土重力坝设计规范》(DL5108-1999)[15]乜们中就规定了30~70m的低坝,按材料力学法计算坝的应力,无需进行其他的研究;对70m以上的高坝也是按材料力学法计算,宜同时进行模型试验或采用有限元法进行研究。用弹性理论求解重力坝的应力始于19世纪末,首先是利用经典的弹性理论求解无限楔体在自重及某些边界力作用的应力分布。从20世纪初到20世纪中叶,世界各国的研究者们又提出过多种计算应力的方法。如平板模拟法、格栅模拟法等,这些方法能给出符合相容条件的精确解答,求得大坝及坝基内的应力和变形,但计算很费时,在实际应用上受到限制。60年代以后,有限单元法的出现为弹性理论法的应用开创了新的局面[16]。有限单元法完全可以考虑复杂的边界条件和荷载情况、坝体与地基的接触区、不同混凝土材料的分区、地基的复杂地质结构等问题,使应力分析能了解坝体不同部位的应力大小和分布。再加上计算机技术和软件工程的发展,使大坝的设计更精确和便捷。因此,有各国学者都认为弹性理论会给出和实际应力更接近的近似结果。并可以给出大坝和地基内应力、位移分布的全部,显示出局部应力较高的区域,给设计者提供参考,为设计的合理性打下了坚实的基础。但是有限元计算结果的可信性主要依赖于所用参数,参数能否反映实际情况与计算结果有很大的关系。坝体角缘处的应力集中和失真现象还比较严重,世界各国迄今尚未制定出与之相适应的应力控制标准,有限元法并不能完全代替传统的应力分析方法。材料力学法利用材料力学法[17]对大坝模型应力分析,大坝模型简化为悬臂梁结构,取厚度为,受力图几何尺寸如下:横截面对中性轴的惯性矩为:在A—a截面上的惯性矩为:m4悬臂梁在横截面上任一点处弯矩的计算公式为:在A—a截面上的弯矩为相应的最大弯矩,则:Nm纯弯曲时横截面上任一点处正应力的计算公式;MPa图1:几何尺寸(单位:m)图2:受力图弹性力学法假设大坝是为无限长,以任一横截面为面,任一纵线为z轴,则所有一切应力分量、变形分量和位移分量都不沿z方向变化,二只是x和y的函数。因此大坝的问题可以看做平面应变问题[18]来处理。(1)按位移求解平面问题在平面应变问题中,物理方程,即由上列三式求解应力分量,得将几何方程代入,得弹性方程(a)再将式(a)代入平衡微分方程,简化以后,得这是用位移表示的平衡微风方程,也就是按位移求解平面应变问题时所需要的基本微分方程。另一方面,将(a)代入应力边界条件,简化以后,得这是用位移表示的应力边界条件,也就是按位移求解平面应变问题时所用的应力边界条件。(2)按应力求解平面问题平面问题的几何方程,,将对的二阶导数和对二阶导数相加,得由于则,这个关系式称为变形协调方程或相容方程。对于平面应变的情况,将物理方程代入相容方程,得(b)利用平衡微分方程,可以简化式(b),得对前一方程对求导,后一方程对求导,然后相加,对于平面问题,可以证明:如果满足平衡微分方程和相容方程,也满足了应力边界条件,那么,在单连体的情况下,应力分量就完全确定了。2.3坝基变形对重力坝应力分布的影响坝基的应力计算是坝体的重要内容,用弹性理论计算无限高的三角形断面重力坝的应力,结果表明沿水平计算截面上的、都是呈直线分布的结果,与材料力学方法的计算结果相同。但是实际的重力坝高度是有限的,特别是地基受坝体传来的荷载作用后,与材料力学方法中坝底变形后仍为直线的假设不符,必然引起应力调整,托尔克(Tolke.F)最早提出了坝基与坝体具有不同弹性模量时的坝体应力分析方法[18]。先将坝体和坝基分别考虑,并将坝体视为承受边界荷载及自重的无限楔体中的一部分图(a),选定坝踵及接触面OX为参照点及参照线则:(2-4)然后考虑地基。将上面所得的坝底应力作为荷载施加在地基边界上,并用并用(2-5)式中、、表示刚体运动的常数,将(2-4)式中的、代人上式积分,显然,,即接触面上的变位并不协调,必须加上校项才能反映出真实的应力状态。对于图示的无限楔体,考虑如下的应力函数:(2-6)无论取何值,是个复谐函数,都可以作为应力函数。令两条边界上的为0,可以确定的条件方程:(2-7)对于、t均为复数()的情况,满足上式的有无限多个,可以依次记为t1、t2、…tn…。对与每一都有一个相应的自应力函数,在(2-6)式中,以上下游边界上的为0的条件代人后可化为:-(2-8)是该应力函数项的待定常数。在坝底:(2-9)把自应力产生的坝底边界应力、作为地基表面荷载,并代人(2-5)式求其产生的地表变位,记、,(2-10)一般要用数值积分法求出若干个点上的值,引入自应力项的目的是消除坝基接触面的变位闭合差,即:(2-11)式中。一般最多到,(为下游面为的坡)2.4重力坝坝踵的应力集中问题假设无线平面角在所设荷载下的应力函数为、,为基本应力。但是这一解答与实际情况尚有差距。为此,在基本应力函数上加以校正项,为自应力函数,表示为:(2-12)式中是复数,为第n个角缘函数,对于自应力函数或本证函数,设有一个平面叫,找到一个函数,使它满足当时:(2-13)即不引起角两条边界上的边界值的变化考虑勃拉兹函数:(2-14)注:在时需满足:(2-15)简单处理只取两项,即(2-16)以上游角而言,取,边界上的主应力:(2-17)(2-18)在坝底上,可用以下公式,但只限于计算离坝踵很近的区域:(2-19)以上式中的由以下公式确定:=1\*ALPHABETICA.水压力,即边界上均匀压力,在上有变化压力:(2-20)(2-21)B.重力,设重力G的作用方向与x轴成角:(2-22)(2-23)当时,常小于零,故当常趋于无穷大。说明坝面与基础成直线相交时,在交点处的弹性应力理论上会达到无穷。实际上,不会如此,若取:(2-24)在边界上满足、,使在、时,;且、时,得:(2-25)于是沿边界的应力公式:(2-26)第三章坝体有限元模型3.1工程概述简介XX桥坝址位于飞水沟口下游较狭窄的“U”型河段,河流总体由近东西向转为近南东向流经坝址区。坝址河谷较狭窄呈“U”型,两岸地形呈上缓下陡的地貌形态,左岸以1500.00m高程为界,下部地形为凹向山内的悬崖状陡壁,上部地形平缓,一般地形坡度100~200;右岸以153.00m高程为界,下部地形坡度700~800,上部地形坡度为250~350。坝址两岸上、下游均有沟谷切割,尤以左岸下游石棕材切割较深。枯水期河床水面高程约为1448.52m,宽约13~15m。坝址两岸谷坡陡峻,基岩裸露,谷底及两岸由志留系罗惹坪细晶白云岩及砂质灰岩组成,底层产状平缓,岩体较完整,强度较高。计算建模取某坝段进行,剖面如下图所示,坝高h=103.00m,上游坡面垂直,下游坡面1:0.75,坝基上游长度取1.5h;坝基下游长度取2h;坝基深度取2h,坝顶长1.5h,坝顶宽0.1h。上游水位为正常蓄水位100m下游水位不计。计算参数(1)大坝:坝体为混凝土材料,弹性模量E1=2.5GPa,泊松比为,密度为2500kg/m3;(2)基岩:弹性模量E2=2.5GPa,泊松比为,密度为2600kg/m3;(3)清水重度:9.80kN/m3。计算荷载(1)坝体自重:由程序通过输入单元材料重度自动地将体力转化为等效节点荷载施加在相应的计算模型中去;(2)静水压力:水压力大小与自由水面高程及水的重度有关,对各方面分别确定参数,程序自动计算水压力荷载并施加于相应结构单元表面上。3.2计算工况空库。只有在坝体自重作用下正常蓄水位工况。上游水位100m,下游水位不计,3.3模型的建立为了使所建立的力学模型在符合荷载及边界条件下简化计算,确保计算结果的可靠性和计算精度,对结构材料进行简化:坝体混凝土材料符合小变形情况下的线弹性基本假设,即按线弹性理论进行结果计算分析。计算建模取某段坝段进行计算,坝高h=103m,上游坡面垂直,下游坡面1:0.75,坝基上游长度取1.5h;坝基下游长度取2h;坝基深度取2h,坝顶长1.5h,坝顶宽0.1h计算建模取某段坝段进行计算,选取的地基深度为2倍坝体高度,建模时取206m,总高为309m;地基上、下游分别取了坝高的倍和倍,建模时取154.5m和206m,总长为440.325m。三维坐标系以顺河向为X轴,指向下游为正;以竖直向为Y,向上为正;以横河向为Z轴,指向右为正。坐标轴的原点在坝顶(如图3-1)。模型前处理采用大型商业软件ANSYS建模,单元采用六面体单元,在划分网格单元时采取了如下的原则:(1)凡应力较大或应力梯度变化急剧的部位,如坝踵、坝趾部位单元划分应较小较密;反之,应力较小或应力梯度变化平缓的部位,如坝顶、地基边远地区,单元划分的可以较大较疏;(2)单元的形态力求匀称,尤其在重要部位;(3)不同的材料性质如混凝土、岩石以及不同的厚度,应分区划分单元;(4)地基范围应取足够的深度和宽度,根据地基的软弱程度,其弹性模量和坝体弹性模量相差的越大,越应采用较大的倍数。大坝建模采用自底向上法,坝体采用SOLID65单元,坝基采用SOLID45单元,计算中对计算模型的前(x=-154.5m)、后(x=285.825m)、左(z=0)、右边界(z=100m)为位移约束边界,模型的底面(y=-309m)也为全约束边界;上部坝体为自由变形边界。三维整体模型计算网格见图3-2。图3-1坝体及地基图图3-2坝体及坝基网格图3.4单元简介(1)SOLID65单元:该单元具有八个节点,每个节点有三个自由度,即x,y,z三个方向的线位移;还可对三个方向的含筋情况进行定义。适用于含钢筋或不含钢筋的三维实体模型。该单元模型具有拉裂与压碎的性能。本单元最重要的方面在于其对材料非线性的处理。其可模拟混凝土的开裂(三个正交方向)、压碎、塑性变形及徐变,还可模拟钢筋的拉伸、压缩、塑性变形及蠕变。图3-3SOLID65单元的几何模型图3-4SOLID45单元几何模型(2)SOLID45单元:单元具有八个节点,每个节点有三个自由度,即x,y,z三个方向位移。SOLID45单元和SOLID65相似,只是缺少拉裂与压碎的性能。第四章坝体应力和位移分析计算结果中,位移的正负号与坐标轴的方向一致,单位为cm,应力以拉为正,反之以压为负,单位为MPa。在ANSYS软件的附图中,位移的正负号与坐标轴的方向一致,单位为m,应力以拉为正,反之以压为负,单位为Pa。对正常蓄水位工况进行分析,包括对位移、应力进行分析,并附有坝体的各方位的位移变形图和各种应力图。三维坐标系以顺河向为轴,指向下游为正;以竖直向为Y,向上为正;以横河向为轴,指向右为正。坐标轴的原点在坝顶。在分析的过程中考虑了两种工况:工况上游水位(m)工况1空库0工况2正常蓄水1004.1位移分析变形量分析重力坝在静水压力和自重的共同作用下会发生一定量的变形,由于坝体材料为混凝土,其具有一定的抗变形能力,只要坝体的变形量不超过一定的数值,大坝的安全不会受到影响。利用ANSYA软件模拟分析大坝在荷载作用下的变形情况,为了清晰的反映出大坝的变形状态,将比较小的变形量进行一定倍数的放大,两种工况状态情况下的变形情况如图4-1和图4-2所示,有图可以看出工况1:大坝的整体变形向上游水位前倾的趋势,但变形不大;工况2:大坝的整体变形向水压力的方向(即向下游)最大变形在坝顶处。图4-1:工况1整体变形图(m)图4-2:工况2整体变形图(m)位移分析图4-3:工况1的位移云图(m)图4-4:工况2的位移云图(m)图4-5:工况1X方向的位移图(m)图4-6:工况2X方向的位移图(m)图4-7:工况1Y方向的位移图(m)图4-8:工况2Y方向的位移图(m)图4-1~图4-8为坝体两种工况的位移云图,根据软件计算结果得出的两种工况的位移统计表(表4-1)来分析,在不同的工况下,坝体水平向位移等值线基本沿水平向呈层状分布,位移值随坝高的增加而增加,顺河向位移在坝顶处最大,竖直向位移最大值发生在坝体下游面。表4-1坝体典型部位位移统计表(cm)位置工况X(顺河向)位移
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