本文關(guān)鍵詞：考慮溫度荷載的高拱壩靜動力分析與影響因素

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【摘要】：拱壩是一種通用的壩型,在水工結(jié)構(gòu)工程建設中常被國內(nèi)外廣泛采用,大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應力及溫度控制問題,是近年來普遍關(guān)注的問題,在工程實際應用中是非常重要的問題。由于拱壩的體型與其他壩型相比,結(jié)構(gòu)和幾何形狀較為復雜。用有限元分析原理計算分析混凝土拱壩的溫度場和應力場,是拱壩設計的主要方法。準確計算運行期拱壩的溫度荷載對于準確評價高拱壩的抗裂安全度,保障高拱壩的安全運行具有重要意義。在工程中,抗震性能分析已經(jīng)成為關(guān)鍵問題,考慮溫度荷載混凝土拱壩的抗震分析是拱壩安全評價的重要內(nèi)容,本文結(jié)合實際工程項目對論文算例中的混凝土拱壩進行靜動力三維有限元分析,基于ANSYS采用有限元法對考慮溫度荷載高混凝土拱壩的應力和位移做了分析。主要的工作內(nèi)容如下：(1)建立了算例拱壩的三維有限元分縫模型,詳細分析了拱壩的溫度場邊界條件和初始條件,本文應用熱傳導理論和熱-結(jié)構(gòu)耦合理論以及三維有限元法,用通用有限元軟件ANSYS對三維有限元模型進行數(shù)值模擬計算。結(jié)果表明：最大徑向位移與空氣溫度呈負相關(guān)關(guān)系,溫度升高,對壩肩穩(wěn)定不利,對應力有利,壩體最大徑向位移減小,溫度降低,對壩肩穩(wěn)定有利,對應力不利,壩體最大徑向位移增大。(2)對算例拱壩進行了線彈性力學分析,模擬其溫度場邊界條件和初始條件,在溫度場分析的基礎上,進一步進行了應力分析,得到線彈性體壩體在自重、水壓力、泥沙壓力和溫度荷載作用下應力場的發(fā)展變化過程,計算分析由溫度變化產(chǎn)生的變形及應力。以通用工程仿真分析軟件ANSYS為平臺,編制了混凝土拱壩運行期穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)溫度場和應力場的仿真分析程序,具有實時仿真和預測的功能,并且有較好的通用性。(3)考慮溫度荷載高拱壩靜動力分析,對算例混凝土拱壩建立三維有限元模型,基于波動基本理論,研究了譜分析理論和時程分析理論,用有限元動力分析方法基于ANSYS參數(shù)化設計語言APDL編制了反應譜分析和地震動力時程分析求解程序,考慮壩一地基的動力相互作用,進行了靜、動力計算分析,研究了拱壩的自振特性和地震響應。從計算結(jié)果中總結(jié)出拱壩動應力分布情況、振型分布規(guī)律及地震動作用下對壩體產(chǎn)生的影響等,最后總結(jié)出拱壩抗震措施方面的建議。
【關(guān)鍵詞】：高拱壩 溫度載荷 溫度應力 有限元 抗震分析
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TV31;TV642.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 引言9-17
• 1.1 研究背景與意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 溫度荷載對拱壩影響研究的現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 拱壩的抗震及地震響應分析研究的現(xiàn)狀12-14
• 1.3 拱壩溫度場主要研究方法14
• 1.4 本文主要工作內(nèi)容和方法14-17
• 2 溫度場和應力場有限元計算理論方法17-27
• 2.1 熱傳導基本理論17-20
• 2.1.1 導熱方程17-19
• 2.1.2 幾種不同溫度場的概念19-20
• 2.2 混凝土溫度場的初始條件和邊界條件20-22
• 2.3 混凝土的熱學性能22
• 2.4 溫度場和應力場有限元計算22-26
• 2.4.1 穩(wěn)定溫度場有限元計算22-23
• 2.4.2 非穩(wěn)定溫度場有限元計算23
• 2.4.3 溫度應力有限元計算23-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 3 拱壩溫度場和應力場三維有限元模型計算27-61
• 3.1 某拱壩工程概況及有限元模型27-29
• 3.1.1 工程概況27
• 3.1.2 有限元模型27-29
• 3.2 拱壩穩(wěn)態(tài)溫度場三維有限元模型計算29-39
• 3.2.1 混凝土拱壩穩(wěn)態(tài)溫度場的邊界條件29-32
• 3.2.2 計算參數(shù)32-35
• 3.2.3 拱壩三維有限元溫度場分析計算結(jié)果35-37
• 3.2.4 與設計規(guī)范溫度荷載的計算結(jié)果比較37-39
• 3.3 拱壩三維有限元模型位移和應力計算39-51
• 3.3.1 計算參數(shù)及計算工況39-40
• 3.3.2 拱壩的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析40-41
• 3.3.3 位移和應力計算結(jié)果41-51
• 3.4 拱壩瞬態(tài)熱分析51-59
• 3.4.1 混凝土拱壩瞬態(tài)溫度場分析的初始條件和邊界條件51-55
• 3.4.2 混凝土拱壩瞬態(tài)溫度場計算過程55-56
• 3.4.3 混凝土拱壩瞬態(tài)溫度場計算結(jié)果56-59
• 3.5 本章小結(jié)59-61
• 4 拱壩三維有限元反應譜分析61-79
• 4.1 反應譜分析法的基本理論61-62
• 4.2 拱壩靜力計算結(jié)果及分析62-64
• 4.3 拱壩抗震設計的反應譜法計算分析64-78
• 4.3.1 設計地震動參數(shù)64
• 4.3.2 反應譜64-66
• 4.3.3 抗震計算工況及荷載組合66-67
• 4.3.4 模態(tài)分析67-77
• 4.3.5 反應譜計算結(jié)果分析77-78
• 4.4 本章小結(jié)78-79
• 5 拱壩三維有限元時程分析79-89
• 5.1 拱壩動力分析的有限單元法79-80
• 5.1.1 運動方程79
• 5.1.2 求解方法79
• 5.1.3 積分時間步長79
• 5.1.4 地震波的輸入79-80
• 5.2 拱壩時程分析計算80-85
• 5.2.1 計算條件及工況80
• 5.2.2 輸入的地震波80-85
• 5.3 拱壩時程分析計算結(jié)果85-88
• 5.3.1 拱壩加速度、速度和位移響應時程分析85-86
• 5.3.2 拱壩應力響應時程分析86-88
• 5.4 抗震措施及安全評價88
• 5.5 本章小結(jié)88-89
• 6 結(jié)論與展望89-91
• 6.1 結(jié)論89
• 6.2 展望89-91
• 參考文獻91-94
• 致謝94-95

【參考文獻】

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本文編號：919057