高拱坝表孔应力特性及敏感性分析

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对于拱坝,表孔泄洪具有显著的优越性,为满足水力要求,表孔上、下游均设有很长的悬臂结构。因此,设大表孔的拱坝,其表孔及悬臂结构的应力状态及安全度是设计人员十分关心的问题。目前高拱坝都趋向于较大的表孔尺寸,增强其泄水能力,而大表孔对坝顶的整体性削弱较大,以前虽然有许多对拱坝表孔局部的计算分析,但系统性的研究表孔尺寸及边墩厚度对其应力分布规律的影响的分析并不多,本文采用大型有限元软件ANSYS结合某工程实例,系统的计算分析了设置不同表孔宽度,高度,闸墩厚度及牛腿和大梁方案对表孔应力分布的影响,最后对表孔进行了动力响应分析。  本研究主要内容包括:⑴设置大粱后阻碍了边墩产生变形释放应力,使得边墩与大梁交界部位x,y向应力显著增大;设置牛腿后破坏了坝顶的连续性,降低了坝顶的刚度,使得位移x,z方向位移增大。⑵增加边墩宽度能够有缓解拱坝对边墩产生的推力,随着边墩宽度增大,降低应力值的效应逐渐变弱。⑶当孔口宽度15m时边墩及中墩顺河流方向(x方向)及竖直方向(y方向)最大拉应力值最小,当表孔宽度增大时,中墩及边墩的x和y方向的拉应力值明显增大。溢流堰及上下游悬臂结构的最大值与表孔宽度的关系是:表孔宽度越大,x方向最大拉应力值越大,z方向最大拉应力值越小。⑷边墩和中墩的y方向最大拉应力值随表孔的高度增大而增大,且增大幅度较大,闸墩y向应力受孔口高度影响较敏感,在设计中不宜设置较高的表孔。
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