高拱坝体型比较及横缝模型改进研究

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拱坝属于高次超静定结构,坝体几何形状复杂,是一种体型优美且安全度较高的坝型,在高坝建设中占有重要的地位。随着我国日益增大的能源需求,我国对水能资源的开发利用也进入了一个快速发展的时期。近年来修建的大型水利工程,大多都是200~300m级的特高拱坝方案,比如已经建成的锦屏一级拱坝和小湾拱坝等。这些高坝安全性能极为重要,一旦失事将对下游人民群众生命财产安全和国民经济构成重大威胁。高拱坝工程经验不足,对高拱坝应力状态进行准确的评估极为重要。本文结合我国某高拱坝实际工程项目,与导师合作编制了拱坝静力分析程序,同时,针对横缝的工作特点,提出了一种改进的横缝接触模型,可以考虑横缝的初始抗拉强度和切向约束随键槽高度而变化的特点。  根据拱梁分载法基本原理,采用Fortran语言编制了五向调整的拱坝静力分析计算程序。程序能够考虑自重、温度、水压力等荷载作用。应用该程序对自行设计的抛物线、椭圆和对数螺线三种拱圈型式的坝体进行位移和应力计算及分析比较,并从中选出相对较优的坝型。  本文在B-可微方程组形式的横缝接触模型基础上,针对法向、切向约束条件进行了修正,提出了考虑横缝初始抗拉强度、键槽切向抗剪力与张开度相关的修正接触模型。数值试验表明:一方面,当拱坝上游水位较低时,坝体上部的拱向压力较小,温降荷载可能会引起拱向拉应力,本文提出的模型可以通过考虑法向初始抗拉强度,使得这种拉应力可通过横缝在相邻坝块中进行传递;另一方面,由于键槽切向约束与张开度相关,因此,当横缝张开时,仍能提供一定的切向约束。即本文提出的横缝计算模型将有助于更合理地模拟静荷载作用下拱坝横缝的工作形态。
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