重力壩靜力分析的案例
基于ABAQUS的重力壩有限元靜力分析
基于ABAQUS的重力壩有限元靜力分析
1. 研究背景
重力壩是我國(guó)已建大壩中的主要壩型，在防洪、發(fā)電、灌溉、供水航運(yùn)、旅游等方面發(fā)揮了巨大的作用，同時(shí)也取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。眾所周知，重力壩主要依靠其自身的重力來(lái)維持壩體穩(wěn)定，其壩體體積非常大，穩(wěn)定性好。但復(fù)雜多變的運(yùn)行工況，以及壩基的斷層破碎帶等原因，也存在發(fā)生失穩(wěn)的概率。因此，重力壩的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)一直都是設(shè)計(jì)和施工中非常重視的問(wèn)題。本次主要以ABAQUS有限元軟件對(duì)某一重力壩不同蓄水位下的工況進(jìn)行分析，最后給出主要結(jié)論和建議。
2. 工程概況
某水電站以發(fā)電為主，兼具防洪、航運(yùn)等綜合效益的水電樞紐工程。該工程樞紐總體布置采用混凝土重力壩擋水，壩體上游中間位置設(shè)有折坡，下游坡比為1:0.7。壩頂寬12m，壩底寬58m。
工況設(shè)置
取上游水位為102m，下游水位為33.2m。
表1 計(jì)算工況設(shè)置
計(jì)算工況
上游水位/m
下游水位/m
1
102
33.2
2
97
30.2
3
92
27.2
4
87
24.2
5
82
21.2
6
77
18.2
7
72
15.2
8
67
12.2
3. 材料參數(shù)
為簡(jiǎn)化考慮，在模擬中考慮壩體與基巖之間存在一薄弱層。具體材料參數(shù)如表2所示。
表2 材料參數(shù)
材料參數(shù)
彈性模量/GPa
泊松比
密度/kg/m3
壩體
28
0.17
2400
地基
26
0.25
1770
薄弱層
24
0.25
1770
4.
展開 考慮壩體-庫(kù)水相互作用的重力壩模態(tài)分析--對(duì)比分析ANSYS和ABAQUS重力壩流固耦合模態(tài)結(jié)果
模態(tài)分析主要目的是為測(cè)得結(jié)構(gòu)的固有頻率、周期和振型，每一階模態(tài)都有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。通過(guò)模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)的各階主要模態(tài)的特性，就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下產(chǎn)生的實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)。--引自《百度百科》
下面直接開始進(jìn)入正文。
混凝土重力壩材料參數(shù)如下
彈性模量E=30GPa，泊松比v=0.167，密度rou=2450kg/m3
在ANSYS中，混凝土壩壩體采用平面Plane42單元，庫(kù)水采用Fluid29單元來(lái)進(jìn)行模態(tài)計(jì)算。
展開 混凝土重力壩在地震載荷下的響應(yīng)分析
背景：
在這個(gè)實(shí)例中，我們進(jìn)行印度（koyna）柯依納大壩的分析，該重力壩在1967年遭受了里氏6.5級(jí)地震，震后該壩壩頂以下40米左右處出現(xiàn)多條水平裂縫，下游面出現(xiàn)嚴(yán)重漏水現(xiàn)象，但水庫(kù)水位并無(wú)明顯下降，壩頂起吊塔嚴(yán)重破壞，壩面上的其它建筑也有破壞，震后頭部轉(zhuǎn)折處出現(xiàn)了嚴(yán)重的水平裂縫。
本例采用abaqus/standard來(lái)模擬柯依納大壩在實(shí)測(cè)的地震加速度作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，采用混凝土塑性損傷模型，分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和任意載荷下結(jié)構(gòu)的破壞情況。
問(wèn)題描述：
壩體的高度為103m，71m寬，地震發(fā)生時(shí)的水位為91.75m。分析時(shí)做出以下假定：
? 假設(shè)與水流相接觸的壩面為垂直墻面，這跟實(shí)際形狀稍微不同。
? 假定水壩的力學(xué)模型為二維平面應(yīng)力模型。
? 假定整個(gè)地震過(guò)程中沒(méi)有水流溢出水壩。
? 假定壩的基礎(chǔ)部分為剛性體。
在發(fā)生地震前，大壩受到自身重力載荷作用和壩體上游的水域?qū)误w的靜水壓力作用，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，壩體上游與水體的相互作用力通過(guò)Westergaard(1993)附加質(zhì)量技術(shù)來(lái)模擬。
材料特性：
大壩材料模型采用混凝土塑性損傷本構(gòu)模型，在本分析中我們主要關(guān)注的是混凝土的拉伸行為，該材料的抗拉強(qiáng)度為抗壓極限強(qiáng)度的10%乘以動(dòng)力放大因子1.2得到的，考慮動(dòng)力放大因子主要是考慮材料的率相關(guān)性的影響。為了避免由于結(jié)構(gòu)沒(méi)有加強(qiáng)筋而導(dǎo)致的不可預(yù)知的網(wǎng)格敏感性問(wèn)題（劃分不同密度的網(wǎng)格，得到不同的分析結(jié)果），材料拉伸破壞后的行為通過(guò)斷裂能量破壞準(zhǔn)則使用應(yīng)力-位移曲線來(lái)代替應(yīng)力-非彈性應(yīng)變曲線。并使用位移-損傷值（dt）定義拉伸卸載后的剛度的損傷曲線。
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