拱壩
關注創建者：yloong 創建時間：2016-11-30
拱壩的視頻教程
【10】基于ABAQUS的拱壩靜動力分析
基于ABAQUS的拱壩靜動力分析一直沒有正式的課程，很多處理的細節一直困擾這大家。包括溫度荷載的施加，靜動邊界轉換問題，附加質量方法模擬庫水以及如何考慮地基的輻射阻尼效應等等。考慮大家學習的需要，我花出空余時間錄制了將近3小時的視頻課程。帶你從零到全部掌握拱壩的靜動力分析，為你節省了大量的自學時間。主要分為靜力分析、模態分析和動力時程分析。該視頻花費大量的時間和精力，物有所值。
￥1980 2小時16分鐘 1714播放
查看
拱壩的實例教程
水電站大壩有多種，根據抵抗水頭壓力的機制不同，可分為重力壩、拱壩與支墩壩。本期介紹拱壩。
拱壩(Arch Dam)
拱壩多建在峽谷地帶，利用兩岸堅固的巖石來承擔拱壩傳來的壓力。
拱壩的壩面向上游方向凸起，可把上游壩面的水壓力、風浪壓力等通過拱的作用傳給兩岸巖體與壩底巖基，利用筑壩材料強度來承擔上游水壓。
與重力壩(gravity dam)相比，拱壩在水壓力作用下壩體的穩定不需要依靠本身的重量來維持，主要是利用拱端基巖的反作用來支承。拱圈截面上主要承受軸向反力，可充分利用筑壩材料的強度。因此，拱壩是一種經濟性和安全性都很好的壩型。
圖1是拱壩的三方向視圖。左圖是拱壩的側視圖，拱壩的垂直剖面也是弧形，凸起面朝向上游，壩體比起重力壩薄多了。
中間圖是從下游方看拱壩，拱壩建在山谷中，兩邊頂住山體巖石，與拱壩接觸的兩邊巖石稱為壩肩( dam abutment)，也稱拱壩的整個巖石基礎為拱座。
右邊圖是從上方看拱壩，拱壩凸起面朝向上游，上游水壓作用到壩面(藍色箭頭線)，拱壩兩邊對壩肩的作用(紅色箭頭線)。
如果拱壩是桶形，上游面與地面垂直，見圖2左圖，只有水平剖面呈弧形，稱為單曲拱壩( single-curvature arch dam);拱壩垂直剖面也是弧形的稱為雙曲拱壩(double-curvature arch dam)，壩體較薄的稱為雙曲薄拱壩(double-curvature thin arch dam)，見圖2中圖，在地質堅硬，峽谷較窄的地段可建雙曲薄拱壩;壩體較厚的稱為雙曲厚拱壩，見圖2右圖。單曲拱壩與雙曲厚拱壩兼有重力壩的特征，也有稱之為重力拱壩( gravity arch dam)。
展開 使用設備：計算機附帶20個CPU
方法：理論計算設計尺寸→Rhino 6 參數化建模→c40混凝土實驗與有限元計算對比→Abaqus有限元數值模擬→分析有限元計算結果
耗費時間：一個月
基于數字化拱壩安全性分析
摘 要
拱壩是一種典型的水工結構，目前我國水工結構建設處于快速發展階段，不僅在國內有較多的建設項目，而且一帶一路基建項目中也有不少建設項目。拱壩的設計與建設受到水文地質環境的影響，因此拱壩的尺寸、材料和選址等問題制約了拱壩的設計與建設，并且對其服役的安全性也有很大的影響。
本文采用參數化方法設計了一座高220m，壩頂橫跨470m，壩底穩固在200m的河床之上的雙曲率拱壩幾何模型，同時將泄洪口和“V”字形地形參數化，協助雙曲拱壩的形態設計。參考理論數學解析方法，計算拱壩分析模型在豎向自重狀態下和靜水壓力作用下壩體的典型位置應力值，同時采用有限元分析方法計算壩體上典型位置應力值與理論解析值進行對比，兩者結果相差5.9%，證明了選取的理論分析方法與有限元數值分析的合理性，為拱壩在復雜荷載工況下的安全性分析奠定了基礎。
拱壩在多荷載工況下安全性分析主要有以下內容：分析水壓力作用下的拱壩的應力分布，具體有：靜水壓力作用下的模型豎向切片、橫向切片和整體模型的應力，依據應力判斷其安全性；分析在正常蓄水位時水面產生波浪荷載對拱壩安全性影響；依據我國現行抗震設計規范，分析多遇地震和罕遇地震水平方向設計反應譜作用下的動力響應對其安全性影響；最后進行多遇地震和罕遇地震的動力時程分析響應，評估拱壩的安全性。采用流固耦合計算方法，分析拱壩在泄洪狀態下的安全性。
展開 初步建立了考慮真實場地的拱壩-地基-庫水的有限元計算模型。目前的模型橫河向尺寸為3.5E3m，即大約3.5公里，順河向尺寸為3.3E+03m，即大約3.3公里，豎直向最大尺寸為1.9E+03m，即大約為2公里，后續尺寸會調整。拱壩和庫水采用六面體單元離散，中性軸算法；地基采用四面體單元離散。其中地基的單元總數為6591120個，節點總數為1170946個；拱壩的單元總數為108540個，節點總數為119938個；庫水單元總數為331464個，節點總數為348309個。總計節點數目1639193個，自由度總數為4917579，下面是一些圖片。
拱壩-地基-庫水整體有限元模型
地基-有限元模型
庫水有限元模型
拱壩有限元模型
總結：后續會繼續完善模型，主要是介質交界面的處理，最好能做到交界面的網格共節點，這樣就不用定義額外的約束，模型更容易收斂。還準備考慮并行計算等等。如有同行或者有興趣的朋友，可以私信聯系交流，獨學而無友，則孤陋而寡聞，期待與同行交流。
展開 image_process=/format,webp" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202601/attachment/7ee93cda9eda4cce901757a9edb47ec9.png">
</figure>
</figure><p>鑒于低截面厚度拱壩在恐怖襲擊及爆炸事故中的顯著風險，本研究基于LS-DYNA軟件建立了某原型拱壩的精細化三維數值模型，旨在研究其在水下爆炸強動載作用下的動態響應與損傷破壞機理。數值模擬考慮了兩種TNT當量（100 kg與 200 kg）及兩種爆炸深度（水面下12.5 m和25 m）的水下爆炸工況，實現了爆炸沖擊波-水體-壩體相互作用的完全耦合高精度模擬。模型完整再現了結構從微損傷萌生、宏觀裂縫擴展直至最終失穩潰壩的全過程損傷演化，并特別計入了壩體損傷后庫水壓力的持續作用機制。研究結果表明：壩頂區域為結構最薄弱部位，損傷破壞易在此處萌生并發展。爆炸當量與爆炸深度的變化均顯著影響壩體損傷程度，其中在相同爆炸當量下，增大爆炸深度可顯著減輕拱壩的損傷。拱壩在水下爆炸作用下的破壞過程可分為三個階段：i）初始損傷階段；ii）損傷發展階段；iii）潰壩階段。本研究所建立的精細化模型及模擬方法，為深入理解低截面厚度拱壩在極端荷載下的失效機理及其安全防護設計提供了重要依據。
展開 將河谷地震動隨機場半解析展開為正交函數隨機過程及采用簡化的地基模型應用振
型分解法可直接求得拱壩地基庫水系統的各種隨機響應及功率譜密度本文方法不僅考慮
地震動的空間隨機性山體放大作用及行波效應而且考慮非比例阻尼的拱壩振型之間的相關
性地震動隨機場只須分解一次計算過程簡單是大型拱壩結構隨機分析的一種有效方法
拱壩地震動隨機響應分析.pdf
拱壩的最新內容
?【2025年二等獎】錢敬業 | 同濟大學，強動載作用下拱壩動態響應和損傷破壞的數值模擬研究：研究基于LS-DYNA軟件建立了某原型拱壩的精細化三維數值模型，旨在研究其在水下爆炸強動載作用下的動態響應與損傷破壞機理。
3.有量化結果。例如性能提升、成本下降、效率優化等具體數據。
爆炸當量與爆炸深度的變化均顯著影響壩體損傷程度，其中在相同爆炸當量下，增大爆炸深度可顯著減輕拱壩的損傷。拱壩在水下爆炸作用下的破壞過程可分為三個階段：i）初始損傷階段；ii）損傷發展階段；iii）潰壩階段。本研究所建立的精細化模型及模擬方法，為深入理解低截面厚度拱壩在極端荷載下的失效機理及其安全防護設計提供了重要依據。
?
?
?
錢敬業 | 同濟大學
作品名稱：強動載作用下拱壩動態響應和損傷破壞的數值模擬研究
作品簡介：鑒于低截面厚度拱壩在恐怖襲擊及爆炸事故中的顯著風險，本研究基于LS-DYNA軟件建立了某原型拱壩的精細化三維數值模型，旨在研究其在水下爆炸強動載作用下的動態響應與損傷破壞機理。
該工程由一座340英尺高的混凝土拱壩、七個低位泄洪道出口、兩個高位溢洪道（溢洪道1和溢洪道2）以及一座大約1003MW的發電站組成。Boundary水力發電站的溢洪道和泄洪道排放會導致溢洪道下游的尾水和下游河段產生高濃度的總溶解氣體(TDG)。
為了減少這些氣體的產生，委托進行研究以確定溢洪道結構的修改方案。研究中許多水力設計問題的解決嚴重依賴于數值水力模型的結果。
初步建立了考慮真實場地的拱壩-地基-庫水的有限元計算模型。目前的模型橫河向尺寸為3.5E3m，即大約3.5公里，順河向尺寸為3.3E+03m，即大約3.3公里，豎直向最大尺寸為1.9E+03m，即大約為2公里，后續尺寸會調整。拱壩和庫水采用六面體單元離散，中性軸算法；地基采用四面體單元離散。
水利設計計算工具，200多個，超大容量，包括重力壩計算、拱壩計算、土石壩計算、溢洪道計算、水閘計算、渡槽計算、堰流計算、擋土墻計算、倒虹吸計算、穩定計算、引水隧洞計算、渠道計算、各類水力計算、滲流計算、浸潤線計算、河道水深計算、水損計算、洪水計算、水文計算等等一系列內容，都整理里在表格中，水利水電基本常用的工具都匯總齊全。
ABAQUS子程序二次開發講解及其應用
https://www.yqgqt.org.cn/video/c198665
八折
手把手教你 ABAQUS鋼管混凝土系桿拱橋模擬
https://www.yqgqt.org.cn/video/c198690
八折
【10】基于ABAQUS的拱壩靜動力分析
閔博士也介紹了遠算大壩結構有限元仿真組件的整體功能架構和分析流程，即通過精確幾何網格建模和材料模型參數數據同化建立大壩孿生體，對混凝土拱壩、重力壩的位移、揚壓力、應力和地震響應，以及土石壩和堆石壩的邊坡穩定、滲流穩定和抗震穩定等重要安全評估指標實現仿真預測預演。
華光潭拱壩健康管理數字孿生平臺
大壩監測數據缺失多、監測數據分析門檻高、突發風險應急管理難等問題給華光潭拱壩管理工作帶來較大壓力。
遠算的大壩健康管理數字孿生平臺APP已廣泛應用于土石壩、拱壩、重力壩等多種類型的大壩，可以部署在各大能源集團內部基于安全管理的統一集控平臺。未來，遠算也將繼續深入行業，結合實際應用場景，賦能中國工業數字化轉型升級。
