300m級高拱壩結(jié)構(gòu)問題研究 300m級高拱壩結(jié)構(gòu)問題研究(96-221-04)是“九五”國家重點科技攻關(guān)項目“高壩工程技術(shù)研究”的第4個課題。科技攻關(guān)是結(jié)合即將興建的小灣和溪洛渡兩座特高混凝土拱壩進行的。小灣拱壩高292m,溪洛渡拱壩高278m,均超過了目前世界最高的格魯吉亞英古里拱壩(高272m)。本課題包括3個專題:①高拱壩應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)研究;②高拱壩新型合理體型的研究和應(yīng)用;③高拱壩壩基抗滑穩(wěn)定研究。現(xiàn)將主要成果分述如下:
(1)用三維有限元法模擬大壩施工和運行過程,系統(tǒng)地分析了常規(guī)設(shè)計中沒有考慮的各項因素對拱壩應(yīng)力狀態(tài)的影響,如封拱前壩內(nèi)溫度變化引起的初應(yīng)力、橫縫不抗拉、施工過程、非線性溫差等對高拱壩應(yīng)力的影響。用有限元法和多拱梁法對國內(nèi)外十余座已建高拱壩進行了詳細(xì)應(yīng)力分析,研究了不同計算方法、不同計算軟件、不同網(wǎng)格形式對拱壩應(yīng)力的影響。對國內(nèi)外已建的66座高拱壩的計算應(yīng)力、實測應(yīng)力和變位、應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)、混凝土力學(xué)特性、實際運行情況及各國現(xiàn)行拱壩設(shè)計規(guī)范進行了整理和綜合分析,摸清了在拱壩設(shè)計中已經(jīng)考慮的和沒有考慮而實際存在的各種因素對高拱壩應(yīng)力狀態(tài)的影響,為制定新的拱壩應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。
(2)現(xiàn)行拱壩應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)存在不少缺點,如應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)與建筑物重要性無關(guān)、允許拉應(yīng)力與混凝土強度無關(guān)、不同計算方法和不同計算軟件算出的應(yīng)力數(shù)值相差較大,但允許應(yīng)力值是相同的,缺乏有限元法的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)等。在總結(jié)國內(nèi)外拱壩建設(shè)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,結(jié)合理論分析,提出了一套新的高拱壩應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn),克服了現(xiàn)行拱壩設(shè)計規(guī)范中的缺點,允許應(yīng)力與建筑物重要性和混凝土強度掛鉤,給出了有限元法、拱梁分載法及不同軟件的允許應(yīng)力,反映了國內(nèi)外拱壩建設(shè)的實踐經(jīng)驗和科技進步,計算簡單,與已有工程對比,也切實可行。
(3)提出并完善了兩種拱壩新體型:混合曲線拱壩和二次曲線拱壩,與現(xiàn)有各種拱壩體型相比,具有明顯優(yōu)勢,在允許應(yīng)力相同條件下,壩體體積可節(jié)省10%以上,在體積相同的條件下,最大應(yīng)力可降低10%以上。經(jīng)過最近幾年的積極推廣,混合曲線拱壩已建成的有金龍、奇藝、銅山一級等拱壩,二次曲線拱壩已建成的有下會坑、溪尾、東吳等拱壩,尚有3座在建。由于拱壩體型優(yōu)化和新體型的推廣應(yīng)用,已建和在建拱壩的累計經(jīng)驗效益達(dá)1.89億元。
(4)完善了拱壩動力優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型、求解方法和工程應(yīng)用,首次采用了能量模型。完成了拱壩雙目標(biāo)優(yōu)化的方法和程序,可同時考慮造價和安全性,并應(yīng)用于小灣拱壩,對多目標(biāo)(壩體體積、應(yīng)力、拉應(yīng)力區(qū)大小、失效概率等)拱壩優(yōu)化進行了探索,并對小灣拱壩的多目標(biāo)優(yōu)化得到了初步成果。
(5)對周邊縫、底縫拱壩進行了詳細(xì)的三維非線性分析,深化了對設(shè)縫拱壩的認(rèn)識,并提出了設(shè)縫拱壩的優(yōu)化模型和程序。 (6)通過大量模型試驗和非線性有限元分析,研究了孔口配筋對裂縫開度、深度及拱壩安全度的影響,提出了合理的配筋方式和新的拱壩孔口配筋公式,用鋼量可節(jié)約25%。
(7)首次提出了地震區(qū)高拱壩跨縫配筋的設(shè)計準(zhǔn)則和計算方法,并結(jié)合小灣拱壩進行了分析。 &
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