300m級高拱壩結構問(wèn)題研究 300m級高拱壩結構問(wèn)題研究(96-221-04)是“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項目“高壩工程技術(shù)研究”的第4個(gè)課題?萍脊リP(guān)是結合即將興建的小灣和溪洛渡兩座特高混凝土拱壩進(jìn)行的。小灣拱壩高292m,溪洛渡拱壩高278m,均超過(guò)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(gè)專(zhuān)題:①高拱壩應力控制標準研究;②高拱壩新型合理體型的研究和應用;③高拱壩壩基抗滑穩定研究,F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(guò)程,系統地分析了常規設計中沒(méi)有考慮的各項因素對拱壩應力狀態(tài)的影響,如封拱前壩內溫度變化引起的初應力、橫縫不抗拉、施工過(guò)程、非線(xiàn)性溫差等對高拱壩應力的影響。用有限元法和多拱梁法對國內外十余座已建高拱壩進(jìn)行了詳細應力分析,研究了不同計算方法、不同計算軟件、不同網(wǎng)格形式對拱壩應力的影響。對國內外已建的66座高拱壩的計算應力、實(shí)測應力和變位、應力控制標準、混凝土力學(xué)特性、實(shí)際運行情況及各國現行拱壩設計規范進(jìn)行了整理和綜合分析,摸清了在拱壩設計中已經(jīng)考慮的和沒(méi)有考慮而實(shí)際存在的各種因素對高拱壩應力狀態(tài)的影響,為制定新的拱壩應力控制標準奠定了基礎。
(2)現行拱壩應力控制標準存在不少缺點(diǎn),如應力控制標準與建筑物重要性無(wú)關(guān)、允許拉應力與混凝土強度無(wú)關(guān)、不同計算方法和不同計算軟件算出的應力數值相差較大,但允許應力值是相同的,缺乏有限元法的應力控制標準等。在總結國內外拱壩建設實(shí)踐經(jīng)驗的基礎上,結合理論分析,提出了一套新的高拱壩應力控制標準,克服了現行拱壩設計規范中的缺點(diǎn),允許應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力,反映了國內外拱壩建設的實(shí)踐經(jīng)驗和科技進(jìn)步,計算簡(jiǎn)單,與已有工程對比,也切實(shí)可行。
(3)提出并完善了兩種拱壩新體型:混合曲線(xiàn)拱壩和二次曲線(xiàn)拱壩,與現有各種拱壩體型相比,具有明顯優(yōu)勢,在允許應力相同條件下,壩體體積可節省10%以上,在體積相同的條件下,最大應力可降低10%以上。經(jīng)過(guò)最近幾年的積極推廣,混合曲線(xiàn)拱壩已建成的有金龍、奇藝、銅山一級等拱壩,二次曲線(xiàn)拱壩已建成的有下會(huì )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用,已建和在建拱壩的累計經(jīng)驗效益達1.89億元。
(4)完善了拱壩動(dòng)力優(yōu)化的數學(xué)模型、求解方法和工程應用,首次采用了能量模型。完成了拱壩雙目標優(yōu)化的方法和程序,可同時(shí)考慮造價(jià)和安全性,并應用于小灣拱壩,對多目標(壩體體積、應力、拉應力區大小、失效概率等)拱壩優(yōu)化進(jìn)行了探索,并對小灣拱壩的多目標優(yōu)化得到了初步成果。
(5)對周邊縫、底縫拱壩進(jìn)行了詳細的三維非線(xiàn)性分析,深化了對設縫拱壩的認識,并提出了設縫拱壩的優(yōu)化模型和程序。 (6)通過(guò)大量模型試驗和非線(xiàn)性有限元分析,研究了孔口配筋對裂縫開(kāi)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,用鋼量可節約25%。
(7)首次提出了地震區高拱壩跨縫配筋的設計準則和計算方法,并結合小灣拱壩進(jìn)行了分析。 &
|