拱坝梯形剖面梁的经向变位分析

中小型拱坝常采用拱梁分载法进行坝体应力分析,笔者曾导出薄拱坝梯形剖梁的径向变位数学分析式。对于厚拱坝,计算拱、梁的变位时,除弯矩外还必须计入剪力作用。为此,笔者导出了梯形剖面梁在弯矩、剪力共同作用下的变位计算公式,利用文献中已有的单位变位系数表,可以方便地应用于具有梯形剖面梁的任何厚度拱坝的拱梁分载计算。1 拱坝梯形剖面梁的径向变位公式     

薄拱坝梯形悬臂梁的径向变位分析

中、小型拱坝为力求体形简单,施工方便,拱坝悬臂梁的剖面常采用梯形,如四川的长沙坝、湖南的半江坝、广西的白云坝、陕西的龙潭坝等。此类拱坝的应力分析多采用拱梁分载法或简化为拱冠梁分载法。笔者在设计实践中导出了梯形剖面悬臂梁的径向变化数学分析式,并分析了已有的数学分析法中的问题。按本文所得的梁的变位式,用拱冠梁分载法设计拱坝时,拱坝坝体中的拉应力较小,坝体工程量可节约10%左右。     

基于向量和矩阵运算的拱坝多拱梁法应力计算研究

拱梁分载法有着百余年的发展历史,目前仍是拱坝应力分析的基本方法。当代工程中多采用五向全调整多拱梁法分析拱坝应力,合理划分水平拱圈和竖向曲梁,按照拱、梁的节点位移相等的原则通过试算等方法确定拱、梁的分载,进而得到坝体应力。采用向量的形式来表述多拱梁法的荷载、内力和位移,通过矩阵分析手段来组织拱、梁分载运算,数学概念简洁、清晰,可方便地在面向对象的程序设计语言或数学软件平台上实现。     

东江双曲拱坝体型设计及应力分析

拱坝的体型设计和应力分析是拱坝设计的主要内容之一。本文扼要地论述了东江拱坝体型设计;分析比较了有限单元法、拱梁分载法程序和计算与实验的成果。由此看出诸法程序算得的拱冠、拱座主应力沿坝高分布的趋势与规律是一致的;东江拱坝应力状况能满足设计要求。东江拱坝应力分析表明:在目前拱坝设计中,拱梁分载法可作为基本的应力分析方法,而其它方法作为校核。     

拱梁分载法计算模型的改进和实现

拱梁分载法是现行规范规定的计算拱坝应力的主要方法.然而在实际计算过程中,引入了一些结构力学的假定,不能准确考虑拱梁空间曲线的特性,如拱梁截面等效为矩形,伏格特公式的粗略计算等,影响了计算结果的精度.基于拱梁分载法基本原理,与有限元法相结合,可以更好地反映拱坝的力学特性.首先,利用有限元方法计算地基的刚度,可以考虑空问河谷地形及地基地质条件不均匀性影响,同时,利用有限元商业软件ANSYS中的梁单元,可以建立更为精确的拱梁模型,考虑拱坝轴线的空间扭曲特性及拱断面形状变化的影响.计算结果表明,改进的与有限元法相结合的方法可以考虑复杂的地基特性,且方法简单快捷,物理意义明确,有利于工程的实际应用.该方法为准确、合理地求解拱坝基础变位提供了参考.     

周边缝拱坝的应力分析

不考虑周边缝存在，按拱梁分载位移法计算拱坝的内力场，按这个内力场的结果对周边缝的协调条件进行校核，会出现全协调、局部协调与不协调脱开，不协调全闭全，不协调局部闭全等５种情况，按不协调位置的边界条件修改拱梁分载位移法的平衡方程，进行迭代计算，收敛后求周边缝的接触范围和接触应力，当迭代不收敛时则出现溃坝。     

学术讨论

(-)计算精度 1.分载位移法在形成整体协调方程过程中,没有设置整体坐标,没有对内力,分载,位移进行坐标变换。通常拱是水平布置的,梁轴线不是竖直的,在结点上两者法线方向不重合。因此,在同一点,拱梁的位移必须转换在相同坐标上才相等;分载也必须转换在相同的座标上,才有两者之和等于外荷载。当梁元轴线取直线时,整条梁轴呈折线形,梁元的内力,分载,位移必须先转换成相同的座标系上,才能建立梁的平衡条件,否则必然带来相当的误差。而杆元分载法是进行了上述坐标变换的。     

拱坝的静动力分析

本文用拱梁分载位移法对拱坝进行了静动力分析，从计算实例看，该法具有限元的优点，有较高的精度和速度，且很方便用于拱坝静动力计算。     

二滩抛物线型双曲拱坝的抗震分析方法

本文介绍了二滩水电站抛物线型双曲拱坝初设阶段抗震分析的主要方法——“混合法”。该法将利用ADAP有限元动力分析程序求出的前15阶自振特牲,按反应谱法,通过换算插补,得出拱梁分载法(试载法)中拱梁交点处的各阶地震惯性力和动水压力强度;然后用我院自编的ADSC-CK抛物线型拱坝多拱梁应力计算程序,求出各阶的地震反应,按平方和开方(SRSS)法得出各交点处15阶振型的组合地震反应;最后,与拱梁分载法算出的静应力叠加,得到地震竹况下坝体的总应力分布,从而按相应的应力控制标准检验大坝抗震强度。     

溪洛渡水电站拱坝基础综合变模分析

在拱梁分载法坝体应力分析时，需要合理确定坝基岩体的变形模量值，为此，在溪洛渡水电站双曲拱坝的坝基变形模量计算中采用平面有限元法计算地基的“综合变形模量”，从而反映实际地形地质条件对拱 坝基变形形的影响。     

水工弧形闸门半主动减振控制

水力学边界条件优化和结构优化是降低水工弧形闸门流激振动的重要措施,但这些措施对流激振动的削弱仍然有限,且不能应用于已建成闸门的减振。采用结构控制的方法是解决流激振动问题的进一步措施,且对已建成闸门的减振有重要意义。针对某大型水利枢纽导流底孔弧形闸门,在闸门上布置若干MR阻尼器,采用半主动控制来减小振动。计算结果表明采用半主动控制能有效地抑制弧形闸门流激振动反应。     

深孔弧门三维拓扑优化应用研究

当前拓扑优化在水工闸门中的应用均为二维平面内的拓扑优化设计,未涉及闸门空间拓扑形式的问题。针对此,以某水电站工程深孔弧形钢闸门为例,基于连续体拓扑优化方法中的变密度法进行深孔弧门三维拓扑优化的应用研究,采用有限元软件对拓扑结果进行数值分析,并与工程中常用V型二支臂结构形式进行对比。结果表明采用三维拓扑优化得到的弧形闸门支臂最优拓扑构型为Y型树状结构,且在满足局部稳定要求前提下构建的箱型截面树状支臂结构承载能力满足规范要求。与规范中常用V型支臂结构进行对比分析,结果表明,拓扑优化的树枝状支臂结构整体位移减小15.8%,最大应力减小15%且整体分布更加均匀。三维拓扑优化方法可以应用于深孔弧形闸门的结构优化设计当中。     

子洪水库弧形闸门事故分析与处理

本文就山西省子洪水库输水洞出口弧形闸门发生的严重破坏事故做全面介绍，并对闸门事故进行了分析和处理，作为今后闸门设计、制造、安装及运行管理之借鉴。     

去离子冷却水系统布水器的数值模拟及试验研究

稳态强磁场实验装置(Steady High Magnetic Field Facilities,SHMFF)的运行需要10℃以下的去离子水带走磁体内的热负荷。通过优化蓄冷罐内的布水器类型和尺寸提高分层蓄冷效率,增加磁体装置的运行时间,在理论指导下以设计计算为基础选取5种径向型布水器,且采用数值模拟的方法研究了同一蓄冷罐内八角型和径向型布水器的斜温层厚度。定义布水效率的计算方法,并以布水效率为评价指标,分析了布水器的布水效果。研究表明:相同Re下径向型布水器的布水效果优于八角型,更易形成稳定的斜温层;相同出口流速型号为200-7.5径向型布水器的布水效率为89%;而型号为375-4的径向型布水器的布水效率为84.2%;径向型布水器的径高比是影响蓄冷罐内斜温层厚度的重要因素。研究成果可为蓄冷系统径向型布水器的优化设计提供指导依据。     

弧形闸门前漩涡特性研究

吸气漩涡是水利工程中进水口前常见的水力学问题,模型试验是研究进水口前漩涡特性的常用方法。目前关于漩涡特性的研究主要集中在淹没水深较大、进水口结构不变的泄洪洞以及电站进水口等,而对于弧形闸门局部开启时闸前漩涡特性的研究较少。为了研究弧形闸门前漩涡的水力特性以及黏性力和表面张力对弧形闸门前漩涡的影响,以某泄洪闸弧形闸门为研究对象,采用2个不同比尺的模型试验及理论分析方法,对弧形闸门局部开启时闸前吸气漩涡的水力特性进行了研究。结果表明,闸前漩涡是行进水流横向和纵向突然收缩共同作用的结果。弧形闸门前水面紊动较大,所以闸前漩涡频率较高,持续时间较短,闸门开度越大,闸前吸气漩涡越强。若按照弗劳德数准则设计模型试验,当来流雷诺数和韦伯数大于某一临界值时,可以忽略黏性力和表面张力影响。     

立轴漩涡多圈螺旋流速度分布的研究

本文引入分离变量法，研究了立轴旋涡的速度随径向、轴向的变化规律，并给出切向、径向和轴向速度的表达式。对立轴旋涡的多圈螺旋流现象，通过试验测量和速度分布计算两种方法进行了描述，二者定性一致。结果表明，立轴旋涡流场的切向速度占优，在流体质点从水面向下运动的过程中，围绕涡轴旋转十余圈，在进水口附近转为轴向流动。旋涡水面线的计算结果与实测值吻合较好。     

基于有限元法的露顶式弧形闸门动力特性研究

利用已有载荷和材料参数在ANSYS中建立了露顶式弧形闸门有限元模型,利用有限元法的模态分析对闸门无水工况下全闭和有水工况下不同开度的动力特性进行了计算和分析.结果表明:角木塘弧形闸门出现共振的可能较小,高变形区和高应力区集中于支臂及斜支杆;角木塘弧形闸门的自振频率范围为4～19 Hz;有水工况下弧形闸门的自振频率相对于...     

考虑流固耦合效应的弧形钢闸门地震动力响应研究

在地震高发的中国西南地区,地震激励对弧形钢闸门的安全持续稳定运行影响较大,有必要对弧形闸门在地震作用下的动力响应及安全性进行研究。以某工程表孔弧形钢闸门为例,通过建立考虑水体和结构耦合作用的三维数值模型,研究了弧形钢闸门地震动力响应,然后利用重力坝-库水流固耦合模型验证了计算方法的准确性和有效性,最后对弧形钢闸门进行动力时程响应分析,计算了弧门地震动水压力,并与规范方法进行对比。结果表明:本文提出的考虑流固耦合效应的动力响应分析方法适用于闸门地震动力响应计算;流固耦合效应对弧形钢闸门地震动力响应影响较大,考虑流固耦合效应的闸门动力响应计算结果比规范明显增大,两者最大比值达到2倍以上。闸门结构动位移响应峰值在闸门面板顶部中心,动应力响应峰值发生在下主横梁跨中;流固耦合的动力计算表明该闸门结构刚度满足规范要求,强度不能满足,上、下主横梁处为结构动力响应薄弱环节;对高水头采用规范法计算的地震动水压力偏大,对低水头动水压力计算结果偏小。考虑流固耦合的闸门结构动力响应分析研究能反映其真实力学特征,对于地震高发区弧形钢闸门的结构设计和安全评价具有参考意义。     

潘口水电站泄洪洞弧形闸门的安装方法

潘口水电站泄洪洞潜孔式弧形工作闸门的安装,因其洞内空间限制无法采用大型吊装设备,而设计了利用卷扬机的安装方法,并实施安装成功。弧形闸门运行的各项指标均符合技术要求,证明了这种安装方法的合理性和可行性。该方法可供类似安装工程参考。     

潘口水电站泄洪洞弧形闸门的安装方法

潘口水电站泄洪洞潜孔式弧形工作闸门的安装,因其洞内空间限制无法采用大型吊装设备,而设计了利用卷扬机的安装方法,并实施安装成功。弧形闸门运行的各项指标均符合技术要求,证明了这种安装方法的合理性和可行性。该方法可供类似安装工程参考。