坝体工程的研究

摘 要:本文对坝体工程中的受力情况进行的数值模拟,通过分析得出了坝体受力的薄弱环节;提取的应力、应变等各种力学指标为坝体工程的设计和施工提供了理论依据。

关键词:坝体;应力;位移

引言

坝体工程为利用河流水力资源,在河道上采取工程措施,修筑的控制和支配水流的水工式建筑物,同时将其布置在合理的位置上,互相配合与协调工作,从而实现水力水利任务所组成的一个有机综合体.根据弹性力学理论,将这种在纵向比较长而横断面相对比较小的坝体结构简化为平面应变的模式[1]进行分析,即认为坝体结构在纵向是不变形的,没有位移,只在横断面方向产生位移,同时在纵向和横向都有应力产生,并且认为沿纵向在横断面方向所产生的位移是相等的。

1 坝体工程的力学研究

1.1 有限单元模型

模拟单元选用Plane82二维8节点实体。该元素是plane42的高次形式,它为混合自动网格划分提供了更精确的求解结果,并能承受不规则形状而不会产生任何精度上的损失。8节点元素具有位移协调形状,适用于模拟弯曲边界。该元素由8个节点定义,每个节点2个自由度,x,y方向。

1.2 单元划分与边界条件

对坝体的底部堪固部位固定约束;对坝体左端垂直面施加X方向的压力(水压作用);对整个坝体施加重力加速度10,具体如图所示。

1.3 变形图

提取位移变形对比图,可以得到坝体在水压力和自重荷载作用下的发生向右弯曲变形,变形以左侧最上端最大,具体如下图所示:

1.4 位移云图

从图中可以看到X方向位移最大发生在左端上部,随着宽度的增加位移逐渐变小;Y方向位移最大位置发

生在最上端,随着深度增加,位移逐渐减小,直至为零(边界条件)。

1.5 应力图

在坝体的右端下部应力达到最大,表明受力破坏始于此部位。具体如图4所示:

2 结论

坝体工程具有耗时长,造价高的特点,运用有限元等数值方法辅助试验,可以最大程度上节约成本、工期。有限元中得到的各种应力、应变、位移指标等,都为结构设计和施工提供了借鉴意义。

参考文献

[1]Tianhu He, Mingzhi Guan.Finite Element Method to a Generalized Thermoelastic Coupled Problem for a Strip, Proceedings of Second International Conference onModeling and Simulation,Vol.2,Manchseter,England,UK,21-22,2009,pp.229-234.