模拟浇筑程序下的拱坝体形优化

林 骞

(杭州余杭区水资源水土保持监督管理站 杭州 311100)

刘 莹

(杭州大地科技有限公司 310012)

潘智尧

(浙江省水利水电勘测设计院项目管理公司 杭州 310002)

1 引言

拱坝体形优化是在已有的地形、地质及荷载作用下，利用数学规划，寻找合理的体形，其目的在于应用，应更好地结合施工过程，满足实际要求。在混凝土拱坝的施工过程中拱坝是分层浇筑的，施工过程对坝体的应力场有着重要影响。若不考虑真实的施工过程，忽略自重荷载的加载路径和结构体形的变化，将会给拱坝的设计结果带来误差。

本文以有限元软件ANSYS10.0为平台，采用合适的单元划分坝体及坝基，以形成有限单元模型，通过单元生死的运用，模拟重力荷载按工程浇筑程序分步作用情况；针对拱坝所受温度荷载的不同，依据稳态温度场分布和影响情况，运用有限元应力分析理论，把温度荷载作为耦合荷载的形式对拱坝进行应力分析，确定状态变量和目标函数；最后，对拱坝重力荷载分步作用和整体作用两种情况下的优化结构进行对比分析。通过对比可知，在拱坝进行优化分析时考虑施工过程，所得拱坝体形优化结果更加接近实际，优化后的坝体体积较小，节省工程量及工程投资。

2 基于ANSYS的拱坝体形优化

2.1 拱坝模型参数化

2.1.1 坝基参数化

拱坝是嵌固在基岩上的空间壳体结构，拱坝的开挖线根据地形、地质、河谷形状等条件的不同，开挖面一般是不规则的曲面，因而不适宜用一个统一的方程来描述实际的开挖面，同时开挖面是设计人员给出的，具有不确定性，且开挖线的形状对拱坝结构应力分析的成果影响很大，宜在两岸根据设计的开挖线通过控制点连曲线的方法拟合开挖线，将坝基进行参数化。……