基于ANSYS的砌石拱坝坝体应力分析★

庞牧华，李瑞忠

(1.安徽省·水利部淮河水利委员会水利科学研究院，安徽 合肥 230088； 2.山东电力建设第三工程有限公司，山东 青岛 266100)

1 概述

拱坝是一种先进的坝型，在外荷载作用下，以其三面受到岩体约束的高次超静定壳体结构，借助拱的作用，将大部分的压力以水平推力方式传至坝肩两侧的岩体，少部分荷载靠自重承担[1]，它能适当地利用材料的强度来获得自身的稳定，是混凝土坝中最为经济和安全的一种坝型，因而得到了广泛的应用。

拱坝的坝体应力分析基本方法为拱梁分载法，1级、2级拱坝和高拱坝或情况比较复杂的拱坝，除应采用拱梁分载法计算外，还应进行线弹性有限元法分析，必要时可采用非线性有限元法进行分析[2]。近年来随着仿真技术的日益发展，使得计算精度不断提高，利用ANSYS三维有限元分析软件可将分析方法精细化、计算机化。软件的积分功能能够满足高精度积分的要求，可以充分地考虑有限元计算带来的应力集中问题，实现拱坝的等效应力计算[3]，最终使得应力分析结果在精度、可靠度和运算速度上均取得很大的提升。

文章依据拱坝有限元等效应力计算的原理，基于ANSYS有限元分析软件，建立三维有限元模型，对某砌石拱坝坝体应力进行分析，坝体以及坝基材料均假定为线弹性材料，单元类型采用Solid45单元，可以得到正常蓄水工况、设计工况和校核工况下坝体主拉应力和主压应力及应力分布情况。

2 分析方法

使用有限元法计算过程中，得到的拱坝坝体应力是整体坐标系中的应力，可以在水平拱圈的节点建立局部坐标系，原点设在中心线上，局部坐标系与整体坐标系的关系详见文献[4]。……