混凝土拱坝孔口应力分析以及配筋设计研究

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混凝土拱坝受力复杂,对于坝身上的孔口不仅削弱了其稳定与结构特性,而且使得拱坝受力状态发生改变,因此孔口的稳定与安全直接影响拱坝整体的安全运行。故有必要对孔口进行详细的应力分析以及配筋设计以保证其安全运行。本文通过对国内外拱坝孔口应力分析理论进行研究,采用Abaqus对大坝及孔口进行了有限元分析,并依据孔口应力计算结果完成了孔口的配筋设计,并提出了对于孔口配筋设计的验算标准。  本研究分为六个部分:第一章阐述了拱坝孔口配筋的必要性,介绍了国内外拱坝设计与应力分析的发展概况、孔口应力分析现状以及孔口配筋设计理论。最后提出了本文研究的主要内容。第二章综述了混凝土常用的弹塑性本构模型,特别介绍了其中的塑性损伤模型;同时对钢筋混凝土的有限元模拟方法以及孔口的破坏特征进行了一定的总结,为后续章节的计算提供了完备的理论依据。第三章采用CATIA建立了拱坝的三维模型,采用Abaqus对拱坝整体进行了多种工况的计算,分析得到了最不利荷载组合;以大坝整体安全为前提,采用子模型法对孔口应力进行了较为精确的分析,为后期配筋设计做准备。第四章对现行的《水工混凝土结构设计规范》(SDJ-20-78、DL/T5057-1996以及SL191-2008)中提出的拉应力图形法进行了讨论,对其安全系数 K进行了一定的优化。采用 C#编写了配筋小程序,采用悬臂梁结构进行验证,并完成了孔口的配筋设计。第五章概述了一般杆系结构配筋设计验算的标准,结合孔口的破坏特征,提出了孔口配筋设计的验算标准。依据提出的标准,采用Abaqus中的XFEM功能对配筋设计进行了有限元分析,验证表明出于安全性的考虑,提出的配筋设计方案偏保守。第六章对全文进行了总结,展望了本课题需要进一步研究的问题。
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