高拱坝施工期封拱蓄水坝体应力稳定分析研究

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随着水利工程建设的发展,拱坝已由原来几十米高的中低拱坝发展到百米以上的高拱坝及特高拱坝,相应产生出许多技术问题,涉及到拱坝设计施工的整个过程。封拱作为拱坝特有的一种施工程序,直接关系到拱坝的运行安全及经济效益,尤其对于高拱坝及特高拱坝的影响更为显著,相关问题值得深入研究。  本文根据某工程混凝土高拱坝的相关资料,采用有限元分析方法,结合ANSYS有限元分析软件建立三维有限元计算模型,通过等效应力法相关程序计算坝体的等效应力,以及抗滑稳定相关程序计算坝体的抗滑稳定安全系数,进而根据计算结果对拱坝封拱进行研究。  针对高拱坝施工期可能会进行提前蓄水,展开对拱坝施工期封拱温度及封拱高度进行研究。首先确定最优的封拱温度场,根据减小温度荷载的方法拟定7种封拱温度场方案,计算各方案下的坝体等效应力,研究封拱温度场对坝体应力的影响,进而改进拱坝封拱温度场,确定合理的封拱方案。在封拱温度荷载确定的基础上对施工期封拱高度进行研究,将施工期按7种浇筑工况计算,每种工况包括不同的封拱方案,通过对比各种方案下的坝体等效应力以及抗滑稳定计算结果,研究浇筑高程、封拱高程对坝体应力稳定的影响。  研究结果表明封拱温度场及封拱高度对高拱坝的等效应力影响显著,设计阶段应对封拱温度场进行专门研究,如施工期需要进行蓄水,则还需要对封拱高度进行专门研究。通过降低封拱时平均温度和增大封拱时坝体等效温差的方法可以对封拱温度场进行调整,最终达到改善坝体应力的效果。施工期通过边浇筑边封拱的施工程序,对已浇筑坝体进行部分封拱,能够减小静水荷载作用下的坝体应力,进而达到蓄水的要求。
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