高永辉 王新建

碾压混凝土坝RCD(Roller Compacted Dam)筑坝技术是20世纪70年代兴起的一种新型筑坝技术[1],是在常态混凝土坝与土石坝的激烈竞争中产生的。

混凝土坝的应力计算是坝体设计的重要内容,混凝土重力坝规范中明确提出:要用有限单元法进行数值分析。有限元法在20世纪50年代起源于航空工程中飞机结构的矩阵分析。有限单元法可以方便地处理坝体、地基等各种复杂的几何和构造、形状材料分区、模拟施工过程和加载顺序,也能方便地解决各种场问题,还能进行塑性分析。

1 碾压混凝土坝ANSYS数值计算

计算程序:本文采用ANSYS10.0[3]有限元计算程序。ANSYS软件能够进行结构、热、流体、电磁、声学等学科的研究,广泛应用于土木工程、地质矿产、水利、铁道等一般工业及科学研究。

网格划分:网格划分在有限元计算中直接关系到计算精度的高低。因此,在网格划分中要消除因应力集中而导致的精度降低,在坝踵应力集中的区域,必须用适当的宽度细化网格。本文在用有限元法计算碾压混凝土重力坝坝体应力时,在距离上游坝踵0.05B的范围加密网格。坝体下部适当采用较小网格,单元体选用Solid65,具体尺寸为4 m×3 m×2 m;坝体上部适当采用较大网格,单元体也选用Solid65,具体尺寸为5 m×4 m×3 m。

由有限元通用程序ANSYS得到计算结果,可以得到单元各个节点的应力应变值,即可求得各单元的平均应力值。通过求得的各单元的平均应力值,进一步由剪应力互等定理求得各个典型层面上正应力和剪应力的精确值。……