有限元等效应力法在重力坝强度分析中的应用

有限单元法是一种数值分析方法，通过将复杂的结构或系统离散为有限个小的单元，对每个单元进行单独分析，再将这些单元的响应进行组合，得到整体的响应。

这种方法在许多工程领域都有广泛应用，包括重力坝的应力计算。

使用有限单元法计算重力坝的应力，一般会遵循以下步骤：
建立模型：首先，需要建立一个数值模型来表示重力坝。

这个模型通常由一系列的有限单元组成，每个单元代表了坝体的一部分。

这些单元可以是线性的、二次的或更高阶的，取决于问题的复杂性和精度需求。

加载条件：定义重力坝上的载荷，包括坝体的自重、水压力等。

这些载荷将被施加到模型的相应部分。

边界条件：定义模型的边界条件，例如固定边界、自由边界等。

这些条件将影响模型中单元的位移和应力分布。

求解方程：使用有限元方法，将整体的结构方程离散到每个单元上，形成一系列的线性方程组。

然后，使用数值方法（如直接法、迭代法等）求解这些方程，得到每个单元的位移和应力。

后处理：分析求解结果，提取重力坝的应力、应变等信息。

根据这些数据，可以对坝体的安全性进行评估，并进行必要的加固或优化设计。

值得注意的是，使用有限元法进行计算时，需要注意选择合适的单元类型和网格密度，以确保结果的精度和可靠性。

同时，也需要考虑各种因素（如温度变化、材料非线性等）对计算结果的影响。

第7卷第1期2009年3月水利与建筑工程学报Journal of Water Resources and A rchitectural EngineeringV ol.7No.1M ar .,2009收稿日期:2008 09 24 修回日期:2008 10 28作者简介:郝志强(1982 ),男(汉族),河北人,在读硕士研究生,研究方向为水工结构理论及其应用。

基于有限元方法的重力坝强度可靠度计算郝志强,武 亮,姚 激(昆明理工大学,云南昆明650051)摘 要:有限元方法正逐渐广泛地应用于重力坝应力计算。

借助蒙特卡罗数值模拟的有限元可靠度分析能较为准确地计算出重力坝强度可靠度,计算中考虑上游水深、上游泥沙高度、材料强度、材料密度、扬压力折减系数,作为随机输入变量。

进一步研究随机输入变量对强度可靠指标的敏感性,得到了一些重要的结论,指出了影响强度可靠度指标的最敏感因子即上游水位和材料强度指标。

算例表明借助蒙特卡罗数值模拟的有限元计算大型非线性复杂结构的可靠度简便可行,计算结果能达到所需的精度要求。

关键词:可靠度;随机有限元;蒙特卡罗法;重力坝中图分类号:T V 642.3 文献标识码:A 文章编号:1672 1144(2009)01 0120 02Reliability Computation for Strength of Gravity Dam Based on FEMHAO Zhi qiang ,WU Liang,YAO Ji(K unming Univ ersity of T echnology ,K unming,Yunnan 650051,China)Abstract:T he finite element method (FEM )is gradually used for calculating the stress of gravity dam in many practicalcases.With the aid of the FEM using Monte Corlo numerical simulat ion technique,the strength reliability computat ion for gravit y dams is more accurate.As t he random input variables,the dept h and sediment height in t he upper raeches,mat erial strength,material density,and the uplift pressure reduct ion factor are considered.Some conc lusions are also drawn from t he research on t he sensitivit y of the random input variables to the reliable strength indexes,the most sensi t ive factors to the reliable st rength indexes are point ed out,and the upstream water level and material st rength are two of the most sensit ive paramet ers.A numerical example shows that the FEM by using M ont e Corlo numeric al simulat ion technique is a simple and feasible way t o c alculat e the reliabilit y of large scale and non linear complex st ructures,and the calculation result s also meet the precision requirement.Keywor ds:reliability;stochastic finite element;Monte Carlo algorithm ;gravity dam以结构可靠度理论为基础的概率设计方法正越来越广泛地成为结构工程设计的发展趋势。

有限元等效应力法在重力坝强度分析中的应用范书立;陈健云;郭建业【期刊名称】《水利学报》【年(卷),期】2007(038)006【摘要】采用有限元法进行重力坝坝体应力分析时,坝踵、坝址的应力计算结果一直无法作为设计坝体断面的依据.本文将有限单元法所求得的应力合成截面内力,用材料力学公式求出重力坝建基面上任意点对应的线性化等效应力,并分析了影响有限元等效应力的各种因素.研究结果表明,有限元等效应力法有效地避免了坝踵、坝址的应力集中现象,解决了坝踵应力随网格的变化而变化的问题,计算出的建基面应力具有数值稳定性,得出的应力结果可以按现行的重力坝设计规范规定的应力标准评价重力坝坝体安全度.因此,结合有限元结果和等效应力法计算的坝踵、坝址应力结果,可为重力坝坝体强度的综合评定提供相应的依据.【总页数】7页(P754-759,766)【作者】范书立;陈健云;郭建业【作者单位】大连理工大学,海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116023;大连理工大学,海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116023;大连理工大学,海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116023【正文语种】中文【中图分类】TV64.3【相关文献】1.有限元等效应力法在拱坝设计中的应用 [J], 肖伟荣;苏志敏;唐涛2.重力坝分析的改进有限元等效应力法 [J], 杨会臣;贾金生;郑璀莹3.等效结构应力法在高强钢疲劳寿命预测中的应用 [J], 邹艳妮;李耀;罗东4.等效结构应力法在塔机关键焊缝疲劳强度研究中的应用 [J], 付玲;李耀;罗东;吴达鑫;佘玲娟5.等效结构应力法原理及其在转向架焊接构架疲劳寿命分析中的应用 [J], 薛俊谦;李向伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

有限元法在泥石流重力式拦砂坝受力分析中的应用研究
有限元法在泥石流重力式拦砂坝受力分析中的应用研究
近年来，随着工程建设规模不断发展，拦砂坝受力分析已经成为工程设计和施工中一个重要内容。

泥石流重力式拦砂坝是拦砂坝的一种，它具有结构简单的特点，维护费用低，但是其受力分析很难，严重影响着工程的安全性和长期稳定性。

因此，研究如何利用有限元法进行泥石流重力式拦砂坝受力分析已成为当前工程领域的热点话题。

有限元法是一种数值分析方法，用于求解多种复杂的工程结构，对于复杂难以分析的泥石流重力式拦砂坝受力分析有着重要意义。

通过有限元分析，可以准确分析拦砂坝的受力，有效地防止坝体受力过大而发生破坏，为坝体设计提供了准确的参数。

在有限元法分析泥石流重力式拦砂坝受力时，首先要建立数学模型，建立模型的方法有分析法、近似法和数值法等，其中数值法最为常用。

数值法可以将拦砂坝的复杂结构简化为一维或二维模型，然后按照有限元法进行计算分析，得出受力分析结果。

拦砂坝受力分析是一个复杂的问题，为确保受力分析结果的准确性，在有限元法分析泥石流重力式拦砂坝受力时，还应考虑到地质条件、拦砂坝结构参数等因素。

同时，应加强模型的验证，以确保受力分析的精度。

综上所述，使用有限元法进行泥石流重力式拦砂坝受力分析可分析拦砂坝受力情况，以防止坝体受力过大而发生破坏，确保坝体稳定性，但是其分析过程复杂，需要考虑多方面因素，并加强模型验证，以确保受力分析结果的准确性。

有限元等效应力在拱坝应力设计中的应用拱坝应力设计是水利工程的一项重要的分支，是用来确保拱坝工程的安全性和可靠性的一项传统技术。

在拱坝应力设计中，有限元等效应力是一种新型计算方法，它可以有效地考虑拱坝结构材料和结构形状的不确定性，确保拱坝工程的安全和可靠性。

有限元等效应力的计算方法是在有限元分析的基础上，对拱坝结构材料和形状的不确定性进行评估，以降低拱坝应力设计的复杂度。

有限元等效应力的计算方法分为两个步骤：第一步，使用有限元法来计算拱坝结构的响应，将其限定在拱坝的关键面上；第二步，基于拱坝结构响应，对拱坝结构材料和结构形状不确定性进行分析，最终获得拱坝结构的有限元等效应力。

由于有限元等效应力能够有效地考虑拱坝结构材料和结构形状的不确定性，从而提高拱坝应力设计的效率和精确度。

因此，有限元等效应力在拱坝应力设计中的应用日益普及。

首先，拱坝结构材料和结构形状的不确定性是拱坝应力设计过程中的主要因素，应当受到特别关注。

其次，有限元等效应力能够更好地对拱坝结构材料和形状的不确定性进行评估，从而提高拱坝应力设计的精确度。

有限元等效应力的计算方法是基于有限元分析开发的，因此需要拱坝应力设计中使用有限元等效应力时，必须了解使用有限元分析的前提条件和基本原理。

有限元分析中，需要对拱坝结构的材料特性、坐标系参数和结构形状的参数进行设置，以及对网格划分、有限元单元的类型和数据等进行初始设置。

此外，还需要对拱坝结构的材料和形状特性进行精确表征，这些特性将直接影响拱坝应力设计的结果。

有限元等效应力在拱坝应力设计中的应用具有重要的意义。

它可以有效地考虑拱坝结构材料和结构形状的不确定性，从而提高拱坝应力设计的精确度。

此外，在计算有限元等效应力时，还需要了解有限元分析的基本原理，并结合有限元分析的基本原理，进行有限元等效应力的计算。

因此，拱坝应力设计中使用有限元等效应力的应用有着重要的意义。

综上所述，有限元等效应力是拱坝应力设计中一种新型计算方法，它可以考虑拱坝结构材料和结构形状不确定性，从而提高拱坝应力设计的精确度。

2007年6月水 利 学 报SHUILI XUEBAO第38卷 第6期收稿日期:2006-07-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(90510018);新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-06-0270)作者简介:范书立(1978-),男,山东高唐人,博士生,主要从事水工结构研究。

E -mail:shl fan@文章编号:0559-9350(2007)06-0754-06有限元等效应力法在重力坝强度分析中的应用范书立,陈健云,郭建业(大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁大连 116023)摘要:采用有限元法进行重力坝坝体应力分析时,坝踵、坝址的应力计算结果一直无法作为设计坝体断面的依据。

本文将有限单元法所求得的应力合成截面内力,用材料力学公式求出重力坝建基面上任意点对应的线性化等效应力,并分析了影响有限元等效应力的各种因素。

研究结果表明,有限元等效应力法有效地避免了坝踵、坝址的应力集中现象,解决了坝踵应力随网格的变化而变化的问题,计算出的建基面应力具有数值稳定性,得出的应力结果可以按现行的重力坝设计规范规定的应力标准评价重力坝坝体安全度。

因此,结合有限元结果和等效应力法计算的坝踵、坝址应力结果,可为重力坝坝体强度的综合评定提供相应的依据。

关键词:有限元;等效应力;重力坝;设计准则中图分类号:TV6413文献标识码:A1 研究背景有限元法由于使用方法灵活,适用范围广泛,能够有效地解决复杂结构的应力分析,自20世纪60年代末被用于计算混凝土重力坝坝体应力后,已迅速发展成为进行坝工设计和坝工学科定量研究的一个重要手段。

但是,有限元法计算的应力结果与所采用的单元型式和单元网格划分疏密有较大的关系,在坝踵、坝趾等角缘部位存在应力集中现象,网格愈密应力集中程度愈高,而这些部位往往是坝工设计最受关注的控制部位,这给大坝的应力安全评价以及合理确定大坝的应力控制标准带来困难。

因此,有限元法分析中控制应力取值标准一直是坝工界长期关注且尚未得到很好解决的关键问题之一。

利用有限元法的大坝变形分析研究摘要：随着经济社会的发展，水利工程也得到了较快的推进，极大程度丰富了人们的生活。

但是大坝有可能还存在着变形问题，对于其质量造成严重的影响，进而威胁到人们的正常生活。

本文以具体工程为例进行分析，论述了利用有限元法来分析大坝变形。

关键词：有限元；大坝变形；分析引言我国是地震多发的国家，建设重力坝的地区一旦发生地震，将带来灾难性的后果。

在修建大坝设计中将地震荷载纳入考虑范围，考察重力坝在地震荷载下的动力响应特性，研究重力坝在静力、动力荷载下的安全问题具有十分重要的意义。

国内外诸多学者用各种非线性模型分析了混凝土重力坝在地震作用下的反应。

然而，总体来看，大坝安全评价准则目前正处在发展阶段，如何有效合理地利用有限元计算结果受到广大研究者的普遍注。

1、工程概况某水库是一座综合利用的大Ⅱ型水利枢纽工程，2015年12月通过了竣工验收。

总库容10137万立方米，控制流域面积875平方千米，坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高88.3m，坝顶长310m，坝顶高程1138.3m。

大坝变形观测分人工观测和自动化观测两大部分，建立了相对完善、全面的变形观测系统。

大坝变形监测工作范围主要包括：1）坝体外部沉降观测；2）坝体内部沉降观测；3）坝体外部水平位移观测；4）坝体内部水平位移观测；5）溢洪道沉降观测。

由于人工观测环境与测量仪器限制，大坝体外水平位移观测目前未能取得观测数据，本文对此项数据不做分析。

2、监测资料分析变形监测在测量领域内占据着重要的位置，从一个工程的施工到完工，以及后续的运营都需要进行不断地监测，掌握变形的情况，及时解决潜在安全问题，保证工程的正常运营。

在大坝变形监测中，传统的变形监测是采用高精度的监测网对大坝变形要素进行监测，但由于大坝所处地形条件的影响，导致监测网的网形差和监测点的位置精度不精确，影响测量的准确性。

这种方法的劳动强度很大，观测时间较长，没有实现自动化监测。

将大坝历年各期资料汇总成数据库，将地震期间监测数据与震前数据、历年同期数据进行比。

有限元等效应力在拱坝应力设计中的应用拱坝是大型水利工程建筑，被广泛应用于电站、灌溉、航道等水利工程中，它的安全及材料利用率是水利工程设计中重要的考虑因素。

为保证拱坝的受力安全，必须做好拱坝应力设计，而有限元等效应力（FEA）是最常用的一种应力分析方法。

有限元等效应力是指通过有限元分析法，建立起拱坝模型，根据施加的受力条件，分析结果得出的一种有限元应力，将它们的分布转换为拱坝应力设计中更容易掌握的等效应力。

等效应力是比有限元应力处理更便捷的一种应力，要求模型仅在静力下分析，但不考虑拱坝间的载荷变化。

等效应力应用于拱坝应力设计中，首先要确定拱坝块体模型和分析拱坝材料及受力条件，然后根据拱坝的受力状况，确定等效应力的参数，尤其是选择正确的真实应力与等效应力之间的关系式。

在建模过程中，要根据拱坝的实际结构形态，建立一个完整的三维建筑模型，然后在三维模型上分布一组点，以捕捉拱坝表面上的变形及应力分布。

有限元模拟过程中，应力与变形的计算精度取决于模型的精细度，一般来说，节点分布越密集，结果越精确。

拱坝的模型完成后，可以进行有限元分析，在分析过程中考虑到重力荷载、水压荷载等力学参数，经过物理场的分析，可以获得分布在拱坝表面的应力数据，通过对三维模型中每个单元的应力与位移进行分析，可以计算拱坝的应力系数以指导拱坝设计。

通过应用有限元等效应力，还可以准确掌握不同断缝、抽水口位置的等效应力分布，从而更有效地控制拱坝的受力状况及拱坝的结构安全性。

此外，在拱坝应力设计过程中，有限元等效应力还可以用于对拱坝结构变形进行估计，比如从模型中确定拱坝体积变形率、拱顶变形率等。

在确定拱坝结构变形程度之前，需要进行等效应力计算，以估算拱坝结构静力变形状况，具体过程可以通过计算得出拱顶位移和拱顶应变值，以此来判断拱坝的安全性及其结构变形程度。

在分析有限元等效应力的应用中，Updating是一种新的方法，它可以有效地更新等效应力分布，以求解拱坝表面不均匀应力场的空间变化，新的拱坝几何形态与荷载变动可以迅速得到拱坝表面应力的准确计算结果，从而节省了重新建模的时间成本。

应用有限元分析软件分析混凝土重力拱坝在静载力作用下的应力应变摘要：应用有限元分析软件对碾压混凝土重力拱坝进行建模分析，计算得到坝体在静载力下作用下的应力和变形，分析坝体应力、变形及安全评价。

关键词：有限元拱坝应力应变中国分类号：TV311 文献标识码：A随着全国水电事业的大力发展，筑坝技术的不断完善，全国拱坝数量也在不断增加，随之而来的对拱坝静动力学分析及安全评价也十分重要。

本文采用有限元软件对南康河水电站碾压混凝土重力坝进行建模分析，分析坝体的应力情况及变形稳定。

1 有限元分析软件碾压混凝土重力拱坝坝体应力计算采用的是大型商用有限元软件。

ABAQUS是一套功能强大的模拟工程的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。

2 项目简介南康河水电站位于云南省普洱市西盟县境内，位于南卡江上游的一级支流，以水力发电为主。

坝址控制流域面积1152.5km2，多年平均流量37.8m3/s，水库总库容3095.6万m3，为日调节水库。

工程为Ⅲ等工程，大坝分类为中型工程，主要建筑物为3级建筑物，其他次要建筑物为4级建筑物。

南康河水电站挡水坝为碾压混凝土重力拱坝，按100年一遇洪水（P=1%）设计，1000年一遇洪水（P=0.1%）校核，坝顶高程665.0m，坝底高程659.0m，最大坝高68.0m，坝顶宽度6.0m，拱冠梁底宽22.24m，拱冠梁厚高比0.327，拱顶中心线弧长180.623m，弧高比2.66，顶拱中心角91º。

拱坝基础坐落于弱风化带中下部岩体上，河床基岩主要为中厚层状石英片岩夹云母石英片岩，岩体完整性好，坝址区基岩主要为云母石英片岩、云母长石石英片岩间夹少量绢云片岩。

3 研究内容主要研究南康河水电站碾压混凝土重力拱坝在静载下的应力、变形情况，即研究基本荷载组合以及特殊荷载组合下三维大坝-地基系统的应力和变形，拱坝应力分析采用有限元法，并给出坝体上下游面的应力和位移分布。