基于ANSYS的石膏山拱壩三維彈塑性分析

武啟斌 孫建生 裴敬垚 樊 盼

（太原理工大學水利科學與工程學院 山西太原 030024）

0 引言

拱壩是周邊固定的高次超靜定空間殼體結構，地基變形和壩體溫度變化對拱壩結構的應力影響十分顯著，考慮地基變形和溫度變化影響的彈塑性三維有限元分析研究成果對拱壩設計和施工具有重要的指導意義和實踐參考價值。本文結合山西省石膏山拱壩工程設計要求，利用ANSYS有限元分析軟件建立反映實際工程地形的三維分析模型，得到壩體分析應力成果。與多拱梁分載法計算成果進行對比分析，提出了有益的參考。

ANSYS軟件是第一個通過ISO9001質量認證的大型商用標準有限元分析設計軟件[1]，廣泛應用于結構、流體、電磁等方面的研究。在我國大型水利工程如金沙江溪落渡電站、二灘電站、三峽工程、南水北調工程等設計中已被采用。

1 工程概況

石膏山水庫工程位于靈石縣仁義河干流上，水庫正常蓄水位為66.0 m，設計洪水位（P=2%）66.5 m，水庫總庫容473萬m3，工程等級為Ⅳ等，大壩為定圓心變半徑變中心角的混凝土單曲拱壩，如圖1、圖2，最大壩高68.0 m，壩頂寬5 m，拱冠處壩底寬為27.5 m，厚高比為0.40。拱圈上游半徑為110 m，最大中心角88.02°。體形參數見表1：

圖1 拱壩平面圖

圖2 拱壩剖面圖

2 幾何模型的建立

2.1 三維模型建立的意義

由于拱壩結構的應力和位移與壩肩巖體的變形特性密切相關，所以進行壩體結構三維有限元分析必須考慮周圍巖體的物理力學特性，才能保證三維模擬分析時更加接近實際情況，根據現有的地勘資料和測量資料對壩體周圍的巖體建立三維分析模型，是目前水工結構中研究的重要課題[2]。……