【正文】 MenuGeneral PostprocPlot ResultsNodal Sol彈出Contour Nodal Solution Data對話框，在 Contour Nodal Solution Data選項的左側(cè)列表中選中Stress選項，右側(cè)列表中選擇1st principal S1選項，單擊OK按紐觀察第一主應(yīng)力結(jié)果。目前，對用有限元計算得的壩踵拉應(yīng)力如何考慮，尚無統(tǒng)一規(guī)定。本設(shè)計采用彈性理論的有限元法 。荷載的施加主要考慮三種工況，分別是基本組合、特殊組合（一）和特殊組合（二）。2）主要荷載有：上、下游靜水壓力；泥沙壓力；揚(yáng)壓力。施加荷載的主要內(nèi)容有：1）施加荷載2）求解過程控制在ANSYS程序中，載荷包括邊界條件和外部或內(nèi)部作用力。擋水壩段設(shè)計分三種情況，分別是：1）基本組合：設(shè)計洪水位 :荷載有:自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力2）特殊組合（1）::荷載有:自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力3）特殊組合（2）:正常蓄水位 :荷載有:自重+靜水壓力+揚(yáng)壓力+泥沙壓力+地震荷載注: 在這里只考慮對壩體影響較大的荷載，如上下游水壓力、泥沙壓力、揚(yáng)壓力、自重。網(wǎng)格劃分可以采取先劃分線，再劃分面。2）在劃分面之前先將線不等分化，在應(yīng)力集中處線的分段長度小，反之則劃分長度相對較長。對求解的精度帶來不利影響。單元網(wǎng)格的劃分也是有限元建模過程的一個重要的部分，網(wǎng)格劃分的好壞與否直接影響到計算的精度，在壩趾和壩踵及廊道處的應(yīng)力較大，所以這些地方在進(jìn)行網(wǎng)格劃分的時候應(yīng)該進(jìn)一步細(xì)化，有兩種方法可行：1）在為模型按統(tǒng)一比例劃分完后，再在現(xiàn)有單元的基礎(chǔ)上選擇應(yīng)力較大的部位再選擇合適的比例進(jìn)一步細(xì)化。網(wǎng)格細(xì)化的命令在主菜單中的Preprocessor/meshing/modify mesh子菜單中。在實(shí)際工程計算中，用戶一定要根據(jù)自己的分析目的和問題的性質(zhì)來確定劃分網(wǎng)格的密度控制。劃分網(wǎng)格之前一般需要對網(wǎng)格密度進(jìn)行必要的控制。網(wǎng)格劃分的好壞將直接影響到計算結(jié)果的準(zhǔn)確性和計算精度，甚至?xí)驗榫W(wǎng)格劃分不合理而導(dǎo)致計算不收斂。平面網(wǎng)格劃分后對該壩體和基礎(chǔ)分別拖拉形成空間模型。（3）根據(jù)水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范，對于重力壩，反應(yīng)譜代表值為βmax=2,Tg=,其中表達(dá)式為： 注：設(shè)計的基本假定：（4）壩體和壩基連續(xù)，即壩體和壩基之間緊密聯(lián)系在一起；（5）壩基和壩體的材料是均勻的；（6）基巖模型采用線彈性本構(gòu)模型。2）初始建?；炷林亓谓５幕緟?shù)（1）大壩：彈性模量E=，泊松比為=，密度為2400kg/m3，抗拉強(qiáng)度為fc=，抗壓強(qiáng)度ft=22e6Pa。4）位移只在XY平面內(nèi)發(fā)生。2）Z方向幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于X和Y方向上尺寸。當(dāng)一個方向的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他兩個方向的尺寸，并且垂直于大尺寸方向的橫截面積總是保持不變形的結(jié)構(gòu)，如大壩壩體可以近似認(rèn)為符合該要求。4）只在XY平面內(nèi)出現(xiàn)位移，Z方向沒有位移發(fā)生。2）Z方向幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于X和Y方向尺寸。 PLANE42 單元 圖13 SOLID65幾何模型圖：①平面應(yīng)力模型 當(dāng)結(jié)構(gòu)中任何位置點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)（六個應(yīng)力分量）中某方向上應(yīng)力分量為零，其他兩個方向上應(yīng)力不為零，這時三維空間結(jié)構(gòu)處于平面應(yīng)力狀態(tài)。加強(qiáng)材料則只能承受拉壓，不能承受剪切力。SOLID65單元最多可以定義3種不同的加固材料，即此單元允許同時擁有四種不同的材料。它可以模擬混凝土中的加強(qiáng)鋼筋，以及材料的拉裂和壓潰現(xiàn)象。并有一個選項可以支持額外的位移形狀。本單元有 4 個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)有 2 個自由度，分別為 x 和 y 方向的平移。PLANE42是2 維實(shí)體結(jié)構(gòu)單元，用于建立 2 維實(shí)體結(jié)構(gòu)模型。在劃分單元之前應(yīng)將材料屬性附給壩體和地基。壩底高程為80m，壩高H=16180=81m，上游壩坡坡率取n=0，下游壩坡坡率取m=，壩頂寬度取8m。 第二部分設(shè) 計 計 算 書1 擋水壩段的設(shè)計 剖面輪廓及尺寸 壩頂高程的確定 壩頂高程應(yīng)高于校核洪水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱虘?yīng)高于波浪頂高程。 總體而言，這次興旺溝水利樞紐有限元分析運(yùn)用了功能強(qiáng)大的ANSYS軟件，給壩體的分析計算帶來了方便。（3）擋水壩段抗震分析中最大拉應(yīng)力在規(guī)范要求的允許之內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)計情況的地震強(qiáng)度時，壩體不會產(chǎn)生破壞，滿足要求。擋水壩段在基本組合，特殊組合（一），特殊組合( 二), , ,，滿足要求；， ， ，分別大于規(guī)范要求值 ， ，滿足要求。6 結(jié)論 這次興旺溝樞紐工程有限元分析，通過建模模擬出擋水壩段和廠房壩段，對其進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定及抗震分析，參照水工建筑物標(biāo)準(zhǔn)，最后得出以下結(jié)論： （1）擋水壩段和廠房壩段應(yīng)力分析符合規(guī)范要求，小于壩底寬度的7%，滿足要求；，同樣也小于壩底寬度的7%，雖然設(shè)計遵循材料力學(xué)的思想，在壩底不可以出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)，但是從有限元方法出發(fā)，只要出現(xiàn)的拉應(yīng)力區(qū)不超過壩底寬度的7%或壩踵到廊道帷幕灌漿中心線的長度就符合要求。圖522特殊組合（一）廠房壩段第三主應(yīng)力分析圖結(jié)論：按抗剪強(qiáng)度公式：特殊組合(一) = [] 滿足穩(wěn)定要求可見擋水壩段滿足抗滑穩(wěn)定要求。 特殊組合（一）廠房壩段穩(wěn)定分析圖519特殊組合（一）加載圖 圖520特殊組合（一）廠房壩段變形圖。 圖518基本組合廠房壩段第三主應(yīng)力分析圖結(jié)論：按抗剪強(qiáng)度公式：基本組合 = [] 滿足穩(wěn)定要求可見擋水壩段滿足抗滑穩(wěn)定要求。（2）基巖：彈性模量E=，泊松比為=，密度為2700kg/m3 圖514 廠房壩建模圖 圖515基本組合廠房加載圖圖516基本組合廠房壩段變形圖。下游邊坡:1:～1:. 管道的設(shè)計 本階段初選3臺40MW混流式水輪機(jī)機(jī)組,根據(jù)已建工程，設(shè)計進(jìn)口段高程為127米，為8米7米的矩形，管徑為5米。上游壩坡坡率n=0。因此作用于上游面的水壓力及基礎(chǔ)揚(yáng)壓力呈三角形分布，所以重力壩的基本剖面是三角形。 廠房壩段設(shè)計 輪廓尺寸確定 設(shè)計時考慮各影響因素：荷載、地基、運(yùn)用、材料、施工條件等影響，擬定幾個方案比較，選出最優(yōu)方案。 圖513 特殊組合（二）壩體第三主應(yīng)力分析圖在壩址處出現(xiàn)最大壓應(yīng)力， MPa， MPa，滿足強(qiáng)度要求。（二）壩體荷載圖、變形圖、應(yīng)力圖圖510 特殊組合（二）壩體加載圖圖511 特殊組合（二）壩體沉降量圖。圖58 特殊組合（一）壩體第一主應(yīng)力分析圖在壩踵處出現(xiàn)拉應(yīng)力，不超過廊道中心線，滿足規(guī)定要求。圖55 基本組合壩體第三主應(yīng)力分析圖在壩址處出現(xiàn)最大壓應(yīng)力， MPa， MPa，滿足強(qiáng)度要求。圖53 基本組合壩體變形圖。 擋水壩段空間有限元分析 有限元建模基本剖面混凝土重力壩建模的基本參數(shù)（1）大壩：彈性模量E=，泊松比為=，密度為2400kg/m3，抗拉強(qiáng)度為ft=，抗壓強(qiáng)度fc=10e6Pa。廊道斷面多為城門洞形，寬度和高度應(yīng)能滿足灌漿作業(yè)的要求，～3m，高位3～4m。下游邊坡:1:～1:. 廊道系統(tǒng)的設(shè)計帷幕灌漿需要在壩體澆筑到一定高度后進(jìn)行，以便利用混凝土壓重提高灌漿壓力，保證灌漿質(zhì)量。上游壩坡坡率n=0。因此作用于上游面的水壓力及基礎(chǔ)揚(yáng)壓力呈三角形分布，所以重力壩的基本剖面是三角形。（3） 后置處理 將解題部分所得的解答如：變位、應(yīng)力、反力等資料，通過圖形接口以各種不同表示方式把等位移圖、等應(yīng)力圖等顯示出來5 壩體的設(shè)計及有限元分析計算 擋水壩段設(shè)計 輪廓尺寸確定 設(shè)計時考慮各影響因素：荷載、地基、運(yùn)用、材料、施工條件等影響，擬定幾個方案比較，選出最優(yōu)方案。之后將建好的模型劃分網(wǎng)格，是使整個模型系統(tǒng)離散為有限個單元。 有限元ANSYS分析過程ANSYS有限元求解問題的基本過程主要包括：前置處理、有限元求解、后置處理三部分。有限元法采用矩陣表達(dá)形式，便于編制計算機(jī)程序，以求解大型線性方程組。有限元法的實(shí)質(zhì)就是把具有無限個自由度的連續(xù)體，理想化為只有有限個自由度的一組有限個且按一定方式聯(lián)結(jié)在一起的組合域。由此可見，各樞紐方案建筑工程總投資排列順序為方案(1)＞方案(2)＞方案(3)，綜合考慮地形地質(zhì)、水文、施工、運(yùn)行管理等條件，選擇方案⑴，75m的溢流壩段。方案2：右岸布置溢流壩段尾水不宜處理，需要額外修建尾水渠段增加投資。 樞紐布置根據(jù)壩址壩型比較選擇意見，結(jié)合地形、地質(zhì)條件，針對選定的重力壩壩型擬定下列可能的樞紐組合方案，進(jìn)行分析比較。施工方便。便于施工導(dǎo)流。、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng),對地形和地質(zhì)條件要求較拱壩低。樞紐泄洪問題容易解決抗震要求抗震性好抗震性好抗震性不好根據(jù)基本資料顯示，壩址下游有足量的混凝土用砂，石料場，礫石料場儲量豐富。拱壩的理想地形是左右兩岸對稱，岸坡平順無突變地質(zhì)條件對地基地質(zhì)條件要求較低對地基要求較低壩基處的巖基要求堅硬，完整，質(zhì)地均勻，穩(wěn)定氣候條件適應(yīng)各種不同氣候?qū)ν饨鐨夂驐l件的適應(yīng)性好溫度變化對壩體應(yīng)力影響顯著泄洪要求泄洪建筑物應(yīng)具有足夠的泄洪能力，壩體在洪水位以上要有足夠的安全超高，以防洪水滿頂，造成壩的失事。3 壩型