混凝土的重力壩體型優(yōu)化設計

實用標準文案九、 混凝土重力壩的抗震優(yōu)化設計混凝土重力壩結構簡單，施工方便，工作可靠，以其快速經濟大有取代常規(guī)混凝土壩的趨勢。一般重力壩體積龐大， 對壩體的斷面形狀進行優(yōu)化設計， 可以節(jié)省材料和減少工作量，從而產生經濟價值。重力壩是在水壓力作用下，依靠壩自重產生的抗滑力來維持穩(wěn)定的， 必須滿足以下三項基本安全要求：（a）壩不會沿壩內任何水平截面或沿壩和地基的接觸面或沿壩基內地質面發(fā)生滑動破壞； （b）壩不會在壩內任何水平截面上或和地基的接觸面上發(fā)生傾覆破壞；（c）壩體和地基內的應力不能超過混凝土和壩基材料的安全容許值。其中抗滑穩(wěn)定和應力條件必須滿足。至于傾覆安全，由于在傾覆破壞前，一般都會出現(xiàn)壩踵拉裂、 揚壓力增大、抗剪能力減小和壩趾混凝土被壓碎等現(xiàn)象，傾覆安全已經自然滿足，所以，通常不必校和抗傾覆的安全，只要滿足抗滑和應力安全要求。在進行壩體設計以滿足上述安全要求時， 必須對作用在壩上的荷載、荷載組合、壩和地基材料的性質作出一些假定。作用在壩上的荷載可歸納為兩類： 一類是主要的、肯定的、可以根據材料特性準確計算的荷載，包括水荷載和自重荷載。 另一類則是不肯定的、需要設計人員作出判斷和一定假定才能近似求出的荷載，如揚壓力、地震荷載、泥沙壓力、風浪壓力、冰壓力、溫度荷載等。關于混凝土重力壩優(yōu)化設計， 前人在這方面做了許多有用的結論。 在進行斷面設計的時候，在靜力和動力工況下，保證壩體不沿壩內層面或壩基面或地基中的軟弱結構面產生滑動的情況下，盡量減少壩體與地基的接觸面，減少揚壓力，精彩文檔第四章 混凝土重力壩抗震優(yōu)化設計進行優(yōu)化設計。本文正是基于這種前提對混凝土重力壩的斷面優(yōu)化設計做一些分析與探討。（一） 優(yōu)化設計變量重力壩斷面優(yōu)化設計的變量：X x1 x2 x3x1、x2和x3的意義如圖4－4所示。圖4－4 壩體優(yōu)化變量（二）目標函數(shù)目標函數(shù)取單位壩段的斷面面積 W(X)。（三） 基于材料力學法的混凝土重力壩抗震優(yōu)化設計、約束條件36實用標準文案1）基本組合（正常蓄水位）下的約束條件壩趾抗壓強度承載能力極限狀態(tài)設計約束條件0S(GGK,QQK,aK)1R(fK,aK)（4－18）d1m作用效應函數(shù)S(?)(WRMRTR)(1m22)（4－19）ARJR抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù)R(?)fc或R(?)fR（4－20）結構重要性系數(shù) 0，基本組合結構系數(shù) d1，設計狀況系數(shù)，材料性能分項系數(shù) m，其它符號意義見《混凝土重力壩設計規(guī)范》DL5108-1999）。（b）正常使用極限狀態(tài)計算約束條件壩踵垂直應力不出現(xiàn)拉應力（計揚壓力）WRMRTR0（4－ARJR）此時，荷載用標準值，不乘作用分項系數(shù)。c）壩體混凝土與基巖接觸面的抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)設計約束條件0S(GGK,1fK,aK)（4－22）QQK,aK)R(d1m作用效應函數(shù)S(?)PR（4－23）抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù)精彩文檔第四章 混凝土重力壩抗震優(yōu)化設計R(?) fR WR cRAR （4－24）結構重要性系數(shù) 0，基本組合結構系數(shù) d1，設計狀況系數(shù) ，fR的材料性能分項系數(shù) m，cR的材料性能分項系數(shù) m，（d）對于壩基巖體內存在軟弱結構面等情況（見圖） ，需核算深層抗滑穩(wěn)定時，深層抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)設計約束條件0S(GGK,1fK,aK)（4－25）QQK,aK)R(d1m作用效應函數(shù)S(?)Pd（4－26）Pd——作用于深層滑動面的全部切向力之和；抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù)（對于上章圖 3－1所示情形）(WG1)(fd1cossin)Q2fd1U1cd1A1U3（4－R(?)fd1sincos27）式中：G2(fd2cossin)U2fd2cd2A2U3(fd2sincos)Q2cos()fd2sin()（4－28）結構重要性系數(shù)0