斧子口水利枢纽溢流坝三维有限元分析.docx

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·规划设计·

斧子口水利枢纽溢流坝三维有限元分析唐岗

(广西水利电力勘测设计研究院，广西南宁530023)

[摘要]采用ANSYS数值计算软件对斧子口水利枢纽大坝溢流坝段进行三维有限元结构应力与稳定分析，对比分析了在设计洪水位闸门全闭挡水和中孔闸门开启两种工况下的坝体应力和位移计算结果，计算成果为该溢流坝的设计施工提供依据。

[关键词]溢流坝；三维有限元；应力；位移；稳定分析

[中图分类号]TV31[文献标识码]B[文章编号]1003-1510(2013)03-0028-05

1工程概况

桂林市斧子口水利枢纽是桂林市防洪及漓江补水枢纽工程之一，是国务院批准的《珠江流域防洪规划》确定的桂江重点控制性防洪工程。工程位于漓江上游干流陆洞河上，开发任务为以桂林市防洪及漓江生态补水为主，结合发电等综合利用。工程由拦河坝、泄水建筑物及发电引水系统组成。拦河坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程271.5m,最大坝高76.5m,坝顶宽7m,坝顶总长239m,由左岸非溢流坝段、右岸非溢流坝段和溢流坝段3个坝段共9个坝块组成，其中左、右岸非溢流坝段分别长123m和77m,溢流坝段长39m,为6坝块，不设横缝，在坝上游面设永久短缝。溢流坝段布置3个带胸墙式表孔，孔口尺寸为9m×13m,堰顶高程250.5m。每孔设弧形工作闸门，采用液压启闭机启闭，工作闸门上游侧设平板检修闸门，3个表孔共用一扇检修闸门，检修闸门为露顶式平面滑动钢叠梁门，采用单向门式启闭机启闭。闸墩为宽尾墩型，中墩和边墩厚度均为3m,闸墩顶部布置液压启闭机装置。溢流坝顶部设工作桥、交通桥及启闭机房等。溢流坝下游反弧段半径为25m,两侧导墙顶宽2m,高约8.5m。溢流坝下游采用底流消能方式，消力池长68m(含尾坎),净宽35m,池底高程197.50m,池深10.5m,尾坎顶高程208m。

2计算方法1]

计算采用ANSYS软件，单独对溢流坝段建有限元模型，溢流坝段建基高程取为215m,上部建至271.5m高程，胸墙、牛腿与闸墩联结作为整体模型。

计算工况取设计洪水位闸门全闭和中孔闸门全开(两侧闸门全闭)两种计算工况：

(1)设计洪水位的水压力+自重+三孔牛腿受的荷载力。

(2)设计洪水位的水压力+自重+两侧闸孔牛腿受的荷载力。

3计算模型、资料

3.1溢流坝体型资料

表孔为带胸墙式表孔，溢流堰采用WES型实用堰，堰顶高程250.5m,设3孔，单孔孔口尺寸9×13m。根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005),定型设计水头H?取为堰顶最大作用水头(宣泄校核洪水流量时)的85%计算，即Ha=15.51m,经计算得，堰面曲线方程为Y=0.0486X185,堰下游斜面坡度1:0.75,底部反弧段半径为25m,中心角53°。上游堰面为倒悬结构，堰头采用1/4椭圆曲线，曲线方程

为,堰头倒悬高度为10m,满足规范要求大于1/2的堰上最大水头的要求。胸墙底缘采用1/4椭圆曲线，其方程式为

[收稿日期]2013-03-19[修回日期]2013-05-13

[作者简介]唐岗(1983-),男，广西全州人，广西水利电力勘测设计研究院工程师，硕士，主要从事水利水电工程设计工作。

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闸墩为宽尾墩型，中墩和边墩厚度均为3m。上游墩头均采用半圆形，半径为1.5m,边孔墩尾采用不对称Y型宽尾墩，孔口宽度由9m收缩为5.5m,外侧收缩2.0m,内侧收缩1.5m,收缩比为0.61;中间孔采用对称Y型宽尾墩，孔口宽度由9m收缩为6m,左右每侧收缩1.5m,收缩比为0.67。边孔和中间孔宽尾墩长度均为11.5m,最大高度24.6m。

3.2模型单元划分及边界约束

模型选用了SOLID45单元类型。SOLID45是三维8节点实体单元，它有8个节点，每个节点有3个自由度，分别为X、Y、Z方向。此单元能很好地适用于不规则形状的实体，具有塑性、蠕变、应力刚化、大变形、大应变功能2。

对模型采用映射网格划分和自由网格划分两种方法，划分为106135个单元，32954个节点。整体坐标为OXYZ,X向上游，Z向下为正的右手坐标系。坝体模型底部三向连杆约束。模型见图1-3。

图1溢流坝整体有限元模型图