1、重力壩作為壩工設(shè)計(jì)中廣為應(yīng)用的一種壩形,它的優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為人們關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。對重力壩進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),是重力壩設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。重力壩斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是在特定的荷載作用下尋找最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案,通過一系列的分析計(jì)算,能夠獲得一個(gè)既安全穩(wěn)定又經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案。
　　目前在重力壩設(shè)計(jì)中,斷面都采用基本三角形斷面,該斷面形式能有效的簡化計(jì)算,較易得出壩體的幾何尺寸,但它并非是理論上最優(yōu)的斷面形式。傳統(tǒng)的基本三角形斷面能恰巧滿足壩體建基面上

2、的各項(xiàng)控制條件,但在壩體較高的截面上材料的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮,常有所富余,且由于壩體上下游折坡點(diǎn)的存在,壩體在折點(diǎn)處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,所以可以考慮將上下游壩面做成曲面形式,通過數(shù)學(xué)規(guī)劃法求解一個(gè)能恰巧滿足壩體各截面處控制條件的最優(yōu)斷面。
　　本文首先闡述了重力壩進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論和方法,以及重力壩應(yīng)力、穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)遵循的計(jì)算方法和控制標(biāo)準(zhǔn);然后采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法,以曲線壩面的上下游方程系數(shù)為設(shè)計(jì)變量,以幾何約束、抗滑穩(wěn)定和應(yīng)力約束

3、為控制條件,以單位壩段斷面面積作為目標(biāo)函數(shù)建立重力壩的數(shù)學(xué)模型;最后通過ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行壩體的優(yōu)化計(jì)算模擬,其研究的主要內(nèi)容分述如下:
　　1.采用ANSYS的參數(shù)化語言建立了重力壩曲線斷面模型,并用ANSYS自帶的優(yōu)化分析程序?qū)误w進(jìn)行優(yōu)化分析。整個(gè)計(jì)算分析過程由于是參數(shù)化輸入,所以無論是幾何模型建立、網(wǎng)格劃分、幾何邊界條件以及荷載(壩體自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力和地震作用)施加,還是計(jì)算求解、判斷收斂條件是否滿足以及進(jìn)

4、行相應(yīng)的優(yōu)化計(jì)算,這所有的工作都依靠計(jì)算機(jī)來完成,其求解效率高,結(jié)果較為可靠。
　　2.進(jìn)行傳統(tǒng)斷面和曲線斷面的對比分析。本文不僅建立了曲線斷面的有限元模型,而且還建立了傳統(tǒng)的基本三角形斷面模型,通過對壩高為30m,材料屬性、壩頂寬度以及荷載全部相同的兩種斷面進(jìn)行分析研究,發(fā)現(xiàn)曲線斷面既能滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求,又能使目標(biāo)函數(shù)更小,滿足我們經(jīng)濟(jì)性的要求,這便增加了這種斷面形式的可使用性。
　　3.根據(jù)重力壩的分類標(biāo)準(zhǔn),對高、中、