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黄金峡碾压混凝土重力坝设计及有限元应力计算.doc

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黄金 碾压 混凝土 重力坝 设计 有限元 应力 计算
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毕业设计 ( 论文 )说明书黄金峡碾压混凝土重力坝设计及有限元应力计算摘 要本设计题目题目来源于在建的引汉济渭工程中的黄金峡水库工程。黄金峡水库位于汉江干流上游峡谷段,为引汉济渭工程的第一水源地。枢纽由拦河坝、泄洪建筑物、水电站及升船机等组成,主要任务是拦蓄河水,雍高水位、发电和航运。黄金峡水库工程为Ⅱ等工程,其主要建筑物按 2 级标准设计。本课题属于工程设计类。本设计主要包括以下几个方面的内容:首先在给定的地质及水文气象等资料,分析选定坝址后结合坝址地形,进行了枢纽布置,然后再用双辅助线半图解法进行了调洪演算,进而确定各特征水位与泄水建筑物的布置与尺寸。其次进行大坝建筑物的设计,分别设计了非溢流坝段,溢流坝段以及底孔坝段等。非溢流坝段的设计,主要有大坝基本断面的确定、坝顶高程的确定、坝顶宽度的确定;溢流坝段的设计,主要有堰顶高程的确定、溢流面线形的确定、消能防冲计算,溢流坝闸门的选择;底孔的设计,主要有进口高程的确定和底孔形式的选择以及进口曲线的确定,在此过程中还进行了溢流坝水面线等水力计算。在设计完建筑物之后,分别在水利行业规范和电力行业规范的基础上用材料力学法进行了坝基面和 410 米高程面在正常蓄水位以及地震情况下的稳定分析和应力计算。之后进行了坝顶、廊道系统、排水系统等构造设计以及地基处理方面的设计和说明。最后用 ANSYS 软件对非溢流坝段进行了有限元应力计算,取 10 米宽度建立三维非溢流坝段模型,分析了各个工况下的位移及坝体应力,每个工况均提交坝体三个位移分量云图,三个应力分量云图,以及第一主应力,第三主应力的云图,并且汇总了各应力和位移的最大最小值。具体设计详见设计说明书,以及反映本次设计成果的七张 CAD 设计图纸,以及开题报告和外文翻译。关键词:碾压混凝土重力坝;非溢流坝;溢流坝;底孔;稳定及应力分析;ANSYS 有限元应力计算The design and Finite element stress calculationof Huang jiaxia RCC gravity damABSTRACTThe graduation design topic comes from the Huang Jinxia reservoir engineering of yin han ji wei project.Huang Jinxia reservoir is located in the upper hanjiang river valley,which is the first water source of the yin han ji wei project.The key project consists of Blocking the river dam,flood discharge buildings,Hydropower station and Ship lift etc.And its Main task is to held water, provide water, power generation and shipping. Huang Jinxia reservoir engineering is the second grade engineering, and its main building is the second grade building.This topic belongs to engineering design class.The Design includes the following several aspects:In the first place ,analysis of dam site selected and the general layout basing on given geological and hydrogeological data and combined with the dam site terrain.Then use the double semi-graphical method guides were flood routing, and to determine the characteristics of water level and the layout and dimensions of the Drainage buildings.Then designed the building dams which consist of the non-overflow section,spillway section,Bottom dam and so on.the design of Non-Spillway, mainly including the determination of the basic section of the dam,crest elevation and the crest width.the design of Spillway, mainly including the Crest elevation determination,the overflow surface linear determination,energy dissipation calculations,and the choice of spillway gates.The design of the Bottom dam, mainly including of the determination the elevation of imports, the choice of form of bottom hole and import curves.In this process, also conducted a hydraulic calculation such as the water lines oh the spillway.After completed the design of buildings.Respectively, on the basis of the water industry and power industry standard ,analysis its stability and stress calculations on the surface and 410 m high dam with a mechanical method under normal water level and seismic conditions.After this step,done the design and description of the ground handling and structural design such as crest, corridor systems and drainage systems.Finally, using ANSYS software for the finite element stress calculation of non-overflow section.Take 10 meters width to build a three-dimensional model of non-overflow section analyzes the displacement and stress of the dam on various conditions .Each condition, submitted three displacement components cloud, three stress components cloud, and the first principal stress, third principal stress contours of the dam, then summary the minimum and maximum values for each stress and displacement.The details of the design on the specification and seven of CAD design drawings,as well as opening report and foreign language translation.KEY WORDS:RCC gravity dam;Non-Spillway Dam;Spillway dam;Bottom dam;stress analysis and stability calculation;Finite element stress calculation.目 录第 1 章 工程概述 ..............................................11.1 工程概况 .............................................11.2 工程规模 .............................................11.3 工程特性表 ...........................................2第 2 章 基本资料 ..............................................32.1 水文气象 .............................................32.1.1 流域概况 ........................................32.1.2 水文资料 ........................................32.1.3 泥沙 ............................................72.1.4 气象 ............................................92.2 工程地质 .............................................92.2.1 区域地质概况 ....................................93.2.2 水库区工程地质条件 .............................103.2.3 坝址工程地质条件 ...............................123.2.4 电站工程地质条件 ...............................152.3 天然建筑材料 ........................................15第 3 章 调洪演算 .............................................163.1 正常蓄水位确定 ......................................173.2 初拟死水位 ..........................................183.3 起调水位的分析与选择 ................................183.4 调洪计算 ............................................193.4.1 调洪计算的目的 ....................................193.4.2 调洪计算的原理 .................................193.4.3 调洪计算的过程 .................................20第 4 章 枢纽布置 .............................................314.1 坝址选择 ............................................324.1.1 上坝址(带阳滩)工程地质条件 ...................324.1.2 下坝址(懒人床)工程地质条件 ...................324.1.3 坝址比较意见 ...................................334.2 坝型选择 ............................................334.3 枢纽布置 ............................................34第 5 章 建筑物设计 ...........................................365.1 非溢流坝段设计 ......................................375.1.1 坝体剖面设计 ...................................375.2 溢流坝段设计 ........................................415.2.1 溢流坝面体型设计 ...............................415.2.2 闸门与闸墩 .....................................465.2.3 消能防冲计算 ...................................475.2.4 溢流坝面水面线计算 .............................485.3 泄洪排沙底孔设计 ....................................505.4 水电站进水口 ........................................53第 6 章 非溢流坝段抗滑稳定及应力计算 .........................546.1 坝基面上的计算 ......................................556.1.1 荷载计算 .......................................556.1.2 荷载组合 .......................................606.1.3 坝基面稳定及应力计算 ...........................616.2 高程为 410m 处截面上的计算 ...........................736.2.1 荷载计算 .......................................736.2.2 荷载组合 .......................................776.2.3 410 高程面稳定及应力计算 .......................77第 7 章 构造设计 .............................................907.1 坝顶构造 ............................................917.2 廊道系统 ............................................917.2.1 坝基灌浆廊道 ...................................917.2.2 检查和坝体排水廊道 .............................927.3 防渗与排水系统 ......................................927.4 横缝构造 ............................................927.5 坝体材料分区 ........................................93第 8 章 地基处理 .............................................958.1 坝基开挖及处理 ......................................968.2 帷幕灌浆与固结灌浆 ..................................968.2.1 基岩固结灌浆 ...................................968.2.2 坝基的帷幕灌浆 .................................968.3 坝基排水 ............................................978.4 断层、软基夹层处理 ..................................97第 9 章 基于 ANSYS 的有限元应力分析 ...........................979.1 计算条件及背景 ......................................989.2 计算假定与模型 ......................................989.2.1 计算假定 .......................................989.2.2 计算模型 .......................................999.3 荷载施加及荷载函数 .................................1009.4 荷载组合 ...........................................1069.5 荷载函数汇总 .......................................1079.5.1 施工工况 ......................................1079.5.2 正常蓄水位工况 ................................1079.5.3 设计洪水位工况 ................................1089.5.4 校核洪水位工况 ................................1099.5.5 正常蓄水位+地震工况 ...........................1099.6 计算成果及分析 .....................................1119.6.1 正常蓄水位工况计算结果 ........................1119.6.2 正常蓄水位+地震工况下计算结果 .................1149.6.3 各工况下应力位移最大最小值汇总 ................1179.6.4 成果分析 ......................................118第 10 章 设计成果总结与分析 .................................11910.1 毕业设计成果总结 ..................................12010.2 成果分析与问题提出 ................................121致 谢 .....................................................122参考文献 ...................................................1231第 1 章 工程概述1.1 工程概况黄金峡水库位于汉江干流上游峡谷段,陕西南部汉中盆地以东的洋县境内,坝址位于石泉水电站库尾黄金峡锅滩下游 2km 处,距洋县62km,佛坪 45km,汉中市 135km,西汉高速从附近通过,为引汉济渭工程的第一水源地。枢纽由拦河坝、泄洪建筑物、水电站及升船机等组成,主要任务是拦蓄河水,雍高水位、发电和航运。该阶段选定黄金峡水库正常蓄水位 450m,死水位 440m,河床式电站装机容量 75MW,多年平均发电量 2.52×108kw·h。黄金峡枢纽工程属Ⅱ等工程,主要建筑物按 2级建筑物设计。 [1]1.2 工程规模根据 1988 年编制的《汉江上游干流梯级开发规划报告(黄金峡~将军河) 》 、1990 年编制的《汉江上游黄金峡至夹河河段综合利用规划》及《汉中市水利发展“十一五”规划》等规划报告,在不考虑黄金峡抽水入三河口水库的情况下,规划提出黄金峡枢纽的正常蓄水位 450m,死水位 440m,电站装机 100MW。本次在考虑调水的情况下,分析论证黄金峡特征水位和装机规模。黄金峡水库工程为Ⅱ等工程,其永久泄水建筑物按 2 级标准设计。正常运用的设计洪水标准为 100 年一遇,非常运用的校核洪水标准为 1000 年一遇。 [1]21.3 工程特性表表 1-1 黄金峡碾压混凝土重力坝工程特性表工程名称 黄金峡水利枢纽工程建设地点 陕西南部汉中盆地以东的洋县境内所在河流 汉江干流Ⅰ.水文特征 坝顶轴线全长 343.25m 流域面积 159000km2 地震烈度 6度设计洪峰流量(P=1%) 20100m3/s 二.泄洪建筑物校核洪峰流量 (P=0.1%) 29000m3/s 1.溢流坝Ⅱ.水库特征 堰顶高程 441m 正常蓄水位 450m 每孔净宽 15m 设计洪水位(P=1%) 451.48m 孔数 9个校核洪水位(P=0.1%) 455.92m 最大泄量(设计) 9435m3/s死水位 440m 消能方式 挑流消能最大库容(455.92m 以下) 27012万 m3 2.底孔死库容(440m 以下) 8417万 m3 孔口尺寸 10m×11.2mⅢ.主要建筑物 进口底部高程 400m 一.大坝 孔数 4个坝型 碾压混凝土重力坝 最大泄量(设计) 9904m/s坝顶高程 455.97m 3.闸门及启闭型式坝基面高程 380m 底孔工作门 弧形、油压启闭机最大坝高 75.97m 事故检修门 平板门、卷扬式启 闭机
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