水電站重力壩結構優(yōu)化設計

1、水電站重力壩結構優(yōu)化設計重力壩是一種大體積擋水建筑物， 其基本剖面是直角三角形， 整體是由若干壩段組成。 主要依靠壩體自重來維持穩(wěn)定的壩。 重力壩按筑壩材料的不同分為： 混凝土重力壩和漿砌石重力壩。 重力壩具有耐久性好、抵抗?jié)B漏強、設計及施工技術簡單、對地基條件要求相對來說不太高等優(yōu)勢，但重力壩壩體體積大，耗用水泥多，為了獲得最優(yōu)的投資效果，在工程實際應用中，往往要對重力壩結構進行優(yōu)化設計。重力壩優(yōu)化設計模型優(yōu)化結構設計有三大要素，即設計變量、目標函數(shù)和約束條件。設計變量設計變量是設計方案的數(shù)量描述。 重力壩斷面形狀由壩高、 壩頂寬度、上下游折坡點位置、上下游壩坡決定。對于一個給定的工程，一般

2、來說壩高是已知的， 壩頂寬度由交通或構造要求確定， 下游折坡點位置由施工及構造要求確定。設上游壩坡由x1 控制，下游壩坡由x2控制，上游折坡點由 x3 控制，故本文取重力壩斷面形狀 x1、x2、x3為設計變量本優(yōu)化設計取重力壩單寬壩段，考慮的主要荷載為：自重、揚壓力、水壓力、泥沙壓力。目標函數(shù)重力壩的造價主要取決于壩體混凝上的工程量， 取單位壩段（以下計算同）研究，目標函數(shù)為斷面面積，即（ 2）式中： A（ x）為非溢流重力壩斷面面積； H 為重力壩壩高； B0 為壩頂寬度； x1、x2、x3 分別為上游壩坡、下游壩坡、上游折坡點控制參數(shù)。約束條件幾何約束（ 1）上游壩坡。按重力壩設計規(guī)范，

3、本優(yōu)化取上游壩坡范圍 00.5，即 0x10.5（H-x3）（ 2）下游壩坡。按重力壩設計規(guī)范，本優(yōu)化取下游壩坡范圍為0.50.9，即 0.5Hx20.9H（ 3）上游折坡點位置。按重力壩設計規(guī)范，上游可以是直立面，也可以是傾斜面，故 0x3H性態(tài)約束（ 1）應力約束條件。在重力壩設計中，一般來說，壩趾壓應力小于允許值是很容易滿足的， 即使高壩也可通過加大混凝上標號來解決，而壩踵的應力要滿足規(guī)范，按重力壩設計規(guī)范，考慮揚壓力后的壩踵正應力 壩踵（以產生壓應力為正） ，折點 C 處正應力 C 應滿足：（ 2）抗滑穩(wěn)定約束條件。按重力壩設計規(guī)范，取抗剪斷強度公式計算：重力壩斷面優(yōu)化設計的數(shù)學模型綜

4、上所述，重力壩斷面優(yōu)化設計的數(shù)學模型為：求解方法本優(yōu)化設計與其他優(yōu)化設計的對比為了驗證優(yōu)化設計，現(xiàn)將其進行對比，其設計資料為：某重力壩非溢流斷面，己知壩高110m，計算水位 95m（設壩基面標高0m），下游水位 5.0m，壩頂寬度 7m，下游起坡點高程為100m；混凝上容重為24kN/m3；水容重為10kN/m3 ；泥沙高程30m，其浮容重為8kN/m3，淤沙的內摩擦角為 20；排水管幕處揚壓力折減系數(shù) 取0.3，至壩踵距離為 8m；壩基接觸面抗剪摩擦系數(shù)為 0.7，允許抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。從中可以得出， 本文優(yōu)化的結果更好， 壩踵應力和壩址應力均比其他的小，同時斷面面積也比 2 其他的小，可節(jié)約 12.1%的工程量。通過對比，說明本文的優(yōu)化設計更具有通用性。結語總之，優(yōu)化設計結果表明所得到的斷面面積的優(yōu)化