混凝土的重力壩體型優(yōu)化設(shè)計(jì)

實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案九、 混凝土重力壩的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)混凝土重力壩結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，工作可靠，以其快速經(jīng)濟(jì)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)， 可以節(jié)省材料和減少工作量，從而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值。重力壩是在水壓力作用下，依靠壩自重產(chǎn)生的抗滑力來維持穩(wěn)定的， 必須滿足以下三項(xiàng)基本安全要求：（a）壩不會(huì)沿壩內(nèi)任何水平截面或沿壩和地基的接觸面或沿壩基內(nèi)地質(zhì)面發(fā)生滑動(dòng)破壞； （b）壩不會(huì)在壩內(nèi)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(nèi)的應(yīng)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(yīng)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(huì)出現(xiàn)壩踵拉裂、 揚(yáng)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(jīng)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(yīng)力安全要求。在進(jìn)行壩體設(shè)計(jì)以滿足上述安全要求時(shí)， 必須對作用在壩上的荷載、荷載組合、壩和地基材料的性質(zhì)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(jù)材料特性準(zhǔn)確計(jì)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(shè)計(jì)人員作出判斷和一定假定才能近似求出的荷載，如揚(yáng)壓力、地震荷載、泥沙壓力、風(fēng)浪壓力、冰壓力、溫度荷載等。關(guān)于混凝土重力壩優(yōu)化設(shè)計(jì)， 前人在這方面做了許多有用的結(jié)論。 在進(jìn)行斷面設(shè)計(jì)的時(shí)候，在靜力和動(dòng)力工況下，保證壩體不沿壩內(nèi)層面或壩基面或地基中的軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動(dòng)的情況下，盡量減少壩體與地基的接觸面，減少揚(yáng)壓力，精彩文檔第四章 混凝土重力壩抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文正是基于這種前提對混凝土重力壩的斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)做一些分析與探討。（一） 優(yōu)化設(shè)計(jì)變量重力壩斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)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(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)取單位壩段的斷面面積 W(X)。（三） 基于材料力學(xué)法的混凝土重力壩抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)、約束條件36實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案1）基本組合（正常蓄水位）下的約束條件壩趾抗壓強(qiáng)度承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)約束條件0S(GGK,QQK,aK)1R(fK,aK)（4－18）d1m作用效應(yīng)函數(shù)S(?)(WRMRTR)(1m22)（4－19）ARJR抗壓強(qiáng)度極限狀態(tài)抗力函數(shù)R(?)fc或R(?)fR（4－20）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 0，基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù) d1，設(shè)計(jì)狀況系數(shù)，材料性能分項(xiàng)系數(shù) m，其它符號意義見《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》DL5108-1999）。（b）正常使用極限狀態(tài)計(jì)算約束條件壩踵垂直應(yīng)力不出現(xiàn)拉應(yīng)力（計(jì)揚(yáng)壓力）WRMRTR0（4－ARJR）此時(shí)，荷載用標(biāo)準(zhǔn)值，不乘作用分項(xiàng)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(shè)計(jì)約束條件0S(GGK,1fK,aK)（4－22）QQK,aK)R(d1m作用效應(yīng)函數(shù)S(?)PR（4－23）抗壓強(qiáng)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(shè)計(jì)R(?) fR WR cRAR （4－24）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 0，基本組合結(jié)構(gòu)系數(shù) d1，設(shè)計(jì)狀況系數(shù) ，fR的材料性能分項(xiàng)系數(shù) m，cR的材料性能分項(xiàng)系數(shù) m，（d）對于壩基巖體內(nèi)存在軟弱結(jié)構(gòu)面等情況（見圖） ，需核算深層抗滑穩(wěn)定時(shí)，深層抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)設(shè)計(jì)約束條件0S(GGK,1fK,aK)（4－25）QQK,aK)R(d1m作用效應(yīng)函數(shù)S(?)Pd（4－26）Pd——作用于深層滑動(dòng)面的全部切向力之和；抗壓強(qiáng)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(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0