有限元法分析拱坝应力时，规范规定应补充计算有限元等效应力 ，按等效后坝体的主拉应力和主 压应力作为控制指标。本文基于大型有限元计算软件 ANSYS结合布桑加拱坝进行三维有限元分析之后，采用有 限元等效应力法将角缘处的集中应力合成对应的线性等效应力 ，与拱坝体形优化程序(ADASO)计算的结果对比 分析后，显示计算结果合理有效，为布桑加拱坝的体型和结构设计的综合评价提供了可靠的依据。 【关键词】 三维有限元分析；布桑加拱坝 ；等效应力；综合评价 【中图分类号】 TU375 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2014)Ol—OO99一o4 拱坝拥有独特 的几何形 状和复 杂 的边界 条件 ，很 难用严格的理论来计算坝体的应力状态。但相比其 它坝型 而言 ，其具有 工程量 小 、超载 能力强 、抗震性 能 好等特点 ，我 国在建 或拟建 的一些大 中型水 电站坝 型 大多都采用高拱坝方案。例如锦屏一级、小湾、溪洛 渡等 ]。高拱坝 的应力分析 目前主要有拱梁分载 法、有限单元法、模型试验法 、壳体理论计算法等。我 国现行拱坝设计规范规定 ：1、2级拱坝、高拱坝或情况 比较复杂 的拱 坝除用 拱 梁分 载法 外还 应用 有 限元 法 计算 。虽然 有 限元 法有 着非 常 强大 的计 算 和模 拟 复杂情况的功能，但是在计算拱坝靠近基础部位和角 缘附近 的应 力 时存 在着 显著 的应 力集 中现象 。主 要原 因是实 际工程 中，由于 岩体 内存 在着大 小不 等的 各种裂 隙 ，此 时应力 集 中现 象将有所 缓 和 ；另外 ，按 照 弹性单元分析拱坝应力时，有限元的计算结果会随着 网格疏密和单元类型的不同有很大差异，坝踵、坝趾 的应力计算 结果一直无法作为拱坝体 型设计 的依 据 】。为使有 限元 的计算成果 能够 成熟 的运用 到拱 坝应力分析 当中去 ，我 国科 技工作者 提 出了有 限元 等 效应力及其计算公式 ，如傅作新 提 出的有限元等效 应力法 ；李 同春 改进 的拱 坝等效应 力分 析方法 以及 朱伯芳 。。院士运 用数值 积分 方法 直接计 算 内力 的方 法 等 ，这 些 为拱 坝 的应 力控 制标 准、指 导拱 坝 的设 计 提供 了理论依 据。 1 有限元等效应力 的原理与方法 1．1 有 限元等效应力 的原理 实 际工 程 中采用 有 限元等 效应 力 的方 法 进行 控 制局部集 中应力 时 ，将有 限元计算所 得元 素或节 点 的 应力提取 出来后对 其所在 的拱 圈截 面进行 面积 分 ，求 出截面 内力 ，再用 材料 力 学的方 法求 出截 面应 力 ，最 后转化 为有 限元 等效应 力 。通 过等效后 ，上下 游面 [基金项 目】 国家基 金青年基金项 目(50909072) 局部应力集中现象得到明显缓解。 1．2 有 限元等效应力的计算方法 三维有限元 软件 ANSYS中求 出的应力 、位移等结 果 显示 均以建立模 型时 的整 体坐标 系为基础 ，不妨设 模型的整体坐标系为( ，y，，Z)，在拱圈上任取一点 定义局部坐标系( ，l，，z)，，l，，z的方向分别指向拱 圈中心线 的方 向、选取 节点或 元素沿拱 圈 的切线 方 向 以及整体 坐标 系的铅直方 向¨ ，如 图 1所示 。

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