基于有限單元法的高拱壩優(yōu)化設(shè)計(jì)方法體系的研究與應(yīng)用.pdf

1、高拱壩體型設(shè)計(jì)是關(guān)系到大壩安全和經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題.高拱壩設(shè)計(jì)對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性要求越來(lái)越高,優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到復(fù)雜地質(zhì)條件的影響,最好采用已被工程界普遍接受的有限單元法等現(xiàn)代計(jì)算方法,這對(duì)以拱梁分載法為主的拱壩優(yōu)化設(shè)計(jì)體系提出了新的挑戰(zhàn),除了需要解決不同條件、不同拱壩參數(shù)的全自動(dòng)計(jì)算問(wèn)題,還要解決由于結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)間增加所帶來(lái)的優(yōu)化計(jì)算的可行性和效率問(wèn)題.本文結(jié)合即將頒布的國(guó)電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定,就基于有限單元法的

2、高拱壩優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法體系進(jìn)行了研究,提出了一些新的優(yōu)化目標(biāo)、優(yōu)化方案和優(yōu)化方法,具體工作有:對(duì)國(guó)內(nèi)拱壩優(yōu)化設(shè)計(jì)及相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié),詳細(xì)介紹了高拱壩優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化目標(biāo),提出基于有限單元法的高拱壩優(yōu)化設(shè)計(jì)方法體系的基本設(shè)想及需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題.在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)群環(huán)境下,完成了基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并行環(huán)境的復(fù)合形優(yōu)化方法、遺傳算法和進(jìn)化策略等自然進(jìn)化、全局尋優(yōu)的現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;提出使用"逐步法"進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì).針對(duì)各種拱

3、壩線型完成了高拱壩有限計(jì)算全自動(dòng)剖分程序,程序考慮了平面斷層的影響及不同高程的地質(zhì)分區(qū),考慮了所有橫縫及混凝土分期澆筑、分期蓄水施工過(guò)程.采用兩種方案進(jìn)行拱壩優(yōu)化設(shè)計(jì):一是將拱梁分載計(jì)算的應(yīng)力和壩肩穩(wěn)定安全系數(shù)作為約束條件,以拱壩混凝土方量為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);二是將有限元等效應(yīng)力法計(jì)算的應(yīng)力和拉應(yīng)力深度作為約束條件,以拱壩混凝土方量為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).探討了基于非線性有限元法進(jìn)行高拱壩優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行方案,當(dāng)采用經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)作為體型