[發明專利]一種復雜地基混凝土壩孔道配筋方法

有效

• 申請號: 201911268020.6
• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN111797447B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 薛利軍;黃志澎;陸馬蘭
• 申請（專利權）人: 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14;G06T17/10
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 陳仁平

本發明公開了一種復雜地基混凝土壩孔道配筋方法，屬于水利水電工程技術領域，提供一種新的用于復雜地基混凝土壩孔道配筋方法；包括：建模、截取局部輪廓模型、建立局部模型、網格剖分、應力計算、孔道周邊內力計算以及最終確定配筋參數。本發明所述方法通過直接從整體模型中截取并形成局部模型，保證了局部模型和整體模型在邊界處幾何信息完全重合，保證了局部模型邊界條件的正確性，也保證其計算成果的合理性；通過局部模型更為精細的單元細致地反映了孔道周圍的應力狀態，并通過設置計算剖面以及進行特征線插值積分方法，為最終混凝土壩孔道采用應力圖形法配筋計算提供有效、準確的拉內力值，進而確保配筋方案的合理性。

技術領域

本發明涉及水利水電工程技術領域，尤其涉及一種復雜地基混凝土壩孔道配筋方法。

背景技術

混凝土壩作為擋水結構是水電樞紐最重要的建筑物。受壩基斷層和軟弱巖體等復雜地質條件、復雜結構形態、材料變化和荷載條件等因素影響，混凝土壩受力性態復雜。由于結構、施工、監測和交通等要求，混凝土壩體內部會設置各種孔道如排水孔道、灌漿孔道、基礎斜孔道、電梯井和集水井等，孔道對壩體應力有影響，孔道之間還會相互影響，壩內孔道受力復雜，是最容易發生開裂破壞的工程部位，是需要設置鋼筋進行加固的重點部位。

傳統的混凝土壩內孔道配筋，多采用大體積混凝土小孔口假定，采用彈性力學解析法和圖表法進行計算設計。三維有限元法等數值計算方法發展并廣泛應用后，能遵循仿真分析的原則，從幾何、本構、受力和過程等方面，對壩體和基礎從開始承載到破壞的整個過程進行模擬和分析，是研究復雜地基混凝土壩孔道結構受力性態的有效方法。

混凝土壩高多在百米數量級，有限元單元尺寸多在十米級，局部如壩踵加密到米級。壩身孔道斷面多在米級，研究孔道等細部結構受力和配筋的有限元單元尺寸多在分米級。在同一大模型中考慮不同單元尺度和精度要求的結構分析，難度大效率低。因此工程設計多采用子模型法進行孔道應力分析和配筋設計。

目前常用的子模型法結構應力分析和配筋設計存在很多困難和不合理之處，包括：

1)有限元法計算中的子模型法，原本是對大型結構中的細部，采用加密網格細致分析局部應力分布等性態，是基于如下假定：子模型的結構剛度和材料分區等特性應與整體模型同區域的一致，差異僅僅在于有限元計算的單元尺寸不同。目前科研和設計領域的多采用的孔道等結構配筋子模型法，包含孔道結構的子模型存在各種形狀的空腔，對結構剛度必然會產生影響，不滿足剛度相同的要求。未對子模型范圍選取和邊界特性提出明確要求。

2)子模型的建模要求很高，要求子模型邊界面和整體模型能嚴絲合縫，做到點線面幾何特性相同；很多計算誤差乃至成果不合理都來源于模型邊界不合理。

3)孔道交錯布置，各段、各斷面、各方向在各工況下的受力不同，采用應力圖形法根據內力配筋需要大量積分計算等后處理，計算工作量大。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種新的用于一種復雜地基混凝土壩孔道配筋方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種復雜地基混凝土壩孔道配筋方法，包括如下步驟：

步驟一、建模：在三維CAD軟件中完成復雜地基-混凝土壩的三維幾何實體建模，稱為整體模型；同時，根據壩內孔道的幾何尺寸，另行壩內孔道的三維幾何實體建模，稱為孔道模型；

步驟二、截取局部輪廓模型：根據壩內孔道幾何尺寸，在步驟一中建立的整體模型中截取出包圍壩內孔道布置區域的三維局部模型，稱為局部輪廓模型；

步驟三、建立局部模型：采用布爾運算，在局部輪廓模型中挖去孔道模型所對應的孔道結構，得到的三維結構模型稱為局部模型；然后沿孔道的軸向間隔設置多個計算剖面；

步驟四、網格剖分：對整體模型和局部模型分別進行網格剖分，其中局部模型的網格單元尺寸小于整體模型的網格單元尺寸；