【關(guān)鍵詞】ANSYS軟件 靜力分析 模態(tài)分析 混凝土重力壩 

　　1 前言 

　　我國土地遼闊，水資源豐富，可以開發(fā)的水電容量約為3.78億KW，據(jù)世界第一位。目前我們已經(jīng)修建了如三峽、小浪底等大型水利水電工程，而這些工程也在我國經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮了巨大的作用。建國以來，隨著技術(shù)的提高，各種各樣型式的重力壩在壩工設(shè)計中占了很大的比重。重力壩是一種主要依靠壩體自重產(chǎn)生的抗滑力來維持自身穩(wěn)定的壩型。近年來，混凝土重力壩在重力壩中所占的比重越來越大�；炷�土重力壩以具有安全可靠，耐久性好，抵抗?jié)B漏、設(shè)計和施工技術(shù)簡單，易于機械化施工、對不同的地形和地質(zhì)條件適應(yīng)性強等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用[1]。但由于許多壩都是建立在地震多發(fā)和高烈度地區(qū)，一旦遭到破壞將會帶來難以估計的經(jīng)濟和損失，因此對大壩做模態(tài)分析，計算分析它的固有頻率和振型，為重力壩的抗震穩(wěn)定性分析奠定基礎(chǔ)。 

　　2 有限元模型建立 

　　某工程非溢流混凝土重力壩，高17米，寬24米，頂寬5米。上游面坡度為1：0，下游面坡度為1：0.8[2]。假設(shè)大壩的基礎(chǔ)是嵌入到基巖中，地基是剛性的。大壩采用的材料參數(shù)為：彈性模量E=3.5GPa，泊松比ν=0.2，容重γ=25KN/m3。水的質(zhì)量密度1000kg/m3。模型見圖一 

　　2.1靜力分析 

　　SOLID186是一個高階3維20節(jié)點固體結(jié)構(gòu)單元，SOLID186具有二次位移模式可以更好的模擬不規(guī)則的網(wǎng)。本文使用SOLID186單元進行數(shù)值模擬分析。按照滿庫狀態(tài)施加荷載，基礎(chǔ)是剛性，底面施加約束，對整個重力壩施加重力荷載，然后求解分析。分析結(jié)果見圖二、圖三、圖四、圖五。 

　　從圖二中可看出X方向的最大位移是0.119mm，位置在壩頂；最小位移是0.00104mm，位置在壩底部。從圖三中看出y方向的最小位移是0.117mm，位置在壩底部。從圖四中看出z方向的最大位移和最小位移相差不大且數(shù)值很小，基本可以忽略。根據(jù)x，y，z方向的位移圖可以看出，在滿庫狀態(tài)下，壩沿著河流方向以及豎直方向的位移是在安全范圍之內(nèi)的。從圖五中看出最小應(yīng)力集中在壩頂部分，最大位移集中在壩踵處，符合實際。 

　　2.2模態(tài)分析 

　　模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動力特性一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領(lǐng)域中的應(yīng)用。本文在靜力分析的基礎(chǔ)上，選用Block Lanczos方法進行模態(tài)分析。 

　　根據(jù)表一可得出1.一到十階振型的頻率一直增大；2.壩體振動有六個振型方向是沿著x方向，即順著河流方向。3. 壩體振動有y方向和z方向都有兩個；4.六階和七階振型的頻率很相近，需要注意。 

　　3 結(jié)論 

　　在上述的條件下，通過有限元的分析，我們可以得到以下幾點結(jié)論和建議： 

　�。�1）在靜力荷載下，壩xyz三個方向的位移都不大，壩體安全可靠。 

　�。�2）在靜力荷載下，壩體順著x方向即河流方向應(yīng)力主要是壓應(yīng)力，在壩踵出出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)，符合實際。 

　�。�3）基于靜力分析的荷載條件下，進行了高階模態(tài)分析，總體自振頻率提高。在六階和七階出現(xiàn)相似頻率，有兩種處理結(jié)果：a.認為是不同的兩階振型，按兩種頻率分析。b.認為是同一階頻率，是按照不同方向的振動。本文中按照b類處理 

　　本文通過ANASYS軟件模擬混凝土壩靜力分析，分析得出壩體安全可靠。再通過高階模態(tài)分析，得出其自振頻率和振型，為其后的抗震穩(wěn)定性分析奠定基礎(chǔ)。希望對重力壩抗震方面有指導意義。 

　　參考文獻 

　　[1]潘家錚.重力壩設(shè)計[M].北京：水利電力出版社，1985 

　　[2]DL5108-1999，混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范[S].