莱索托的Muela大坝的应力和热力分析

  • 线性,热和非线性分析

  • 裂纹传播评估

  • 证明水坝稳定性和最佳曲率

LUSAS Civil&Structural分析软件曾被Mott MacDonaldFEA的咨询服务部联合应用于Muela大坝的稳定验算和最优曲率和外形的设计,该大坝是莱索托高地水利工程的一部分。该55米高、顶部长200m的大坝形成了“Muela水电工程”的蓄水池。

在LUSAS Civil&Structural中利用8节点应变放大单元建立了该大坝及其岩石基础的完全三维模型,模型中,用四个单元模拟大坝的宽度,间隔为2.5m,包括5880个基岩单元在内总共9528个单元用于建立该大坝的模型。



对一系列荷载工况进行了线弹性分析,包括蓄水池空或满的情况、裂缝和温度荷载等。考虑到该地区的低地震烈度,地震荷载的动力分析并不必要。尽管如此,仍用拟静力法考察了地震荷载的影响,地面加速度取为0.2g。在阻尼率为3%的基础上,该加速度分布到整个结构上。


                   

正常年份Muela的月平均气温在619摄氏度之间,在较冷年份气温可低至3摄氏度。另外,从Katse水库流来的水温度一般在6摄氏度左右。利用思密特方法进行了一个热力分析,求出大坝内的运营温度梯度和需要人工冷却的量,采用不稳定热流在固体中的传递的傅立叶规则和分步积分的方法。这个分析涵盖了混凝土的初始设置温度,空气温度的变化,和水库水温,从附近混凝土倾泻带来的热量,日光照射,提升高度和间距以及水和作用热量等。



不同荷载工况下的线性分析表明正常条件下的最大压应力为6N/MM2,远小于考虑了安全系数3后的最大允许应力8N/MM2,混凝土特征抗压强度为25N/MM2。在一些工况下出现了拉应力,主要是在逆流踵部。拉应力的分布范围比其在特定节点的实际大小更重要,对此利用无拉应力分析进行了非线形的检验,分析中,在出现拉应力的地方允许出现裂缝。在水库满水和平均冬季气温以及水库底部隆起等极不利荷载工况下进行了分析,这些无拉力分析表明最大裂缝发散区域仅在逆流踵边缘,大坝和基础接触的部分出现,这是可以接受的。