基于ANSYS Workbench的河灣水電站非溢流壩斷面優化設計研究

曲 濤

(遼寧省河庫管理服務中心，遼寧 沈陽 110002)

1 工程背景

河灣水電站壩址位于遼寧省丹東鳳城市湯山城鎮河灣村境內的愛河干流上，裝機總容量750 MW，屬于典型的河道式徑流電站。河灣水電站主要由混凝土重力壩、電站及附屬水工建筑構成。電站水庫為河道型水庫設計，正常蓄水位為602.0 m，校核洪水位604.5 m，設計庫容843萬m3。水庫大壩為碾壓混凝土重力壩，全長231.0 m，壩頂寬8.0 m，壩頂高程603.5 m，壩基高程574.0 m，最大壩高29.5 m。隨著水利工程建設的深入發展，混凝土重力壩日益成為水利工程建設中的重要壩型。該壩型斷面尺寸大，且全部由混凝土材料構成，因此混凝土材料消耗量十分巨大。因此，碾壓混凝土重力壩的斷面優化設計，對提升大壩建設的經濟性具有重要意義[1]。隨著計算機信息技術的發展，計算機輔助設計技術在水工建筑物設計領域日益發揮出重要作用，本文試圖利用ANSYS Workbench軟件進行三維有限元建模分析，并進行非溢流壩段優化設計，以達到減少工程量、降低造價的目標。

2 優化方法與結果

2.1 優化模型

結合河灣水電站非溢流段重力壩，進行斷面的優化設計，需要引入x1、x2、x3、x4、x5等五個設計變量，優化斷面的模型圖和設計變量的位置如圖1所示。其中，大壩的壩體高度H不變，為29.5 m，圖中的上游壩面和下游壩面的坡度則根據上述設計變量以及大壩的壩高H求得。

圖1 大壩計算斷面示意圖

大壩斷面優化設計的主要目標是保證大壩安全和作用發揮的前提下，盡量減小斷面的面積以提升工程的經濟性[2]。……