(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111591171.2 (22)申请日 2021.12.23 (71)申请人 黄河勘测规划设计 研究院有限公司 地址 450003 河南省郑州市金 水路109号 (72)发明人 杨顺群　王惠芹　杨军义　董甲甲　 孙凯　吕小龙　聂章博　 (74)专利代理 机构 北京惠科 金知识产权代理有 限公司 1 1981 代理人 袁晓哲 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种拱坝全坝面 等效应力计算方法及系统 (57)摘要 本发明提供一种拱坝全坝面等效应力计算 方法及系统， 拱坝全坝面等效应力计算方法包 括： 对待计算拱坝的有限元网格模 型中的各节点 进行应力的有限元计算； 沿特征高程拱圈的中心 线， 将特征高程拱圈的中心线分为多份， 并确定 多个应力路径； 根据应力路径上各节 点的有限元 计算结果及应力路径的曲率半径， 确定应力路径 上的梁向内力和拱向内力； 分别在上下游坝面建 立表面效应单元， 并确定几何参数； 根据各特征 高程拱圈上的各应力路径上的梁向内力、 拱向内 力、 曲率半径、 上/下游边界条件以及上/下游几 何参数， 确定 上/下游坝面的等效应力， 进而可计 算出拱坝全坝面的等效应力， 并提高了拱坝全坝 面等效应力计算的精确度。 权利要求书5页 说明书10页 附图6页 CN 114254541 A 2022.03.29 CN 114254541 A 1.一种拱坝全坝面等效应力计算方法， 其特征在于， 所述拱坝全坝面等效应力计算方 法包括： 对待计算拱坝的有限元网格模型中的各节点进行应力的有限元计算， 得到各节点的有 限元计算结果； 有限元网格模型通过对由特征高程拱圈确定的拱坝实体剖分得到， 有限元 网格模型由实体单元和节点构成； 所述有限元计算结果包括各节点的X、 Y、 Z三个方向的正 应力和X、 Y、 Z三个方向平面上的切应力； 其中， X方向为横河方向， Y方向为顺河方向， Z为铅 直方向； 针对任一特征高程拱圈， 沿所述特征高程拱圈的中心线， 通过多个等分点将所述特征 高程拱圈的中心线分为多份， 并确定各等分点与所述特征高程拱圈的上游曲线交点以及各 等分点与所述特征高程拱圈的下游曲线交点； 根据各上游曲线交点、 等分点以及各下游曲 线交点， 确定多个 应力路径； 针对任一应力路径， 根据所述应力路径上拱圈中心线等分点的位置， 确定所述应力路 径的曲率半径； 根据所述应力路径上各节点的有限元计算结果及所述应力路径的曲率半 径， 确定所述应力路径上的梁向内力和拱向内力； 在下游坝面建立SURF154表面效应单元， 并确定下游坝面的几何参数； 根据各特征高程 拱圈上的各应力路径上的梁向内力、 拱向内力、 曲率半径、 下游边界条件以及下游坝面的几 何参数， 确定下游坝面的等效应力； 在上游坝面建立SURF154表面效应单元， 并确定上游坝面的几何参数； 根据各应力路径 上的梁向内力、 拱向内力、 上游边界条件以及上游坝面的几何参数， 确定上游坝面的等效应 力； 根据下游坝面的等效应力和上游坝面的等效应力， 确定待计算拱坝的全坝面等效应 力。 2.根据权利要求1所述的拱坝全坝面等效应力计算方法， 其特征在于， 所述梁向内力包 括梁的竖向力、 梁的弯矩、 梁的切向剪力、 梁的径向剪力及梁的扭矩； 所述拱向内力包括拱 的水平推力、 拱的弯 矩以及拱的径向剪力； 所述根据 所述应力路径上各节点的有限元计算结果及所述应力路径的曲率半径， 确定 所述应力路径上的梁向内力和拱向内力， 具体包括： 根据所述应力路径上各节点的有限元计算结果， 确定所述应力路径的有限元计算结 果； 应力路径的有限元计算结果包括铅直方向应力、 局部坐标下z面上x方向上的剪应力、 局 部坐标下z面上y方向上的剪应力、 拱向应力以及局部坐标 下x面上y方向上的剪应力； 根据所述应力路径的路径长度确定梁的截面厚度； 根据所述梁的截面厚度、 所述应力路径的曲率半径及所述应力路径的铅直方向应力， 确定梁的竖向力及梁的弯 矩； 根据所述梁的截面厚度、 所述应力路径的曲率半径、 所述应力路径的第一水平内切应 力， 确定梁的切向剪力及梁的扭矩； 根据所述梁的截面厚度、 所述应力路径的曲率半径、 所述应力路径的第二水平内切应 力， 确定梁的径向剪力； 根据所述梁的截面厚度及所述应力路径的拱向应力， 确定拱的水平推力和拱的弯 矩； 根据所述梁的截面厚度及所述应力路径的局部坐标下x面上y方向上的剪应力， 确定拱权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114254541 A 2的径向剪力。 3.根据权利要求2所述的拱坝全坝面等效应力计算方法， 其特征在于， 根据以下公式确 定梁的竖向力： 其中， Wb为梁的竖向力， t为梁的截面厚度， σz为应力路径的铅直方向应力、 r为应力路径 的曲率半径， y为应力路径方向上的长度参数； 根据以下公式确定梁的弯 矩： 其中， Mb为梁的弯 矩， y0为应力路径对应的局部坐标 下梁截面的形心坐标； 根据以下公式确定梁的切向剪力： 其中， Qb为梁的切向剪力， τzx为应力路径的局部坐标 下z面上x方向上的剪应力； 根据以下公式确定梁的扭矩： 其中， Tb为梁的扭矩； 根据以下公式确定梁的径向剪力： 其中， Vb为梁的径向剪力， τzy为应力路径的局部坐标 下z面上y方向上的剪应力。 4.根据权利要求2所述的拱坝全坝面等效应力计算方法， 其特征在于， 根据以下公式确 定拱的水平推力： 其中， Ha为拱的水平推力， t为梁的截面厚度， σx为应力路径的拱向应力； 根据以下公式确定拱的弯 矩： 其中， Ma为拱的弯 矩， y为应力路径方向上的长度参数； 根据以下公式确定拱的径向剪力： 其中， Va为拱的径向剪力， τxy为应力路径的局部坐标 下x面上y方向上的剪应力。权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114254541 A 3