水工建筑物应力分析相关

水工建筑物应力分析相关
一、概述
(一)目的
1、为了检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求。

2、为解决设计和施工中的某些问题，如砼分区，某些部位的配筋等提供依据。

（二）应力分析的过程
1、进行荷载计算及荷载组合。

2、选择合适的方法进行应力计算。

3、检验大坝各部位的应力是否满足强度要求。

（三）应力分析内容：1.确定计算工况；2.选择计算方法；3.确定计算截面；4.计算选定截面上的应力：
削弱部位（孔洞、泄水管道）的局部应力、个别部位（如宽缝重力坝的头部、闸墩、导墙）的应力等步骤，必要时分析坝基的上、下游局部应力及内部应力。

（四）应力分析方法：理论计算和模型试验法(理论计算方法主要有：材料力学法和有限元法)。

对于中、低坝，当地质条件较简单时，可按材料力学方法计算坝体的应力，有时可只计算坝体的边缘应力。

二、材料力学法（40页）
（一）基本假定
1.坝体砼为均质，连续各向同性的弹性材料。

2.取单宽坝体作为固结在地基上的悬臂梁计算，且不受两侧坝体的影响。

3.水平断面上的垂直正应力σy 是直线分布。

（二）边缘应力的计算：（重点记住以下符号）
1.各应力的表示符号：①水平截面上的正应力σyu 、σyd ；②剪应力τu 和τd ；③水平正应力σxu 和σxd ；
④主应力σ1u ，σ2u 和σ1d ，σ2d 。

2.水平截面上的正应力σyu 、σyd 。

根据偏心受压公式，坝体上下游边缘垂直正应力： 3.剪应力 26T M T W u y ∑+∑=σ26T
M T W d y ∑-∑=σ
由上游微分体的平衡条件得：
4.水平正应力 由上游微分体的平衡条件得：
5.边缘主应力 由于两个主应力面互相正交，由微分体的平衡条件：
(三)内部应力的计算
1.坝内水平截面上的正应力σy 假定和σy 在水平截面上直线分布；
2.坝体内剪应力τ；
3.坝内水平正应力σx ；
4.坝内主应力σ1和σ2；
5.考虑扬压力时的计算方法。

(四)用材料力学分析坝体应力时，规范规定:
1.坝基面的σy 应符合下列要求
①运用期：在各种荷载组合下
（地震除外） f R （下游）≥σy ≥0（上游）
②施工期: f R ≥σy ≥-100 KPa
2.坝体应力要求
①运用期: Fc ≥σy ≥0
②施工期: Fc ≥ σy ≥-100 KPa
三、坝体和坝基的应力控制
（一）混凝土重力坝应按承载能力极限状态验算坝趾和坝体选定截面下游端点的抗压强度，按正常使用极限状态验算满库时坝体上游面拉应力和空库时的下游面拉应力。

（二）承载能力极限状态验算表达式
基本组合表达式： 偶然组合表达式： （三）正常使用极限状态验算表达式
作用效应短期组合：
作用效应长期组合： （四）坝趾及坝体选定截面下游端点抗压强度验算
分别计算基本组合和偶然组合两种情况。

其中，作用效应函数S （*）和R （*）分别为： 对于实体重力坝，若T 为坝基面宽度，验算坝体选定截面下游端点的抗压强度时 ，式
1
)(m p u y u u στ-=21
)(m p p d y u u u x σσ--=22
)(m p p d d y d d x -+=σσ),(1),,(10k m k d k k Q k G a f R a Q G S γγγγψγ≤),(1),,,(20k m
k d k k k Q k G a f R a A Q G S γγγγψγ≤310),,,(d k k k k s C a f Q G s γγ≤4
20),,,(d k k k k l C a f Q G s γργ≤())1((*)22m J T M A W S R R R R R +∑-∑=R
c f R f R ==(*)(*)或R R m T
M T W S +∑-∑=)1)(6((*)22220=∑y F 21211)1(m p m u u y u -+=σσ22
221)1(m p m d d y d -+=σσ
中的各种作用、材料性能参数及几何参数均应按所选截面上的相应值取用：
（五）坝体上、下游面拉应力按正常使用极限状态计算。

1.运用期坝踵垂直应力不应出现拉应力（计扬压力），可按下式计算：
规范要求，坝踵和坝体上游面的垂直应力的核算应按作用的标准值分别计算作用的短期组合和长期组合。

2.短期组合下游坝面的垂直拉应力核算：
施工期属短暂状况，坝体下游面的垂直拉应力应不大于100kPa ，其计算式为： 3.其他：（课本45页 第四行至第十二行）。

坝体内一般不容许出现主拉应力，但以下情况例外：①宽缝重力坝离上游面较远的局部区域，可出现拉应力，但不得超过混凝土的容许拉应力；②当溢流坝堰顶部位出现拉应力时，可考虑配置钢筋；③廊道及其它孔洞周边的拉应力区域，宜配置钢筋，以承受拉应力。

坝基的容许压应力是根据坝基岩石的室内试验，结合地基的具体情况而定。

对于强度高，而节理、裂隙发育的基岩，其最大容许压应力可取试块（通常为5×5×5cm3）的极限抗压强度的1/20～1/15；对于中等强度的基岩可取1/10～1/20；对于均质且裂缝甚少的弱基岩及半岩石地基可取1/5～1/10；对于风化基岩，可按基岩风化程度，将其容许压应力值降低25%～50%。

四、例题3-1：见课本 45页（重点）
五、各种因素对坝体应力的影响
（一）地基变形模量对坝体应力的影响。

（二）地基变形弹模对坝体应力的影响。

（三）坝体异弹模对坝体应力的影响。

（四）纵缝对坝体应力的影响。

（五）分期施工对坝体应力的影响。

（六）坝踵断裂对坝体应力的影响。

0≥'∑+∑R R R R R J T M A W 062≥∑+∑T
M T W R R )(100kPa J T M A W c
c c c c
-≥∑+∑。