重力坝应力计算

一,应力分析方法综述
(1)模形试验方法 (2)材料力学方法 (3)弹性理论的解析方法 (4)弹性理论的差分方法 (5)弹性理论的有限单元法
二,应力分析内容
确定计算工况— 确定计算工况—施工期,运用期; 选择计算方法— 选择计算方法—材料力学法,有限元法; 确定计算截面— 确定计算截面—坝基面,折坡处截面,其它需 要计算的截面; 计算选定截面上的应力,削弱部位(如孔洞, 计算选定截面上的应力 泄水管道部位等)的局部应力,个别部位(如 宽缝重力坝的头部,闸墩,导墙等)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.
第四节 重力坝的应力分析
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, 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. 某些部位的配筋等提供依据. 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
2,剪应力 由上游微分体的 平衡条件得:
u τ u = ( pu σ y )m1
d τ d = (σ y p d )m2
τu τd
m1 )m2
-上下游边缘剪应力 -上下游坝坡率
p u p d
-上下游坝面水压力强度
3,水平正应力
由上游微分体的平衡条件 得:
∑F y = 0 x
2 1
σ = p ( p σ )m
四,各种因素对坝体应力的影响
坝体应力的实际分布情况比较复 杂,受很多因素影响. 受很多因素影响. 1,地基变形模量对坝体应力的影响
y
坝 σ
20 10 0 -10 1 2 3 4 5
坝
趾
y
趾 坝 坝 踵 τ 踵 σ τ
σ
10
Ec/Er
硬 软 库 满
Ec Er
—
— — — 基 岩
坝
体
2,坝体混凝土分 区对坝体应力的影 响 3,纵缝对坝体应 力的影响 4,分期施工对坝 体应力的影响( 体应力的影响(见 右图) 右图) 5,温度变化及施 工过程对坝体应力 的影响
三,材料力学方法
(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 ,水平断面上的垂直正应力σ 是直线分布,可按材料力学中的 偏心受压公式计算. (二)**边缘应力的计算 (二)**边缘应力的计算 1,水平截面上的正应力σyu, ,水平截面上的正应力σ σyd. 2,剪应力τu和τd. ,剪应力τ 3,水平正应力σxu和σxd. ,水平正应力σ 4,主应力σ1u,σ2u和σ1d, ,主应力σ σ2d.
1,水平截面上的正应力σyu,σyd. ,水平截面上的正应力σ
根据偏心受压公式,坝体 上下游边缘垂直正应力:
∑W 6∑M σ = + 2 T T ∑W 6∑M d σy = 2 T T
u y
σu σ = y
d y
-上下游边缘铅直应力Fra Baidu bibliotek
=
∑W
6∑M
-计算截面上全部荷载铅直分力
-计算截面上全部荷载对截面形心力矩
�
u x u u d y
d d 2 σx = pd +(σy pd )m2
d u σ x σx =
—上下游边缘水平正应力
4,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 ∑Fy = 0 :
σ = (1+ m )σ p m
u 1 2 1 u y u
2 1
σ = (1 + m )σ p m
d 1 2 2 d y d
2 2
σ
u 1
σ
d 1
——上下游边缘第一主应力
(三)内部应力的计算
1,坝内水平截面上的正应力σy,假定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.
坝体内部应力计算图
用材料力学分析坝体应力时,重力坝设计规范 规定的强度指标. 1,坝基面的σy应符合下列要求 ,坝基面的σy应符合下列要求 (1)运用期:在各种荷载组合下 (地震荷载除外) (2)施工期 2,坝体应力要求 (1)运用期 (2)施工期
坝体内一般不容许出现主拉应力,但以下情况例外: 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, 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. 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 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 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 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%. 降低25%～50%.