第四节 重力坝的应力分析

第四节重力坝的应力分析

一、应力分析的目的和方法

1、目的

1°了解坝体内的应力分布情况，检验大坝在施工期和运行期是否满足强度要求；

2°为布置坝身材料(如混凝土分区)提供依据；

3°为特殊部位的配筋提供依据，如孔口、廊道等部位的配筋；

4°为改进结构型式和科学研究提供依据；

2、分析方法: 模型试验法和理论计算法

①模型试验法

光测方法如：偏振光弹性试验, 激光全息试验, 脆性材料电测法

②理论计算法

1°材料力学法(重力法)

这是一种历史悠久、应用最广、最简便的方法。它不考虑地基变形的影响，假定：

σy呈直线分布；

σx呈三次抛物线分布；

τ呈二次抛物线分布；

评价：该法有长期的实践经验，目前我国重力坝设计规范中的强度标准就是以该法为基础的。

2°弹性理论解析法

该法的力学模型和数学解法均很严密，但前只有少数边界条件简单的典型结构才有解答。

评价：可用于验证其他方法的精确性，有重要价值。

3°弹性理论差分法

该法力学模型严密，在数学解法上采用差分格式，是一种近似的方法。评价：要求方形网格，对复杂边界适应性差。

4°弹性理论的有限单元法

与差分法相反，该法力学模型是近似的，数学解法是精确的，网格可采用三角形单元、四边形单元或两者的组合。见图2.14

评价：可处理复杂的边界条件，随着计算机的发展，单元可划分得很细以模拟各种边界。目前大型或重要的工程都需用该法计算，以了解坝体各部位的应力状态。

图2.14 重力坝应力分析有限单元法示意图

二、材料力学法,见图2.15和图2.16

1、基本假定

①坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性体

②将坝体简化为固结在地基上的变截面悬臂梁；

③不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力；

④σy呈直线分布；

图2.15 坝体应力计算简图

图2.16 截面核心计算图

2、边缘应力计算

①水平截面上的垂直正应力

②剪应力

③水平正应力

④主应力

3、内部应力计算

图2.17 坝体微元体受力分析

①σy的计算, ②τ的计算, ③ σx的计算, ④坝内主应力计算

4、考虑扬压力时的计算方法:

图2.18 有扬压力的边缘应力计算简图 图2.19 扬压力分布图

5、非荷载因素对坝体应力的影响

①地基变形对坝体应力的影响,见图2.20

图2.20 地基变形示意图 图2.21 坝基对坝体的应力影

响

②地基不均匀对坝体应力的影响

③坝体不同材料对坝体应力的影响

④纵缝对坝体应力的影响

图2.22纵缝对坝体应力的影响⑤分期施工对坝体应力的影响

图2.23分期施工对坝体应力的影响