3.4重力壩的應(yīng)力分析資料

§3.4重力壩的應(yīng)力分析一、目的：檢驗(yàn)大壩在施工期和運(yùn)行期是否滿足強(qiáng)度要求。為研究解決設(shè)計(jì)和施工中的某些問(wèn)題提供依據(jù)。（如：斷面的設(shè)計(jì)、混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)和某些部位的配筋等）二、影響因素：壩體輪廓尺寸、靜力荷載、地基性質(zhì)、施工過(guò)程、溫度變化以及地震特性等。1§3.4重力壩的應(yīng)力分析三、應(yīng)力分析的過(guò)程：

1）進(jìn)行荷載計(jì)算及荷載組合

2）選擇合適的方法進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算

3）檢驗(yàn)大壩各部位的應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求2§3.4重力壩的應(yīng)力分析二、應(yīng)力分析方法綜述重力壩的應(yīng)力分析方法可以歸納為理論計(jì)算和模型試驗(yàn)兩大類，這兩類方法是彼此補(bǔ)充、相互驗(yàn)證的，其結(jié)果都要受到原型觀測(cè)的檢驗(yàn)。目前常用的應(yīng)力分析方法有：（1）模型試驗(yàn)法（2）材料力學(xué)法（3）彈性理論的解析法（4）彈性理論的差分法（5）彈性理論的有限元法3二、材料力學(xué)法(gravitymethod)1.基本假定：壩體混凝土為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的彈性材料；視壩段為固接于地基上的懸臂梁，不考慮地基變形對(duì)壩體應(yīng)力的影響，并認(rèn)為各壩段獨(dú)立工作，永久橫縫不傳力；假定壩體水平截面上的正應(yīng)力按直線分布，不考慮廊道等對(duì)壩體應(yīng)力的影響。2.荷載與應(yīng)力的正方向規(guī)定水平力垂直力力矩順河向重力方向荷載正方向的規(guī)定如圖所示，水平力以逆河向?yàn)檎?，垂直力以沿著重力方向?yàn)檎?。?yīng)力正方向的規(guī)定如圖所示，如果一個(gè)面的外法線方向平行與坐標(biāo)軸，則該面上正應(yīng)力規(guī)定為逆坐標(biāo)軸方向，剪應(yīng)力規(guī)定為順坐標(biāo)軸方向。xy3.邊緣應(yīng)力(Stressesonfaces)計(jì)算

在一般情況下，壩體的最大和最小應(yīng)力都出現(xiàn)在壩面，所以，在重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，首先應(yīng)校核壩體邊緣應(yīng)力是否滿足強(qiáng)度要求。一般說(shuō)來(lái)，我們要校核以下幾種應(yīng)力：垂直正應(yīng)力剪應(yīng)力水平正應(yīng)力主應(yīng)力有揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計(jì)算

因?yàn)榧俣ě襶按直線分布，所以可按偏心受壓公式計(jì)算上、下游邊緣應(yīng)力бyu和бyd

。

(kPa)

(kPa)

式中

ΣW―作用于計(jì)算截面以上全部荷載的鉛直分力的總和(kN);ΣM―作用于計(jì)算截面以上全部荷載對(duì)截面垂直水流流向形心軸的力矩總和(kN.m)；

B―計(jì)算截面的長(zhǎng)度(m)1）垂直正應(yīng)力(verticalnormalstress):2）剪應(yīng)力(Shearstress)：已知бyu和бyd

以后，可以根據(jù)邊緣微分體的平衡條件解出上、下游邊緣剪應(yīng)力τu和τd

。由上游壩面的微分體，根據(jù)ΣFy=0得

式中pu―上游面水壓力強(qiáng)度；

n―上游壩坡坡率，n=tgφu，式中pd―下游面水壓力強(qiáng)度；

m―下游壩坡坡率，m=tgφd

同樣：3）水平正應(yīng)力(Horizontalnormalstress)

已知τu和τd

以后，可以根據(jù)平衡條件ΣFx=0求得上、下游邊緣的水平正應(yīng)力бxu和бxd

。4）主應(yīng)力(principalstress)：

由上下游壩面微分體的平衡條件ΣFy=0，可解出：各符號(hào)意義見(jiàn)圖5）有揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計(jì)算：4.壩內(nèi)應(yīng)力(internalstress)計(jì)算

如圖所示，顯然微分體的平衡方程(equilibrium)為

下面，我們分別來(lái)計(jì)算其中的各個(gè)應(yīng)力分量

1）垂直應(yīng)力бy

對(duì)于垂直應(yīng)力，我們假定бy在水平截面上按直線分布，即

бy

＝a+bx 壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算其中：

2）剪應(yīng)力τ

利用平衡方程，經(jīng)積分并利用邊界條件可以得出

τ

=a1+b1x+c1x2

壩內(nèi)應(yīng)力計(jì)算其中：3）水平應(yīng)力бx

同樣利用平衡方程，經(jīng)積分并利用邊界條件可以得出：其中：

4）壩內(nèi)主應(yīng)力

求得任意點(diǎn)的三個(gè)應(yīng)力分量бx、бy和τ以后，即可計(jì)算該點(diǎn)的主應(yīng)力和第一主應(yīng)力的方向

壩內(nèi)應(yīng)力可先計(jì)算無(wú)揚(yáng)壓力情況，然后迭加揚(yáng)壓力引起的應(yīng)力?？紤]揚(yáng)壓力情況1.壩基面的正應(yīng)力（1）運(yùn)用期：在各種荷載組合下(地震荷載除外)，壩基面的最大豎向正應(yīng)力бymax應(yīng)小于壩基容許壓應(yīng)力(計(jì)算時(shí)入揚(yáng)壓力)；最小豎向正應(yīng)力бymin應(yīng)大于零(計(jì)算時(shí)應(yīng)計(jì)入揚(yáng)壓力)。三、應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)(permissiblestress)（2）施工期：下游壩面允許有不大于O.1MPa的拉應(yīng)力。

地基容許壓應(yīng)力取巖石試塊(通常為5cm×5cm×5cm)極限抗壓強(qiáng)度的1/25～1/5，視巖體的具體情況而定。2.壩體應(yīng)力

（1）運(yùn)用期壩體上游面的最小主應(yīng)力要考慮兩種控制標(biāo)準(zhǔn)：在作用力中計(jì)入揚(yáng)壓力時(shí)，要求б≥0，即б為壓應(yīng)力；壩體下游面的