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文檔簡(jiǎn)介
§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
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