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)計和施工中的某些問題提供依據(jù)。（如：斷面的設(shè)計、混凝土標(biāo)號分區(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)力分析的過程：

1）進(jìn)行荷載計算及荷載組合

2）選擇合適的方法進(jìn)行應(yīng)力計算

3）檢驗大壩各部位的應(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算和模型試驗兩大類，這兩類方法是彼此補(bǔ)充、相互驗證的，其結(jié)果都要受到原型觀測的檢驗。目前常用的應(yīng)力分析方法有：（1）模型試驗法（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，水平力以逆河向為正，垂直力以沿著重力方向為正。應(yīng)力正方向的規(guī)定如圖所示，如果一個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。一般說來，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)力計算

因為假定бy按直線分布，所以可按偏心受壓公式計算上、下游邊緣應(yīng)力бyu和бyd

。

(kPa)

(kPa)

式中

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

B―計算截面的長度(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：各符號意義見圖5）有揚(yáng)壓力的邊緣應(yīng)力計算：4.壩內(nèi)應(yīng)力(internalstress)計算

如圖所示，顯然微分體的平衡方程(equilibrium)為

下面，我們分別來計算其中的各個應(yīng)力分量

1）垂直應(yīng)力бy

對于垂直應(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

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

壩內(nèi)應(yīng)力可先計算無揚(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(計算時入揚(yáng)壓力)；最小豎向正應(yīng)力бymin應(yīng)大于零(計算時應(yīng)計入揚(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)：在作用力中計入揚(yáng)壓力時，要求б≥0，即б為壓應(yīng)力；壩體下游面的