重力坝应力分析剖面设计与材料及构造课件

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1、第一章重力坝第一节概述1第二节重力坝的荷载及荷载组合2第四节重力坝的应力分析4第三节重力坝的稳定分析31第五节非溢流重力坝的剖面设计5第六节重力坝的结构可靠度设计6第七节重力坝的材料和构造7第四节重力坝的应力分析一、应力分析的目的①确定应力及其分布：通过应力分析，求出坝内各处的应力及其分布，以保证坝内各点的应力值都不超过容许值②材料分区：根据坝内应力情况，确定坝体材料分区，大应力区采用高砼标号，小应力区采用低砼标号，以充分利用砼强度③确定局部应力并配筋：计算坝体局部结构物（闸墩、导墙等）处的应力，以校核局部强度二、应力分析的方

2、法①模型实验法：费钱费事，对中小型工程不适用②光测法：偏光弹试验和激光全信息试验，主要解决弹性应力问题③脆性材料电测法：破坏性试验，如地质模型试验；④材料力学法：历史最久、应用最广、最简便、是重力坝规范规定采用的计算方法⑤弹性理论差分法：力学模型OK，数学解法采用近似的差分格式⑥弹性理论有限元法：其在力学模型上是近似的，数学解法上是严格的。它是一种综合能力很强的计算方法（大中型工程应用较多）三、应力分析的材料力学法①匀质弹性体假定：坝体材料为均质、连续、各向同性的弹性体②不考虑地基变形对坝体应力的影响基本假定：③悬臂梁假定：将

3、计算坝段作为固接于地基上的悬臂梁计算；不考虑计算坝段两侧的影响，即横缝不传力④任意水平面上的正应力呈直线分布，计算的水平截面一般选在坝面转折点或厚度突变处弹性理论分析＋模型实验＋实际观测的成果都说明：坝体最大和最小应力一般都出现在坝面，自然想到采用材料力学中的偏心受压公式这种简单方法来计算坝体应力。因此本章仅介绍坝面边缘应力的计算b为截面宽度h为截面高度对于一个矩形截面构件，如果已知作用在该截面上的轴力N和弯矩M，就可以利用偏心受压公式求出该截面边缘处的最大、最小应力微分体取法：微分体的面应包括①已求σ的作用面——水平面②欲求

4、t的作用面——铅直面上游面：pu为作用于上游坝面计算点的压力强度dx,dy分别是三角形微单元体水平边、铅直边的长度ju为上游坝面与铅直线的夹角建立静力平衡方程式：方程应仅包括欲求t和已求σ，即：剪应力互等定理：相互垂直的两个平面上，剪应力必然成对存在，且数值相等；两者都垂直于两个平面的交线，方向则共同指向或共同背离这一交线上游坝坡系数同理，下游面：下游坝坡系数图1-16（a）中剪应力成对出现？4.3上游边缘水平正应力上游边缘,方程应仅包括欲求sxu：下游边缘：4.3下游边缘水平正应力下游边缘,方程应仅包括欲求sxd：4.4主应

5、力基本概念：主平面+主应力通过一点处的所有方向面中，一定存在三个互相垂直的主平面（即一定存在主单元体），因而每一点都对应着三个主应力。平面（二向）应力状态：一个主应力为零一点处的三个主应力分别用1、2、3来表示，并按应力代数值的大小顺序排列，即1≥2≥3。例如某点处的三个主应力为50MPa、-80MPa和0，则1=50MPa、2=0、3=－80MPa主平面：单元体上没有切应力的面称为主平面主应力：主平面上的正应力称为主应力4.4主应力微分体取法：微分体的面应包括①已求σ的作用面——水平面②欲求主应力的作用面

6、——即上、下游坝面及与其正交的平面上游边缘：下游边缘：(1-28)建立静力平衡方程式：方程应仅包括欲求s1u和已求s，即：第二主应力：作用在坝面上的水压力强度上游边缘：下游边缘：混凝土材料抗拉能力极低，一般不允许坝体出现拉应力由式（1-28）知，如果上游边缘铅直正应力syu<0，肯定有s1u<0当syu>0，如果，则s1u<0因此大坝剖面设计时，首先应保证syu>0；其次，m1不宜过大（即上游坡不宜太缓）4.5考虑扬压力时的边缘应力计算前面公式均未考虑截面上扬压力的作用，相当于重力坝建成尚未蓄水时的应力计算。实际上当大坝长期蓄

7、水时，坝体和坝基都会受到扬压力的作用考虑扬压力后的边缘应力见式(1-24‘)~(1-31’)当考虑扬压力时（扬压力视为外荷载）：考虑扬压力时边缘应力+水平正应力计算简图考虑扬压力时的主应力计算当没有泥沙压力和地震动水压力时，puv=pu,pud=pd，第二主应力为0考虑扬压力时的主应力计算方向向下为正，将所有力在Y方向进行分解可得4.6重力坝的应力控制标准由于扬压力是一种可能存在的荷载，规范要求对有扬压力和无扬压力两种情况都进行核算坝基面坝踵、坝趾的垂直应力应满足以下要求运用期上游端：syu>0在各种荷载组合下（地震荷载除外）

8、，计入扬压力时的最小垂直正应力大于0，即水平面不出现拉应力下游端：计入、不计入扬压力两种情况下，最大铅直正应力均不超过坝基容许压应力值:syd<[s]施工期下游坝趾垂直应力允许有小于0.1MPa的拉应力地震荷载下，坝踵、坝趾的垂直应力应满足SL203(水工建筑物抗震设计规范)