3重力坝的应力分析.PDF

§1-3 重力坝的应力分析 n 应力分析的目的 ÿ检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求 ÿ研究解决设计和施工中的某些问题，如： l为混凝土强度等级分区和某些部位的配筋提供依据； l验算坝体断面是否合理； l为设计坝内廊道、管道、孔口、坝体分缝等提供周边应力 数据。 n 应力分析的过程 ÿ首先进行荷载计算和荷载组合 ÿ然后选择适宜的方法进行应力计算 ÿ最后检验坝体各部位的应力是否满足强度要求。 一、应力分析的方法 本节主要介绍：应力分析方法、材料力学 法计算坝体应力、坝体和坝基的应力控制。 重力坝的应力分析方法可以归结为理论计算 和模型试验两大类，模型试验费用大，历时长， 对于中小型工程，一般可只进行理论计算。计算 机的出现使理论计算中的数值解析法发展很快， 对于一般的平面问题，常常可以不做试验，主要 依靠理论计算解决问题。下面对目前常用的几种 应力分析方法做一简要介绍。 ㈠材料力学法 材料力学法计算坝体应力，首先在坝的横剖面 上截取若干个控制性水平截面进行应力计算。一般情 况应在坝基面、折坡处、坝体削弱部位 （如廊道、泄 水管道、坝内有孔洞的部位）以及认为需要计算坝体 应力的部位截取计算截面。 ㈡弹性理论的数值解法 这种方法在力学模型和数学解法上都是严格的，但 目前只有少数边界条件简单的典型结构才有解答，所以， 在工程设计中较少采用。通过对典型构件的计算，可以 检验其他方法的精确性。因此，弹性理论的解析方法随 着计算机科学的发展，在大型工程设计中是一种很有价 值的分析方法。 ㈢模型试验法 目前常用的试验方法有光测法、脆性材料法和电测法。 ÿ光测方法有偏光弹性试验和激光全息试验，主要解决弹性应 力分析问题。 ÿ脆性材料方法和电测方法除能进行弹性应力分析外，还能进 行破坏试验。 ÿ近期发展起来的地质力学模型试验方法，可以进行复杂地基 的试验。此外，利用模型试验还可以进行坝体温度场和动力 分析等方面的研究。模型试验方法在模拟材料特性、施加自 重荷载和地基渗流等方面得到广泛应用，但 目前仍存在一些 问题，有待进一步研究和改进。 二、材料力学方法 ㈠基本假定 ⑴假定坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹 性材料。 ⑵视坝段为固接于坝基上的悬臂梁,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。 ⑶假定坝体水平截面上的正应力σy按直线分布, 不考虑廊道等对坝体应力的影响。 ㈡边缘应力计算 不计扬压力时边缘应力计算 用材料力学法计算时，按平面处理。下图为计 算简图，坐标方向如图所示，正应力以压应力为正， 拉应力为负。 ①水平截面上的正应力。因为假定σy按直 线分布，所以可按偏心受压公式计算上、下游 边缘应力 σ 和 σ 。 yu yd SW SM s = + 6 yu B B 2 （kPa） s = S W - 6 S M （kPa） yd B B 2 式中:ΣＷ ——作用于计算截面以上全部荷载 的铅直分力的总和； ΣＭ——作用于计算截面以上全部荷 载对截面垂直水流流向形心轴的力矩总和； Ｂ——计算截面的长度。 ②剪应力 取上游坝面 的微分体，根据