第四讲-水工建筑物-(精选·公开·课件).ppt

§1.5 重力坝的应力分析(stress analysis) 概述 应力分析方法 模型实验法（不讲） 理论分析法 材料力学法 弹性力学理论法（不讲） 有限差分法（不讲） 有限单元法（不讲） 应力控制标准 各种因素对坝体应力的影响 二、材料力学法(gravity method) 1. 基本假定： 坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料； 视坝段为固接于地基上的悬臂梁，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，永久横缝不传力； 假定坝体水平截面上的正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。 3. 边缘应力(Stresses on faces)计算 在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，所以，在重力坝设计规范中规定，首先应校核坝体边缘应力是否满足强度要求。 一般说来，我们要校核以下几种应力： 边缘应力计算（续） 1）垂直正应力(vertical normal stress): 因为假定бy按直线分布，所以可按偏心受压公式计算上、下游边缘应力бyu和бyd 。 边缘应力计算（续） 2）剪应力(Shear stress)： 已知бyu和бyd 以后，可以根据边缘微分体的平衡条件解出上、下游边缘剪应力τu和τd 。由上游坝面的微分体，根据ΣFy=0得 边缘应力计算（续） 3）水平正应力(Horizontal normal stress)： 边缘应力计算（续） 4）主应力(principal stress)： 4. 坝内应力(internal stress)计算 1）垂直应力бy 2）剪应力τ 3） 水平应力бx 4）坝内主应力 三、 应力控制标准(permissible stress) 混凝土容许压应力，等于其极限强度除以相应的安全系数。 《规范》规定：混凝土的抗压安全系数在基本组合情况下不小于4.0，在特殊组合情况下(地震情况除外)不小于3.5。当坝体个别部位有抗拉强度要求时，可提高混凝土的抗拉标号，抗拉安全系数不小于4.0。 地震作用 地震作用是一种发生概率极小的荷载，由于在动荷载作用下材料强度有所提高，所以，在抗震计算中，混凝土坝的动态抗压强度和动态弹性模量的标准值可较其静态标准值提高30％，动态抗拉强度的标准值可取为动态抗压强度标准值的8％，故容许拉、压应力也可作相应的提高。 1. 坝基面的正应力 （1）运用期： 在各种荷载组合下(地震荷载除外)，坝基面的最大竖向正应力бymax应小于坝基容许压应力(计算时分别计入和不计入扬压力)；最小竖向正应力бymin应大于零(计算时应计入扬压力)。 （2）施工期： 下游坝面允许有不大于O.1MPa的拉应力。地基容许压应力取岩石试块(通常为5cm×5cm×5cm)极限抗压强度的1/25～1/5，视岩体的具体情况而定。对于强度高，但节理、裂隙发育的基岩，采用1/25～1/20；对于中等强度的基岩采用1/20～1/10；对于均质且裂缝甚少的软弱基岩及半岩石地基采用1/10～1/5；对于风化岩基，按其风化程度，应将其容许压应力降低25％～50％。 2. 坝体应力 （1）运用期 坝体上游面的最小主应力要考虑两种控制标准： 在作用力中计入扬压力时，要求б≥0，即б为压应力； 当作用力中不计入扬压力时，要求б ≥0.25h 。 坝体下游面的最大主压应力，不得大于混凝土的容许压应力。 四、各种因素对坝体应力的影响 §1.6 泄水重力坝 一、溢流重力坝的孔口形式与设计 组成：溢流面由顶部溢流面曲线段、中间直线段和下部反弧段组成 。 一）溢流堰面曲线 常采用非真空剖面曲线。 1)开敞式溢流堰面曲线 2)大孔口堰面曲线 上述两种堰面曲线是根据定型设计水头确定的．当宣泄校核洪水时，堰面出现负压值应不超过3—6m水柱高。 二）、溢流面中间直线段 上端与堰顶曲线相切，下端与反弧段相切，公切线构成的直线段坝面坡度可以和非溢流坝下游坝面坡度一致 三）溢流坝下游反弧段半径 1)对挑流消能，可按下式求得反孤半径R 2)对于底流式消能，反弧段半径可按下式求得 3)对消力戽消能 二、溢流坝剖面布置 溢流坝的实用剖面，是由基本剖面修改而成，一般情况下，中间直线段采用非溢流坝的下游坝面直线，要与溢流面曲线段和下游反弧段相切，如图（a），如果地质条件好，溢流面曲线上游超出基本剖面部分可做成挑出的悬臂，如图（c）所示；如果地质条件差，基本剖上部去掉的体积较多，影