拱坝的荷载与应力分析水工建筑物.pptx

主讲人：吴明洋拱坝的荷载与应力分析《水工建筑物》Waterconservancyandhydropowerconstruction重庆水利电力职业技术学院CHONGQINGWATERRESOURCESANDELECTRICENGINEERINGCOLLEGE

3.3拱坝的荷载与应力分析一、拱坝的设计荷载二、荷载组合三、应力分析方法综述四、拱坝设计的应力指标

3.3拱坝的荷载与应力分析一、拱坝的设计荷载荷载有：自重、静水压力、动水压力、扬压力、泥沙压力、冰压力、浪压力、温度作用以及地震作用等，基本上与重力坝相同。由于拱坝的结构特点，有些荷载的计算及其对坝体应力的影响与重力坝不尽相同。本节只介绍这些荷载的不同特点。

3.3拱坝的荷载与应力分析（一）一般荷载的特点包括：静水压力、泥沙压力、浪压力及冰压力。其中，静水压力是坝体承受的最主要荷载，应由拱、梁系统共同承担，可通过拱梁分载法来确定拱系和梁系上的荷载分配。1.水平径向荷载2.自重由于拱坝各坝块的水平截面都呈扇形，截面A1与A2间的坝块自重G可按辛普森公式计算

3.3拱坝的荷载与应力分析（一）一般荷载的特点坝块自重计算图

3.3拱坝的荷载与应力分析（一）一般荷载的特点?

3.3拱坝的荷载与应力分析3.水重水重对于拱、梁应力均有影响。但在拱梁分载法计算中，一般近似假定由梁承担，通过梁的变位考虑其对拱的影响。

3.3拱坝的荷载与应力分析4.扬压力从近年美国对一座中等高度拱坝坝内渗流压力分析表明，由扬压力引起的应力在总应力中约占5％，所占比重很小。■薄拱坝，可以忽略不计；■重力拱坝和中厚拱坝，应予以考虑；■坝肩岩体进行抗滑稳定分析时，必须计入渗流水压力的不利影响。

3.3拱坝的荷载与应力分析5.动水压力拱坝采用坝顶或坝面溢流时，应计及溢流坝面上的动水压力。对溢流面的脉动压力和负压的影响可以不计。

3.3拱坝的荷载与应力分析（二）温度作用在水压力和温度变化共同引起的径向总变位中，后者约占1/3–1/2，在靠近坝顶部分，温度变化的影响就更为显著。

3.3拱坝的荷载与应力分析??（1）

3.3拱坝的荷载与应力分析2.等效线性温差?（2）

3.3拱坝的荷载与应力分析3.非线性温度变化?（3）

3.3拱坝的荷载与应力分析3.非线性温度变化?

3.3拱坝的荷载与应力分析3.非线性温度变化（4）在上述边界条件下，某截面在任一时刻τ的tm及td值，可由热传导理论求解其算式为（5）

3.3拱坝的荷载与应力分析3.非线性温度变化（4）（5）?

3.3拱坝的荷载与应力分析τ——时间（月），通常在7月中旬气温达到最高值，可取τ0为6.5月；1月中旬气温最低。温度应力的极值比气温极值约滞后l～1.5月。初步计算时只需计算8月中（τ＝7.5）或8月底（τ=8）的温度荷载和应力。用式（4）、（5）算出的tm和td是温升时的温度荷载。因为温度的变化在时间上具有反对称性质[图（a）]，改变其正负符号，即得2月中或2月底温降时的温度荷载。3.非线性温度变化

3.3拱坝的荷载与应力分析3.非线性温度变化

3.3拱坝的荷载与应力分析3.非线性温度变化封拱温度工程中，一般选在年平均气温或略低时进行封拱。温降当坝体温度低于封拱温度时，坝轴线收缩，使坝体向下游变位，由此产生的w弯矩和剪力的方向与水压力作用所产生的相同，但轴力方向相反。温降对坝肩稳定有利，对应力不利。温升当坝体温度高于封拱温度时，坝轴线伸长，使坝体向上游变位，由此产生的弯矩和剪力的方向与水压力产生的相反，但轴力方向则相同。温升对坝肩岩体稳定不利；对应力有利。

3.3拱坝的荷载与应力分析总结（1）主要荷载之一。在水压力和温度荷载共同引起的径向变位中，温度荷载约占据1/3至1/2。（2）通常假定温度荷载由拱圈承担。（3）产生温度荷载的两个原因是：混凝土施工过程中水化热的散发；外界气温的变化。（4）封拱时相应的混凝土温度称为封拱温度。（5）拱坝的温度荷载：拱坝封拱形成整体后，在上下游水温和气温的周期性变化影响下，坝内产生相对于封拱温度的温度变化所引起的荷载。

3.3拱坝的荷载与应力分析总结（6）TT封，温升产生的弯矩、剪力与水压力引起的弯矩、剪力相反，它们引起的轴力方向相同，对稳定是控制条件。（7）TT封，温降产生的弯矩、剪力与水压力引起的弯矩、剪力相同，它们引起的轴力方向相反，对应力是控制条件结论：温降对坝体应力不利温升对坝肩稳定不利地震作用当采用拟静力法计算时，同重力坝。

3.3拱坝的荷载与应力分析二、荷载组合对应力而言基本组合：正常水位