重力坝的应力分析水工建筑物.pptx

主讲人：王世儒重力坝的应力分析 《水工建筑物》Waterconservancyandhydropowerconstruction重庆水利电力职业技术学院CHONGQINGWATERRESOURCESANDELECTRICENGINEERINGCOLLEGE

2.4重力坝的应力分析重力坝应力分析目的及意义重力坝应力分析的计算方法应力分析的材料力学法各种因素对坝体应力的影响应力控制标准

2.4重力坝的应力分析一、目的和方法目的检验坝体在施工期和运用期是否满足强度方面的要求。为布置坝身材料(如混凝土分区)提供依据；为坝体的某些部位（如孔口、廊道等）配置钢筋提供依据。为改进结构型式和科学研究提供依据。

2.4重力坝的应力分析一、目的和方法分析方法材料力学法——规范使用，重点讲解。数值方法——有限元法、块体元法、流形元法——没有控制标准。模型试验法（计算时：计算方法＋参数＋标准——要配套）

2.4重力坝的应力分析二、材料力学法基本假定：坝体材料为均质、连续、各向同性的弹性材料。坝段为固结于地基上的悬臂梁，各坝段独立工作，横缝不传力。地基的变形对坝体的应力没有影响。水平截面上的垂直正应力呈直线分布（平面假定）。

2.4重力坝的应力分析计算单元、计算截面计算单元：沿坝轴线方向，取单位坝宽为计算单元。（对溢流坝段，取一个坝段为计算单元。）计算截面：在计算单元的横剖面上，截取若干个控制性水平截面进行应力计算。一般选取坝基面、上下游折坡处、坝体削弱部位（廊道部位等）以及需要计算坝体应力的部位。

2.4重力坝的应力分析边缘应力计算作用力与应力的正方向规定：如右图所示。XY坐标系原点放在下坝面，X坐标轴指向上游，Y坐标轴向下为正。取水平外力以指向上游为正，铅直外力以向下为正，力矩以反时针方向为正。正应力以压为正（与弹力符号相反），剪应力以微分体的拉伸对角线在一、三象限为正（与弹力符号相同）。为便于区别，上下游边缘应力分别用上标“′”和“″”加以标注。

2.4重力坝的应力分析边缘应力计算水平截面上的边缘垂直正应力σyˊ和σy〞（不考虑扬压力）假定任一水平截面上的垂直正应力σy呈直线分布，可用材料力学偏心受压公式计算。式中：ΣW——作用在计算截面以上全部荷载的铅直分力总和。ΣM——作用在计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和。T——计算截面沿上下游方向的宽度。

2.4重力坝的应力分析从图可知，代入下式：可得：截面核心计算图

2.4重力坝的应力分析这个关系式说明：水平截面的宽度T的中间三分之一是“截面核心”，当合力R作用线交于“截面核心”以内时，上下游边缘的垂直正应力均为正值，即压应力。当合力R作用线交于“截面核心”以外时，靠近交点一侧的边缘上垂直正应力为压应力，远离交点一侧边缘上的垂直正应力为拉应力。这个概念对重力坝的设计十分重要。

2.4重力坝的应力分析边缘应力计算水平截面上边缘剪应力τˊ、τ〞（不考虑扬压力）对上游坝面A点三角形微元体，根据力的平衡条件ΣFy=0，得

2.4重力坝的应力分析同理可得式中pˊ、p〞——分别为计算截面处上下游坝面的水压力强度（如有泥沙压力和地震动水压力时也应计算在内）。n、m——为上下游坝面坡度，n=tgφu，m=tgφd；注意：上游坝面倾向上游时，n为正，反之为负；下游坝面倾向下游时，m为正。φu、φd—分别为上下游坝面与铅直面的交角。

2.4重力坝的应力分析边缘应力计算边缘水平正应力σxˊ和σx〞（不考虑扬压力）对于上游坝面A的微元体，取ΣFx=0得：

2.4重力坝的应力分析边缘应力计算边缘水平正应力σxˊ和σx〞（不考虑扬压力）对于上游坝面A的微元体，取ΣFx=0得：同理可得

2.4重力坝的应力分析边缘应力计算边缘主应力σˊ和σ〞（不考虑扬压力）因主应力作用面上无剪应力，故上下游坝面即为主应力面之一（水库淤沙内摩擦角为零条件下），而另一主应力面必然与坝面垂直。为求边缘主应力，取如图6-16（c）所示的三角形微元体，由作用在上游坝面微元件上力的平衡条件ΣFy=0可得σˊ。

2.4重力坝的应力分析同理可得显然另一主应力即为作用在坝面上的压力强度，分别为：

2.4重力坝的应力分析

2.4重力坝的应力分析分析：由上游边缘主应力σˊ计算式（上式）可以得出，当上游坝面倾斜，即n0时，即使σyˊ≥0，如果σyˊpˊsin2φu，上游坝面主应力σˊ仍会成为拉应力。因此重力坝的上游坝面坡度n一般都取得很小乃至为零，以防上游坝面出现主拉应力。（上游坝坡越缓，Φu越大，sin2φu越大，σˊ可能为负，出现拉应力。因此上游坝坡坡角Φu不