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1、Gravity Dam Located onBatholith,第四节 重力坝的应力分析,目的：1、为了检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求；2、为解决设计和施工中的某些问题，如砼分区，某些部位的配筋等提供依据。应力分析的过程：1、进行荷载计算及荷载组合2、选择合适的方法进行应力计算3、检验大坝各部位的应力是否满足强度要求,第四节重力坝的应力分析,一、应力分析方法 理论计算和模型试验法 理论计算方法主要有材料力学法和有限元法 对于中、低坝，当地质条件较简单时，可按材料力学方法计算坝体的应力，有时可只计算坝体的边缘应力。 二、应力分析内容确定计算工况；选择计算方法；确定计算截面；计算选定截面
2、上的应力、削弱部位（如孔洞、泄水管道部位等）的局部应力、个别部位（如宽缝重力坝的头部、闸墩、导墙等）的应力等步骤，必要时分析坝基的上、下游局部应力及内部应力。,第四节 重力坝的应力分析,（一）基本假定1、坝体砼为均质，连续各向同性的弹性材料。2、取单宽坝体作为固结在地基上的悬臂梁计算，且不受两侧坝体的影响。3、水平断面上的垂直正应力y是直线分布。（二）*边缘应力的计算1、水平截面上的正应力yu、yd。2、剪应力u和d。3、水平正应力xu和xd。4、主应力1u，2u和1d，2d。,三、材料力学方法,1、水平截面上的正应力yu、yd。,根据偏心受压公式，坝体上下游边缘垂直正应力：,2、剪应力,由上
3、游微分体的平衡条件得：,3、水平正应力,已知、，由上游微分体的平衡条件得：,4、边缘主应力,由于两个主应力面互相正交，由微分体的平衡条件,第四节 重力坝的应力分析,（三）内部应力的计算 1、坝内水平截面上的正应力y假定 y在水平截面上直线分布。,坝体内部应力计算图,（三）内部应力的计算,2、坝体内剪应力。呈抛物线分布3、坝内水平正应力x。呈三次分布 接近直线，对中小型工程可近似假定x呈直线分布4、坝内主应力1和2。(见课本P56式(3-48),(四)考虑扬压力时的计算方法。,1、边缘应力1)计算W和M计入扬压力2)计算u 、xu、d、xd时 pu用 pu-puu代入 pd 用pd-pdd代入2
4、、求解坝内应力 可先不计扬压力计算、x、y，然后再叠加由扬压力引起的应力,用材料力学分析坝体应力时，重力坝设计规范规定的强度指标。(一)、坝基面的y应符合下列要求（1）运用期：在各种荷载组合下（地震荷载除外）（2）施工期(二)、坝体应力要求（1）运用期（2）施工期,四、强度指标,坝体上、下游面拉应力按正常使用极限状态计算,运用期坝踵垂直应力不应出现拉应力（计扬压力），可按下式计算：,1)运用期（长期组合）坝体上游面垂直拉应力核算,2)短期组合下游坝面的垂直拉应力核算,规范要求，坝踵和坝体上游面的垂直应力的核算应按作用的标准值分别计算作用的短期组合和长期组合。,施工期属短暂状况，坝体下游面的垂直
5、拉应力应不大于100kPa，其计算式为,第四节 重力坝的应力分析,其他：坝体内一般不容许出现主拉应力，但以下情况例外：宽缝重力坝离上游面较远的局部区域，可出现拉应力，但不得超过混凝土的容许拉应力；当溢流坝堰顶部位出现拉应力时，可考虑配置钢筋；廊道及其它孔洞周边的拉应力区域，宜配置钢筋，以承受拉应力。 坝基的容许压应力是根据坝基岩石的室内试验，结合地基的具体情况而定。对于强度高，而节理、裂隙发育的基岩，其最大容许压应力可取试块（通常为555cm3）的极限抗压强度的1/201/15；对于中等强度的基岩可取1/101/20；对于均质且裂缝甚少的弱基岩及半岩石地基可取1/51/10；对于风化基岩，可按
6、基岩风化程度，将其容许压应力值降低25%50%。,坝体应力的实际分布情况比较复杂，受很多因素影响。 1、地基变形模量对坝体应力的影响,五、各种因素对坝体应力的影响,2、地基变形弹模对坝体应力的影响 3、坝体异弹模对坝体应力的影响 4、纵缝对坝体应力的影响 5、分期施工对坝体应力的影响(见下图) 6、坝踵断裂对坝体应力的影响,各种因素对坝体应力的影响,坝体主应力分布示意图,作业2,图与荷载同作业1，砼强度等级C10，标准抗压强度fkc=10MPa，坝基为较完整的微风化花岗片麻岩，标准抗压强度fkR=80MPa试核算基本组合的设计洪水位情况下 (1)计算坝基面A、B及折坡处水平面C、D点的应力x、y、及主应力； (2)坝趾B抗压强度和坝踵A应力是否满足要求； (3)根据所计算的稳定安全系数及应力情况讨论此坝断面设计是否得当；,
