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1、重力坝的应力分析,讲课人：黄耀英,2013,混凝土重力坝设计规范(SL319-2005)在条目规定：混凝土重力坝应以材料力学法和刚体极限平衡法计算成果作为确定坝体断面的依据，有限元法作为辅助方法。混凝土重力坝设计规范(DL5108-1999)在条目规定：混凝土重力坝一般以材料力学法和刚体极限平衡法计算成果作为确定坝体断面的依据。以下主要介绍材料力学法，简单介绍有限单元法。,平面问题重力坝设置了横缝，各坝段独立工作，各坝段受到面力和体力平行横截面，且基本不沿坝轴线变化，可视为固结在岩基上的变截面(平面)悬臂梁；空间问题坝体结构复杂的部位(如泄水孔口等)，需要采用有限元等数值分析方法。,分析模型,
2、材料力学方法基本假定(1)认为坝体是由均匀、连续、各向同性的弹性材料构成；(2)视坝段为固结于地基上的悬臂梁，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；(3)假定坝体各水平截面(包括坝基面)上的垂直向正应力按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。,材料力学法计算公式,x,y,Step1：建立坐标系 内外力正负号规定 应力正负号规定,材料力学法计算公式-Step1,M,Step2：选取分析截面 并取出脱离体,A,B,C,问题：分析截面如何选取？,选水平截面AB，计算方便,x,y,材料力学法计算公式-Step2,n,n,x,y,A,B,Step3：荷载组合：基本荷载组
3、合或特殊荷载组合 并获得计算水平截面内力(轴力、弯矩、剪力),x,y,W,P,M,材料力学法计算公式-Step3,Step4：边缘应力计算 yu，u，xu yd，d，xd,A,B,x,y,W,P,M,偏心受压公式,yu=,W,T,+,6M,T2,yd=,W,T,-,6M,T2,材料力学法计算公式-Step4,T,材料力学法计算公式-Step4,A,B,x,y,W,P,M,Step4：边缘应力计算 yu，u，xu yd，d，xd,上游边缘微分体,下游边缘微分体,上下游边缘取出微分体,xu,yu,u,u,pu,dy,dx,ds,u,Fy=ma-pudssinu+yudx+udy=0u=(pu-yu
4、)dx/dy=(pu-yu)nFx=maxu=pu-un,材料力学法计算公式-Step4,Step4：边缘应力计算 yu，u，xu yd，d，xd,上游边缘微分体,A,B,x,y,W,P,M,下游边缘微分体,同理可得d，xd,y u，u，xuy d，d，xd,材料力学法计算公式-Step4,Step4：边缘应力计算 yu，u，xu yd，d，xd,A,B,x,y,W,P,M,Step5：边缘主应力 1u，1d，2u，2d,材料力学主应力公式,材料力学法计算公式-Step5,A,B,x,W,P,M,Step6：内部应力,边缘应力内插假定y 直线分布，内插x 直线分布，内插 二次抛物线分布u，d
5、dx=P,材料力学法计算公式-Step6,y,xu,yu,u,u,pu,dx,ds,u,dy,puu,puu,材料力学法计算公式-考虑扬压力时,材料力学法计算公式-考虑扬压力时,Step1：建立坐标系,Step2：选取分析截面 并取出脱离体,Step3：荷载组合：基本荷载组合或特殊荷载组合 并获得计算水平截面内力(轴力、弯矩、剪力)此时，需要考虑扬压力,材料力学法计算公式-考虑扬压力时,Step4：边缘应力计算，yu，u，xu yd，d，xd 此时，建立微分体平衡时，需要考虑上下游边缘的扬压力强度。,Step5：边缘主应力 1u，1d，2u，2d,Step6：内部应力,强度指标-坝踵坝趾应力,
6、1 运用期（1）在各种荷载组合下(地震荷载除外)，坝踵铅直应力不应出现拉应力，坝趾铅直应力小于坝基容许压应力。（2）在地震荷载作用下，坝踵、坝趾的铅直应力应符合SL203-97水工建筑抗震设计规范的要求。2施工期坝趾铅直应力允许有小于0.1MPa的拉应力。,强度指标-坝体内部应力,1 运用期（1）坝体上游面的铅直应力不出现拉应力(计扬压力)（2）坝体最大主应力，不应大于混凝土的容许压应力2施工期（1）坝体任何截面上的主应力不应大于混凝土容许压应力（2）在坝体下游面，允许有不大于0.2MPa的主拉应力,工程措施,（1）设计合理的坝体剖面（2）对地基进行加固处理，使地基变形模量和坝体弹性模量合适（3）进行合理的分缝分块（4）进行合理的混凝土分区（5）合理布置限裂、防裂钢筋（6）加强施工质量等等,
