4重力坝的应力分析

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4重力坝的应力分析

第四节重力坝的应力分析

应力分析的目的：①检验坝体在施工期和运用期是否满足强度方面的要求。

②确定坝体混凝土材料分区。③为坝体的某些部位配置钢筋提供依据。

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4.1应力分析方法综述光测法模型试验法脆性材料电测法材料力学法

理论计算法

弹性理论解析法弹性理论差分法

弹性理论有限单元法

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4.2材料力学法(一)基本假定①坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料。②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，横缝不传力。③假定坝体水平截面上的正应力σy按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。

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(二)

坝体边缘应力的计算在一般状况下，坝体的最大应力和最小应力都

出现在坝面，所以应当首先校核坝体边缘应力是否满足强度要求。(1)水平截面上的正应力(如图)yuyd

WB

6MB2

kPakPa

WB

-

6MB2

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(2)边缘剪应力(如图)由上游坝面的微分体，根据平衡条件ΣFy=0可得：

令

式中：pu为上游坝面的水压力强度。

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同理，下游边缘剪应力(3)水平正应力由上游坝面的微分体，根据平衡条件ΣFx=0可得：

同理，下游边缘水平正应力应力：

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(4)边缘主应力由上游坝面微分体，根据平衡条件ΣFy=0,可得：

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同理，下游边缘主应力：由上游边缘主应力计算式分析，上游坝坡越缓，Φ越大，sin2υ越大，σu可能为负，出现拉应力。因此上游坝坡坡角Φ不宜过大，n也不宜过大。

坝面水压力强度也是主应力：

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(三)考虑扬压力时边缘应力的计算

令Puu为下游边缘的扬压力强度，由平衡条件可得：

upupuuyunxupupuupupuuyun2

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令Pud为下游边缘的扬压力强度，同理可得：

xd

dydpudpdnpdpudydpudpdm2上下游边缘的主应力为：

1u1n2yupupuun22upupuu221d1mydpdpudm2dpdpud

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(四)坝体内部应力

坝内应力计算微分体

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应力分布规律：σy呈直线分布；τ呈二次抛物线分布；

σx呈三次抛物线分布。坝内应力分布示意

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4.3强度指标1、坝基面垂直正应力的控制标准ymax坝基ymin0

运用期施工期

计入扬压力

下游坝基(坝趾)处允许有不大于0.1MPa的拉应力

坝趾处允许压应力取试块岩石极限抗压强度的(1/25—1/5),强度高者分母取大值，强度低者分母取小值。

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2、坝

体应力的控制标准运用期σu(计入扬压力)≥0σu(不计入扬压力)≥0.25rHσd≤[σh]

施工期

1砼压下游面可以有不大于0.2MPa的主拉应力

地

震

允许压应力可提高30%拉应力的安全系数不小于2.0

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4.5非荷载因素对坝体应力的影响①地基变形对坝体应力的影响

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②地基不均匀对坝体应力的影响坝体跨越不同弹模的岩体，应力将受到一定的影响；当坝踵处的弹模高于坝趾处的弹模时，坝踵易出现拉应力③坝体不同材料对坝体应力的影响坝体外部材料弹模越高，坝踵越易出现拉应力。

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④纵缝对坝体应力的影响

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⑤分期施工对坝体应力的影响

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极限状态法采用概率极限状态设