拱坝3拱坝应力计算
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第四节拱坝的应力分析一、拱坝应力分析的常用方法拱坝是一个空间弹性壳体,其几何形状和边界条件都很复杂,难以用严格的理论计算求解拱坝坝体应力状态。
在工程设计中,常作一些必要的假定和简化,使计算成果能满足工程需要。
拱坝应力分析的常用方法有圆筒法、纯拱法、拱梁分载法、壳体理论计算方法、有限单元法和结构模型试验法等。
(1)纯拱法: 假定拱坝由许多互不影响的独立水平拱圈组成,不考虑梁的作用,荷载全部由拱圈承担。
计算简单,但结果偏大,尤其对厚拱坝。
对薄拱坝和小型工程较为适用。
(2) 拱梁分载法: 假定拱坝由许多层水平拱圈和铅直悬臂梁组成,荷载由拱梁共同承担,按拱、梁相交点变位一致的条件将荷载分配到拱、梁两个系统上。
梁是静定结构,其应力容易计算;拱的应力则按弹性固端拱进行,计算结果较为合理,但计算量大,需借助计算机,适于大、中型拱坝。
拱冠梁法: 最简单的拱梁分载法,可采用拱冠梁作为所有悬臂梁的代表与许多拱圈组成拱梁系统,按拱、梁交点径向线变位一致的条件来建立变形协调方程, 并进行荷载分配, 可大大减少工作量。
拱冠梁法的主要步骤是:①选定若干拱圈,分别计算各拱圈拱顶以及拱冠梁与各拱圈交点在单位径向荷载作用下的变位,这些变位称为―单位变位‖;②根据各共轭点拱、梁径向变位协调的关系以及各点荷载之和应等于总荷载强度的要求建立变位协调方程组;③将上述方程组联立求解,得出各点的荷载分配;④根据求届的荷载分配值,分别计算拱冠梁和各拱圈的内力和应力。
1、基本算式如图3.13所示,将拱坝从坝顶到坝底划分为5–7层水平拱圈,拱圈各高1m,令各划分点的序号为自坝顶至坝底,各层拱圈之间取相等距离。
由拱冠梁和各层拱圈交点处径向变位一致的条件,可以列出方程组为式中,2,3…,,拱冠梁与水平拱交点的序号,即拱的层数;——单位荷载作用点的序号——作用在第层拱圈中面高程上总的水平径向荷载强度,包括水压力,泥沙压力等;——拱冠梁在第层拱高程上所分配到的水平径向荷载,为未知数;()——第层拱圈所分配的水平径向均布荷载强度;——梁在点所分配到的荷载强度;——梁上点的单位荷载所引起点的径向变位,称为梁的―单位变位‖。
大型坝体结构的应力分析与设计引言:大型坝体结构是水利工程中的重要组成部分,也是保障人们生产生活用水的重要策略。
在坝体结构设计中,应力分析是至关重要的环节。
本文将探讨大型坝体结构的应力分析与设计。
一、坝体结构的分类根据坝体材料和结构形式的不同,坝体结构可分为重力坝、拱坝、引力坝和填土坝等几种类型。
不同类型的坝体结构在力学特性及受力条件上存在差异,因此应力分析与设计也有所不同。
二、应力分析的基本原理坝体结构受到各种内外力的作用,主要包括水压力、浸渍力、温差应力、地震力以及重力等。
在应力分析中,需要考虑这些力的大小和方向,并计算出坝体结构的应力分布情况,以确保其稳定性和安全性。
三、材料力学参数的确定在应力分析与设计中,材料力学参数的确定是非常重要的。
常用的参数包括杨氏模量、泊松比、拉伸强度、抗压强度等。
这些参数需要通过试验或经验来确定,以保证所选取的材料能够满足工程要求。
四、应力分析的方法常用的应力分析方法包括解析方法和数值方法。
解析方法是基于数学模型和方程组的推导和求解,具有精确性和可靠性;而数值方法则是通过将坝体结构离散化为小单元,并应用数学模型和计算程序进行求解,具有较高的计算效率。
五、应力分布的计算和分析在应力分析中,需要计算和分析坝体结构的应力分布情况。
通常可以采用有限元分析等数值方法来求解复杂坝体结构的应力分布。
通过分析应力分布情况,可以评估结构的稳定性,并作出合理的修正和优化设计。
六、应力分析的结果与设计优化应力分析的结果对于坝体结构的设计优化非常重要。
通过分析结果,可以判断结构的强度和稳定性是否满足要求,并作出合理的调整和改进。
在设计优化中,需要综合考虑结构的安全性、经济性和实用性等因素。
七、结构施工与监测应力分析与设计只是坝体结构的一部分,施工与监测也同样重要。
在施工中,需要根据设计要求进行施工工艺选择,并对结构的质量进行严格控制。
同时,还需要设置合理的监测系统,及时获取结构的变形和应力信息,以便及时采取措施保障结构的安全。
拱坝的应力分析方法
拱坝的应力分析方法可以采用静力计算和有限元分析两种方法。
1. 静力计算方法:该方法通过建立拱坝结构的静力平衡方程来计算拱坝内部的应力分布。
首先确定坝体的几何形状和材料性质,然后根据坝体的水力和动力荷载计算出坝体上各处的受力情况,最后通过静力平衡方程计算出拱坝各点的应力值。
2. 有限元分析方法:该方法利用有限元理论和计算机数值计算方法,将拱坝结构划分为有限个单元,然后通过求解这些单元的力学方程,得出拱坝结构的应力和变形情况。
该方法可以考虑边界约束、非线性材料特性以及水土耦合效应等因素,对于复杂的拱坝结构分析更加准确。
这些方法在拱坝设计和分析中广泛应用,可以帮助工程师评估拱坝的安全性和稳定性,优化设计方案,确保拱坝在使用过程中的正常工作。
简要说明拱坝应力计算的拱梁分载法的基本原理,并对比纯拱法、拱冠梁法、多拱梁分载法的区别。
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钢筋砼拱坝截面初拟尺寸计算计算方案1 采用C30砼砌石拱坝加固拟沿原拱坝上游面新建一钢筋砼拱坝,坝顶高程814.9m ,最大坝高20m ,坝顶中部有挑流堰,堰顶高程814.1m (计算时从堰顶高程算起),拱圈最大中心角108°,建基面高程794.1m ,该拱圈与原拱坝同圆心。
新建拱圈采用C30钢筋砼,热膨胀系数为1.0x10-5 1/℃,C30砼弹性模量3.0x104MPa ,抗压强度设计值为14.3MPa ,抗拉强度设计值为1.43MPa ,基岩弹性模量取1.4 x104MPa ,淤沙高程为800.7m ,浮容重为10KN/m 3,淤沙内摩擦角15°。
方案1-a :从溢流堰堰顶往下0~6.4m ,拱厚0.8m ;6.4m ~19.2m ,拱厚1.6m ,C30砼。
钢筋砼等效弹性模量3.076x104MPa (假设按柱最小配筋率%4.0=ρ,2级钢HRB335抗拉压强度设计值均为300MPa )断面图及基本参数断面 截面 分块高度 拱厚 拱中心半 半中心角 上游面与坝轴线图 编号 H(米) T(米) 径 R(米) FA(度) 之距 LL(米)0 / .8 37.4 59 .4 1 2.1 .8 37.4 43 .4 2 2.1 .8 37.4 38 .4 如图1 3 2.2 1.6 37.8 29 1.2 4 2.3 1.6 37.8 27 1.2 5 2.3 1.6 37.8 26 1.2 6 2.4 1.6 37.8 24 1.2 7 2.9 1.6 37.8 22 1.2 8 2.9 1.6 37.8 20 1.2输入变量水砂总荷载(千牛/米)砼热膨胀系数L= .00001 P( 0)= 0砼弹性模量EC= 30760000 P( 1)= 21.22基岩弹性模量EF= 14000000 P( 2)= 42.44淤砂浮容重RS= 10 P( 3)= 65.35淤砂摩擦角FS= 15 P( 4)= 88.84正常高水位HG= 814.1 P( 5)= 112.32坝顶高程HA= 814.1 P( 6)= 136.83建基面高程HI= 794.9 P( 7)= 183.88淤砂高程HZ= 800.7延长系数C1= .45梁与拱冠梁间的夹角F= 0水砂荷载引起的内力及变位悬臂梁应力(水、砂、自重、水重)千牛/米2弯矩(千牛-米) 切力(千牛) 上游面下游面M( 0)= 0.0 Q( 0)= 0.0 LS( 0)= 0.0 LX( 0)= 0.0M( 1)=-52.76 Q( 1)=-10.55 LS( 1)= 565.86 LX( 1)=-444.07 M( 2)=-167.98 Q( 2)=-18.41 LS( 2)= 1691.25 LX( 2)=-1479.23 M( 3)=-265.22 Q( 3)= 19.37 LS( 3)= 623.36 LX( 3)=-427.22 M( 4)=-432.07 Q( 4)= 26.31 LS( 4)= 1177.91 LX( 4)=-871.44 M( 5)=-515.92 Q( 5)= 95.48 LS( 5)= 1429.63 LX( 5)=-1012.76 M( 6)=-324.1 Q( 6)= 254 LS( 6)= 1037.65 LX( 6)=-505.58 M( 7)= 638.94 Q( 7)= 604.81 LS( 7)=-1149.88 LX( 7)= 1821.15拱梁分载(千牛/米)分载图水砂荷载拱分载扭分载梁分载P= 0 PD= 31.26 PH= 0 PF=-31.2721.22 35.58 2.4 -16.7642.44 37.58 1.47 3.38如图2 88.84 70.51 3.1 15.22112.32 59.77 4.12 48.43136.83 43.1 2.82 90.9183.88 16.64 1.69 165.54拱冠应力(千牛/米2)拱冠梁径向变位(厘米) 上游面下游面R= .33 GS( 1)= 1577.4 GX( 1)= 1372.6.37 GS( 2)= 1899.8 GX( 2)= 1444.7.39 GS( 3)= 2069.8 GX( 3)= 1450.9如图3 .38 GS( 4)= 2649.8 GX( 4)= 673.1.35 GS( 5)= 2533 GX( 5)= 472.29 GS( 6)= 2174.1 GX( 6)= 326.2.2 GS( 7)= 1602.5 GX( 7)= 115.6.07 GS( 8)= 627.3 GX( 8)=-8.1拱座应力(千牛/米2) 拱座作用力上游面下游面轴向力(千牛) 弯矩(千牛-米) 剪力ZS( 1)= 1282.13 ZX( 1)= 1670.07 HA( 1)= 1180.88 MA( 1)=-20.7 V A( 1)=-1.5 ZS( 2)= 1232.47 ZX( 2)= 2116.89 HA( 2)= 1339.74 MA( 2)=-47.17 V A( 2)=-4.85 ZS( 3)= 1158.33 ZX( 3)= 2368.93 HA( 3)= 1410.9 MA( 3)=-64.57 V A( 3)=-7.58 ZS( 4)=-269.21 ZX( 4)= 3633.66 HA( 4)= 2691.57 MA( 4)=-832.62 V A( 4)=-128.31 ZS( 5)=-513.83 ZX( 5)= 3562.23 HA( 5)= 2438.72 MA( 5)=-869.56 V A( 5)=-144.27 ZS( 6)=-559.27 ZX( 6)= 3098.44 HA( 6)= 2031.34 MA( 6)=-780.32 V A( 6)=-134.59 ZS( 7)=-599.12 ZX( 7)= 2348.56 HA( 7)= 1399.56 MA( 7)=-628.84 V A( 7)=-117.75 ZS( 8)=-314.4 ZX( 8)= 947.06 HA( 8)= 506.13 MA( 8)=-269.12 V A( 8)=-55.08温度荷载引起的内力及变位悬臂梁应力(温度)弯矩(千牛-米) 切力(千牛) 上游面下游面M( 0)= 0.0 Q( 0)= 0.0 LS( 0)= 0.0 LX( 0)= 0.0 CT( 1)=-3450.41 M( 1)=-19.67 Q( 1)= 67.68 LS( 1)= 184.36 LX( 1)=-184.37 CT( 2)=-3450.41 M( 2)=-53.8 Q( 2)= 61.8 LS( 2)= 504.37 LX( 2)=-504.38 CT( 3)=-3450.41 M( 3)=-29.97 Q( 3)= 127.8 LS( 3)= 70.22 LX( 3)=-70.23 CT( 4)=-2897.24 M( 4)=-106.18 Q( 4)= 131.09 LS( 4)= 248.84 LX( 4)=-248.85 CT( 5)=-2897.24 M( 5)=-91.79 Q( 5)= 176.46 LS( 5)= 215.12 LX( 5)=-215.13 CT( 6)=-2897.24 M( 6)= 161.72 Q( 6)= 285.85 LS( 6)=-379.06 LX( 6)= 379.05 CT( 7)=-2897.24 M( 7)= 1001.19 Q( 7)= 503.19 LS( 7)=-2346.55 LX( 7)= 2346.54 CT( 8)=-2897.24拱梁分载(千牛/米)分载图温度当量荷载拱分载扭分载梁分载P= 73.02 PD= 81.58 PH= 0 PF=-8.5773.02 75.82 2.89 -5.7120.09 121.29 6.5 -7.72如图4 120.09 100.36 2.21 17.51120.09 76.09 2.33 41.65120.09 49.4 .49 70.19120.09 17.13 -1.25 104.2拱冠应力(千牛/米2)梁径向变位 上 游 面 下 游 面R= .87 GS( 1)= 4116.6 GX( 1)= 3582.8 GS( 2)= 4048.6 GX( 2)= 3078.8.72 GS( 3)= 3751 GX( 3)= 2629.3如图5 .61 GS( 4)= 4244.5 GX( 4)= 1078.1.5 GS( 5)= 3605.3 GX( 5)= 671.9.37 GS( 6)= 2767.7 GX( 6)= 415.3.23 GS( 7)= 1836.6 GX( 7)= 132.5.07 GS( 8)= 645.6 GX( 8)=-8.3拱座应力(千牛/米2) 拱 座 作 用 力上 游 面 下 游 面 轴向力(千牛) 弯矩(千牛-米) 剪 力ZS( 1)= 3345.93 ZX( 1)= 4358.33 HA( 1)= 3081.7 MA( 1)=-54 V A( 1)=-3.9 ZS( 2)= 2626.46 ZX( 2)= 4511.22 HA( 2)= 2855.07 MA( 2)=-100.53 V A( 2)=-10.34 ZS( 3)= 2099.17 ZX( 3)= 4293.08 HA( 3)= 2556.9 MA( 3)=-117.01 V A( 3)=-13.74 ZS( 4)=-431.21 ZX( 4)= 5820.35 HA( 4)= 4311.32 MA( 4)=-1333.67 V A( 4)=-205.53 ZS( 5)=-731.36 ZX( 5)= 5070.33 HA( 5)= 3471.18 MA( 5)=-1237.7 V A( 5)=-205.35 ZS( 6)=-711.99 ZX( 6)= 3944.52 HA( 6)= 2586.03 MA( 6)=-993.39 V A( 6)=-171.34 ZS( 7)=-686.65 ZX( 7)= 2691.69 HA( 7)= 1604.04 MA( 7)=-720.72 V A( 7)=-134.95 ZS( 8)=-323.58 ZX( 8)= 974.73 HA( 8)= 520.92 MA( 8)=-276.98 V A( 8)=-56.69最大压应力MPa MPa 571.85.3/30454.9'max =>=σ,发生在第4拱圈拱座下游面,不满足要求。
混凝土大坝的拱坝应力和应变规定
混凝土大坝的拱坝应力和应变规定是非常重要的,制定规定才能更好的了解实际情况并解决问题,每个细节的处理都非常关键。
建筑物本店铺就混凝土大坝的拱坝应力和应变规定和大家说明一下。
1.根据拱坝坝高、体形、坝体结构及地质条件,可在拱冠、1/4拱弧处选择铅直观测断面1~3个,在不同高程上选择水乎观测截面3~5个。
2.在薄拱坝的观测截面上,靠上、下游坝面附近应各布置一个测点,应变计组的主乎面应平行于坝面。
3.在厚拱坝或重力拱坝的观测截面上,应布置2~3个测点。
拱坝设有纵缝时,测点可多于3点。
4.观测截面应力分布的应变计组距坝面不小于1m。
测点距基岩开挖面应大于5m,必要时可在混凝土与基岩结合面附近布置测点。
5.拱座附近的应变计组数量和方向应满足观测平行拱座基岩面的剪应力和拱推力的需要,在供推力方向还可布置压应力计。
6.坝踵、坝趾及表面应力和应变监测的布置要求与重力坝相同。
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