坝后背管结构力学弹性中心法的应用

拱坝稳定分析方法总结与探讨彭小川，陆晓敏河海大学土木工程学院，南京（210098）E-mail：pengxiaochuan003@摘要：拱坝的稳定性分析中,有几种常用的分析方法。

本文概述了几种常用分析方法的特点以及应用范围，并对其中一些方法存在的问题进行了总结。

对拱坝稳定性分析方法的发展方向进行了探讨。

关键词：拱坝稳定，坝肩稳定，上滑稳定，发展趋势拱坝是一种重要的坝型，人类修建拱坝具有悠久的历史。

最早起源于古罗马时代的欧洲，早期的拱坝已经开始利用拱的传力作用，对拱的作用有了很深刻的认识。

二十一世纪内，根据我国西部开发的战略部署和能源发展的长远规划，在黄河中上游、大西南和红水河流域等广阔西部地区，将要兴建许多高、大、薄型拱坝，其中有些拱坝堪称世界之最。

我国目前在建的和设计中的高拱坝有小湾（292m）、拉西瓦（250m）、溪洛渡（273m）、锦屏一级（303m）、白鹤滩（275m）、虎跳峡（278m）等[1]。

这些高拱坝在我们国民经济的发展中起到非常重要的作用。

一旦出现失事问题后果非常严重，所以高拱坝的稳定分析问题变的非常重要。

1. 拱坝坝肩稳定分析的研究方法我们从拱坝的受力特点可以看出，拱坝是一个三面受岩体约束的高次超静定的壳体结构。

当承受水压力等外荷载时，借助拱的作用，拱坝把大部分的库水压力以水平推力方式传至坝端两岸岩体，少部分荷载靠悬臂梁作用传递给地基[2]。

因此，拱坝的稳定性主要是依靠坝肩岩体来维持，坝肩岩体的稳定直接关系到拱坝的正常运行与安全。

所以说坝肩失稳问题在拱坝的安全问题上占有重要的地位[3]。

国内外对坝肩稳定性的研究方法和手段还在不断的发展和完善。

归纳起来有如下方法：1.1稳定性分析方法1.1.1刚体极限平衡法刚体极限平衡法是一种传统的，较成熟的稳定分析方法，也是规范规定采用的方法[4]。

具体方法是将有滑动趋势范围内的边坡岩体按照某种规则划分为一个个小块体，通过块体的平衡建立整个边坡的平衡方程。

水坝工程的设计原理与力学分析水坝是一种人工构筑物，用于阻挡水流，以储存水源、调节水位及供水、发电等目的。

水坝工程设计和力学分析是保证水坝安全稳定运行的重要环节。

本文将介绍水坝工程的设计原理和力学分析的基本概念和方法。

1. 水坝工程设计原理水坝工程设计的原理主要包括以下几个方面：1.1 形状设计原理水坝的形状设计直接关系到水坝的稳定性和安全性。

通常，水坝的形状应该能够承受水压及其他负荷，并能够抵抗侧向力。

一般情况下，高坝的上游面应该较陡峭，以减少水压力；而下游面则应该较平缓，以增加对侧向力的抵抗能力。

1.2 基础设计原理水坝所靠的基础是承受水压和其他荷载的关键，因此基础的设计原则非常重要。

一般来说，基础应该有足够的承载力和稳定性。

基础的选择和设计应该考虑地质条件、坝体的重量和荷载，以及周围地面的压力等因素。

1.3 排水设计原理水坝排水设计是为了保证坝体内的水分从合适位置排出，以避免对坝体和地基的不利影响。

排水设计应该考虑到坝体内部的渗流、冲刷和泥浆流动等问题，并采取合适的措施来保持坝体的稳定性。

2. 水坝工程的力学分析水坝工程中的力学分析主要包括静力学和动力学两方面。

静力学分析主要是为了确定水坝在静止状态下的应力和变形情况；动力学分析则是为了研究水坝在波浪冲击、地震等动载荷作用下的响应。

2.1 静力学分析静力学分析是水坝工程设计的基础。

通过静力学分析可以确定水压、重力和地震等因素对水坝的荷载作用以及水坝内部应力和变形的情况。

通过静力平衡计算，可以确定水坝的稳定性和安全性。

2.2 动力学分析动力学分析是在静力学分析的基础上，考虑水坝在动态载荷作用下的响应。

动力学分析需要考虑到水波的传播和波浪冲击的力学特性，以及地震时水坝的振动和应力集中等问题。

动力学分析的结果可以为水坝的抗震设计提供依据。

总之，水坝工程的设计原理和力学分析是确保水坝安全稳定运行的重要环节。

形状设计、基础设计和排水设计是水坝工程设计的基本原则；静力学和动力学分析则是水坝工程力学分析的关键内容。

谈管道应力分析在工程中的应用随着化工和制药行业投资的大量展开，人们对工厂设计、工厂运行提出了更高的质量要求，管道应力分析越来越受到设计单位和投资方的重视，尤其在一些外资投资项目和国家重点工程中，都明确要求设计单位提供管道应力分析计算书。

管道应力分析是管道工程设计的基础，是装置正常、安全运行的重要保障。

标签：管道；管道应力分析；应力分析；工程一、引言在管道设计中，管道應力分析对能否安全生产、优化设计、节约材料、节省项目投资越发显现出重大的影响作用。

在压力容器的设计中，通常以一定的标准和规范作为依据，对于各种荷载要进行严格的计算，在安全上等同于压力容器的压力管道的强度问题、柔度问题也就非常重要，如果设计不当会引发生产事故，其核心原因在对于压力管道缺乏严格的力学计算。

在工程设计中，管道应力分析主要解决管道的强度、刚度、振动等问题，为管道布置、安装、配置，即进行管道设计，提供科学依据。

对与整个工程而言，其重要性主要体现在以下方面。

（一）保证装置运行的安全性管道布置不合理，将会使整个装置运行中存在安全隐患，例如由于管道热应力而导致的管架被推坏，设备管口被撕裂或被顶坏，弯头、三通等焊缝处裂缝以及法兰泄漏的现象时有发生，严重者还会引起爆炸或燃烧。

而如果管系固有频率与震源的激振相同则整个装置系统将发生共振，对建筑物和设备造成损坏。

上述现象都属于管道应力问题，在一些化工厂中由于管道应力而出现事故也时有发生，严重时还将引起人员伤亡。

为此对于易发生上述现象的管道或管系需进行应力分析，通过应力分析可以保证其具有较好的柔性，同时对于一些易产生振动的管道，通过合理布置使其振动频率措开震源的激振频率，避免共振，最终保证整个装置安全稳定的运行。

（二）减少工程投资管道应力分析尤其是通过计算软件分析，不但可以保证系统装置的安全运行，而且由于应力分析是通过计算软件来进行，因此数据精准，结果可靠，用其辅助配管设计，可以减少不必要的工程投资。

弹性中心法求解超静定拱范坤杰（哈尔滨工业大学（威海）土木工程系，山东 威海 264200）摘 要：对弹性中心法进行了简述与介绍，并详细分析了其简化的原理以及一般运用计算的过程。

关键词：弹性中心法，超静定拱，力法，内力求算，简化过程拱结构在工程中的应用极为泛，桥梁工程方面，有闻名遐迩的赵州石拱桥；建筑工程方面，诸如比萨大教堂，圣彼得大教堂等著名建筑也都在不同程度上采用了拱结构。

时至今日，双曲拱桥，落地式拱顶结构，带拉杆式的拱式屋架等现代拱式结构已被大量运用于土木工程之中。

超静定拱绝大部分是无铰拱或是两铰拱。

两铰拱是一次超静定结构，求解时通常只需解除一水平约束，用力法一般步骤进行计算即可，只是由于拱是曲杆，在计算位移11δ，1P ∆时不能使用图乘法，必须进行积分，从而增大了计算量。

而无铰拱却是三次超静定结构，若采用普通的力法解题方案，解除三个约束，列出三元一次方程组进行求解，则计算量过于繁杂，正确性很难保证。

为此，力学专家们对无铰拱的计算进行了两部分简化，一是利用结构对称性的简化，二是利用刚臂的简化，最终形成了一种相对更简便清晰的方法——弹性中心法。

弹性中心法是力法的一种简化计算方法，它适用于对称无铰拱，对称封闭刚架和封闭环形结构的计算。

其基本思路：对以上适用的三种结构，首先选用对称的基本结构，同时将荷载分解成对称和反对称两组，并建立相应的求解多余未知力的力法联立方程；通过增加刚臂并调整刚臂的长度，使力法方程中的副系数等于0，从而将求解联立方程的问题转化为求解若干个独立方程的问题。

1 简化过程1．1利用结构对称性无铰拱为对称结构，在拱顶将其截开，如图1所示，以拱顶处弯矩1X 、轴力2X 和剪力3X 为多余未知力。

由于1X 与2X 为对称未知力，3X 为反对称未知力，则31δ=13δ=0，23δ=32δ=0。

由此消掉4个位移量，实现了方程组（a ）到方程组（b ）的转换。

（a ）111122133121122223323113223333+++=0+++=0+++=0P P P X X X X X X X X X δδδδδδδδδ∆∆∆（b ）111122121122223333++=0++=0+=0P P P X X X X X δδδδδ∆∆∆图1：1．2利用刚臂为使方程组进一步简化，考虑消掉12δ，21δ这两个位移量。

重⼒坝稳定分析⽅法及提⾼坝体抗滑稳定的⼯程措施重⼒坝的稳定性汪祥胜3008205112（46）前⾔：重⼒坝是世界出现最早的⼀种坝型，早在2900年前在埃及就出现了最早的重⼒挡⽔坝。

随着我国重⼒坝建设的繁荣，数量的增多和⾼度的不断提升，使得对稳定分析有着重要的理论和实践意义。

⼤坝的稳定性直接关系到⼤坝安全性和⼈民群众的⽣命财产息息相关，⽽此次实习的三峡和向家坝皆是重⼒坝的代表杰作，通过实习定能从深层次上了解有关⼤坝稳定性的相关问题，包括什么是重⼒坝，重⼒坝稳定的意义，其稳定性分析⽅法和提⾼坝体抗滑稳定性的⼯程措施及在实际中的应⽤情况和应注意的问题。

⼀．什么是重⼒坝1.重⼒坝是由砼或浆砌⽯修筑的⼤体积档⽔建筑物，其基本剖⾯是直⾓三⾓形，整体是由若⼲坝段组成。

重⼒坝在⽔压⼒及其他荷载作⽤下，主要依靠坝体⾃重产⽣的抗滑⼒来满⾜稳定要求;同时依靠坝体⾃重产⽣的压⼒来抵消由于⽔压⼒所引起的拉应⼒以满⾜强度要求。

2.优缺点：重⼒坝优点：重⼒坝之所以得到⼴泛应⽤,是由于有以下优点：①相对安全可靠,耐久性好，抵抗渗漏、洪⽔漫溢、地震和战争破坏能⼒都⽐较强；②设计、施⼯技术简单，易于机械化施⼯；③对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河⾕都能修建重⼒坝，对地基条件要求相对地说不太⾼；④在坝体中可布置引⽔、泄⽔孔⼝，解决发电、泄洪和施⼯导流等问题。

重⼒坝缺点：①坝体应⼒较低，材料强度不能充分发挥；②坝体体积⼤，耗⽤⽔泥多；③施⼯期混凝⼟温度应⼒和收缩应⼒⼤，对温度控制要求⾼。

3.⼯作原理；重⼒坝在⽔压⼒及其它荷载作⽤下必需满⾜：A、稳定要求：主要依靠坝体⾃重产⽣的抗滑⼒来满⾜。

B、强度要求：依靠坝体⾃重产⽣的压应⼒来抵消由于⽔压⼒所引起的拉应⼒来满⾜。

4.重⼒坝类型：重⼒坝按筑坝材料的不同分为:混凝⼟重⼒坝和浆砌⽯重⼒坝。

重⼒坝按其结构形式分为:①实体重⼒坝;②宽缝重⼒坝；③空腹重⼒坝。

重⼒坝按泄⽔条件可分为⾮溢流坝和溢流坝两种剖⾯。

用弹性力学理论分析合理拱轴线胡文亚1，齐永正2（1. 中铁四局集团一公司，安徽合肥230041; 2. 合肥工业大学土木建筑工程学院，安徽合肥230009）摘要：本文从弹性力学的角度用极坐标应力函数法求解出了无铰圆拱在径向均布荷载作用下不考虑荷载引起的轴向变形情况的应力及内力弹性解，从而证明了结构力学中拱在径向均布荷载作用下，合理轴线为圆弧，轴力为常数的结论是合理的；文章最后讨论了超静定圆拱在径向均布荷载下考虑轴向变形的弹性计算方法。

关键词：应力函数法；圆拱；径向均布荷载；轴向变形；弹性解；合理拱轴线Analysis of appropriate axis of arches usingMechanical Theory of ElasticityHU Wen-ya1，QI Yong-zheng2(1. The 1st engineering Co., Ltd of China Tisiju Civil Engineering Group, Hefei 230041, China; 2. School of CivilEngineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)Abstract:In the paper, accurate stress and internal force elastic solutions of fixed-supported circular arch carrying a radial-uniform-load are obtained without considering axial deformation effects by stress functional method under the point of view on mechanics of elasticity, which prove that the results in the mechanics of structure that appropriate axis of arches carrying a radial-uniform-load is arc, and axial forces is constant, are accurate and efficient. Finally elastic calculation method of statically indeterminate arches carrying a radial-uniform-load are discussed when axial deformation effects are taken into account.Key words: stress functional method; circular arch; radial-uniform-load; axial deformation; elastic solutions; appropriate axis of arches0 引言结构力学教材[1]及大量文章[5~6]用结构力学的方法推导了拱在各种荷载作用下的合理轴线的曲线方程。

坝体与背管结构相互作用分析
石广斌;牛天武;冯兴中;李宁
【期刊名称】《长江科学院院报》
【年(卷),期】2004(021)006
【摘要】基于李家峡坝体径向变位观测资料,用三维非线性有限元分析坝体与坝后背管结构的相互作用.结果表明:坝体变位使背管上弯段附近外包混凝土产生0.0～2.33 MPa的轴向拉应力,使管腰产生0.2～3.1 MPa的剪应力,使背管与坝体接缝面产生0.05～1.20 MPa的剪应力;背管对坝体有很小的支撑作用,管内内水压力使坝体有向下游变形的趋势,但对坝体应力的影响不大.因此,坝体变位和管内内水压力分别是背管产生轴向拉应力和环向拉应力的主要因素.
【总页数】4页(P31-33,37)
【作者】石广斌;牛天武;冯兴中;李宁
【作者单位】西安理工大学,陕西,西安,710065;西北勘测设计研究院,陕西,西
安,710042;西北勘测设计研究院,陕西,西安,710042;西北勘测设计研究院,陕西,西安,710042;西安理工大学,陕西,西安,710065
【正文语种】中文
【中图分类】TV331;TV37
【相关文献】
1.钢纤维混凝土背管结构模型试验研究 [J], 黄薇;段亚辉
2.模拟拱坝坝体-库水相互作用的振动台动力模型试验研究 [J], 杜玉涛;乐斌;朱彤;
刘文俊
3.坝体变位和内水压力对坝后背管结构应力的影响 [J], 石广斌;冯兴中;安盛勋;李宁
4.钢衬钢纤维混凝土背管结构研究 [J], 陈进;黄薇
5.基于药物相互作用软件筛选的地高辛相互作用分析 [J], 叶东旭;顾智淳;刘晓琰;沈珑
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

文章编号:055929342(2003)0920031204坝后背管结构力学弹性中心法的应用蒋　锁　红(西北勘测设计研究院,陕西西安710065)关键词:坝后背管;结构计算;弹性中心法;水电站摘　要:简要介绍了坝后背管结构力学弹性中心法,并利用结构力学弹性中心法对国内外已建坝后背管工程和地面外包混凝土钢管工程进行结构分析和配筋优化。

分析发现,坝后背管外包混凝土的外圈钢筋应力大于内圈钢筋应力和钢管应力,外包混凝土厚度设计基本合理,但在钢筋布置上值得进一步优化。

结构力学弹性中心法计算结果可靠,方法简便。

Application of the elasticity center method of structure mech anics for penstock laid on the dow nstream face of d amJiang Suo2hong(N orthw est I nvestigation,Design and R esearch I nstitute,Xi’an Sh aanxi710065) K ey Words:penstock laid on the downstream face of dam,structure calculate,elasticity center method,hydraulic power plant Abstract:This paper briefly introduces the elasticity center method of structure mechanics for the penstock laid on downstream face of dam1Then using the method to calculate the built projects with penstock laid on downstream face of dam and laid on rock slope1 It is found that the stresses of outer steel bar are bigger than those of steel penstock and inner steel bar in rein forced concrete around the steel penstock1The thickness of concrete around the steel penstock is reas onable basically,but the arrangement of steel bars needs to be optimized in order to reduce the stresses of outer steel bar1It showed that the results of elasticity center method of structure mechanics for calculating the penstock on the downstream face of dam are credibility and this method is simple1中图分类号:T V31;T V73214 文献标识码:B坝后背管在结构分析时,一般按平面应变问题进行简化计算。

稳定性设计在拦河坝工程中的应用研究拦河坝是一种常见的水利工程，它在河道中起到阻拦和调节水流、遏制泥沙和保持稳定河道的作用。

拦河坝的稳定性设计是确保其能够承受流水和其他外力作用的重要因素。

本文将探讨稳定性设计在拦河坝工程中的应用，并介绍常用的稳定性设计方法和考虑因素。

稳定性设计在拦河坝工程中的应用主要包括以下几个方面：1. 坝体稳定性设计：拦河坝的坝体是承受水流和其他外部力量的主要部分，因此坝体的稳定性设计至关重要。

在设计过程中，需要考虑到坝体的重力、水压力、土壤的抗剪强度等因素，以确保坝体能够稳定地抵御水流的冲刷和侧向力的影响。

常用的稳定性设计方法包括数值模拟分析、稳定性分析以及坝体的加固措施等。

2. 坝基稳定性设计：坝基是拦河坝的基础，对坝体的稳定性起着至关重要的作用。

在坝基稳定性设计中，需要考虑到坝基土壤的承载力、水平位移、地震力等因素。

通过合理的坝基处理和加固措施，可以确保坝体和坝基的整体稳定性。

3. 波浪冲刷和坝体侧浸的稳定性设计：在水流的冲刷和侵蚀下，坝体的稳定性会受到严重威胁。

因此，在设计中需要考虑到波浪的能量、冲刷的速度和土壤的抗冲刷能力等因素。

通过采用适当的坝体形状、坝面保护措施和防波浪设施，可以有效地降低波浪对坝体的冲刷和侵蚀。

稳定性设计中需要考虑的因素包括以下几个方面：1. 地质勘探与土壤力学参数：地质勘探是稳定性设计的重要前提，通过对地质条件的详细调查和土壤力学参数的测试，可以准确评估坝体和坝基的稳定性。

在地质勘探中，需要对地质体的层位、倾向、倾角、岩性等进行详细描述，同时还需要测试土壤的密实度、含水率、抗剪强度等参数。

2. 水动力计算与分析：水动力是拦河坝工程中一个重要的因素，对坝体稳定性产生很大的影响。

在稳定性设计中，需要对水流的流量、速度、压力等进行详细的计算和分析，以确定对坝体的冲刷和侵蚀程度。

3. 结构力学分析与加固措施：在稳定性设计中，需要进行结构力学分析，以评估坝体和坝基所承受的外力和内力。

水利工程中坝体建筑加固设计技术水利工程中的坝体建筑加固设计技术是在坝体建筑物结构发生破坏或损伤时进行的，通过加固设计，使坝体建筑物的结构不仅能够恢复到原来的稳定状态，而且还能满足当前和未来的使用要求。

流域发展和水资源利用规划的需要，使得坝体建筑物的加固成为水力工程中十分重要的问题。

坝体建筑物的运用年限长，其运行状态和使用环境也随之变化，加上多种因素的作用，坝体建筑物的结构可能发生破坏和损伤。

因此对坝体建筑物进行加固设计对于保护坝体建筑物的安全运行、延长使用寿命具有重要意义。

坝体建筑物加固设计技术可分为静力加固、动力加固和地基加固三大类。

静力加固：静力加固是指通过受力分析，选取适宜的加固材料和拉束进行加固设计。

静力加固可分为以下几种形式：（1）桥式梁支撑加固：这种加固方法是在建造坝体建筑物时在冲洗管或别的位置布设支撑脚手架，或者是在面对峭壁时设置特殊支撑装置，以减小水平荷载和扭矩对坝体建筑物的影响，增加其强度和稳定性。

（2）钢筋网加固：这种加固方法是在坝体建筑物表面固定一层钢筋网，然后在网格中央布置新钢筋，进行混凝土二次浇注，以增加坝体建筑物的强度和稳定性。

（3）包覆加固：这种加固方法是在已损伤的坝体建筑物表面覆盖一层铝板或者金属板进行加固。

该方法适用于已损伤的表面荷载状态不太大的坝体建筑物。

（4）带约束加固：这种加固方法直接把受力和约束协同起来来增强坝体建筑物结构的强度和稳定性。

动力加固：动力加固是指通过机械振动和冲击的作用，在原有坝体建筑物周围产生同轴轻微的震动方向，降低坝体建筑物的内部应力，使其达到均匀化。

动力加固可分为以下几种形式：（1）混凝土坝动力加固：混凝土坝动力加固可以堆积坝的结构松散、粗糙、破损部位进行加固。

该方法需要在建设或维修坝体建筑物之前对坝体建筑物进行充分的动力分析和计算，然后针对不同的力学性质选择相应的振动波形、频率、幅度等参数。

（2）石质坝动力加固：石质坝由于其建造方法和物料的不同成分，使得其动力加固方法也有很大的区别。

层状地基中埋管地基阻抗函数的分析方法
蒋通;宋晓星
【期刊名称】《力学季刊》
【年(卷),期】2009(0)2
【摘要】本文首先利用波函数展开法推导了弹性半空间中埋管的地基轴向阻抗函数计算公式。

然后采用层状地基中无限长线激振荷载薄层法基本位移解,结合容积法求解了层状地基中埋管的地基轴向、垂直及水平阻抗函数。

分别用两种方法计算了弹性全空间、弹性半空间地基内埋管的地基轴向阻抗函数,两者的计算结果符合良好,验证了用薄层法求解的可行性。

本文还利用薄层法分析了弹性半空间内埋管的埋深对地基水平、垂直及轴向阻抗函数的影响;计算了弹性半空间内埋管的轴向刚度系数并与我国及日本的相关规范对比分析;计算分析了上海典型层状地基内地铁隧道的地基阻抗函数。

【总页数】7页(P243-249)
【关键词】薄层法;容积法;埋管;阻抗函数;波函数展开法;弹性波散射
【作者】蒋通;宋晓星
【作者单位】同济大学结构工程与防灾研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TU473.1
【相关文献】
1.层状地基中埋置管道动力阻抗函数的分析方法 [J], 张海廷;杨林青;郭芳
2.用薄层法分析层状地基中条形基础的阻抗函数 [J], 蒋通;宋晓星
3.层状地基中混合桩型复合地基的分析方法 [J], 梁发云;陈龙珠;李镜培
4.层状地基上块式基础地基阻抗函数简化计算方法 [J], 张剑寒;蒋通
5.用薄层法分析层状地基中各种基础的阻抗函数 [J], 蒋通;程昌熟
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。