第四節(jié)重力壩的應(yīng)力分析第一頁，共十九頁，2022年，8月28日目的：1、為了檢驗大壩在施工期和運用期是否滿足強度要求；2、為解決設(shè)計和施工中的某些問題，如砼分區(qū)，某些部位的配筋等提供依據(jù)。應(yīng)力分析的過程：1、進(jìn)行荷載計算及荷載組合2、選擇合適的方法進(jìn)行應(yīng)力計算3、檢驗大壩各部位的應(yīng)力是否滿足強度要求第四節(jié)重力壩的應(yīng)力分析第二頁，共十九頁，2022年，8月28日一、應(yīng)力分析方法 理論計算和模型試驗法 理論計算方法主要有材料力學(xué)法和有限元法

對于中、低壩，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較簡單時，可按材料力學(xué)方法計算壩體的應(yīng)力，有時可只計算壩體的邊緣應(yīng)力。二、應(yīng)力分析內(nèi)容確定計算工況；選擇計算方法；確定計算截面；計算選定截面上的應(yīng)力、削弱部位（如孔洞、泄水管道部位等）的局部應(yīng)力、個別部位（如寬縫重力壩的頭部、閘墩、導(dǎo)墻等）的應(yīng)力等步驟，必要時分析壩基的上、下游局部應(yīng)力及內(nèi)部應(yīng)力。第四節(jié)重力壩的應(yīng)力分析第三頁，共十九頁，2022年，8月28日（一）基本假定 1、壩體砼為均質(zhì)，連續(xù)各向同性的彈性材料。 2、取單寬壩體作為固結(jié)在地基上的懸臂梁計算，且不受兩側(cè)壩體的影響。 3、水平斷面上的垂直正應(yīng)力σy是直線分布。（二）**邊緣應(yīng)力的計算 1、水平截面上的正應(yīng)力σyu、σyd。

2、剪應(yīng)力τu和τd。

3、水平正應(yīng)力σxu和σxd。

4、主應(yīng)力σ1u，σ2u和σ1d，σ2d。三、材料力學(xué)方法第四頁，共十九頁，2022年，8月28日1、水平截面上的正應(yīng)力σyu、σyd。根據(jù)偏心受壓公式，壩體上下游邊緣垂直正應(yīng)力：第五頁，共十九頁，2022年，8月28日2、剪應(yīng)力

由上游微分體的平衡條件得：

第六頁，共十九頁，2022年，8月28日3、水平正應(yīng)力

已知、，由上游微分體的平衡條件得：第七頁，共十九頁，2022年，8月28日4、邊緣主應(yīng)力由于兩個主應(yīng)力面互相正交，由微分體的平衡條件第八頁，共十九頁，2022年，8月28日第四節(jié)重力壩的應(yīng)力分析（三）內(nèi)部應(yīng)力的計算 1、壩內(nèi)水平截面上的正應(yīng)力σy假定σy在水平截面上直線分布。第九頁，共十九頁，2022年，8月28日壩體內(nèi)部應(yīng)力計算圖第十頁，共十九頁，2022年，8月28日（三）內(nèi)部應(yīng)力的計算2、壩體內(nèi)剪應(yīng)力τ。呈拋物線分布3、壩內(nèi)水平正應(yīng)力σx。呈三次分布接近直線，對中小型工程可近似假定σx呈直線分布4、壩內(nèi)主應(yīng)力σ1和σ2。(見課本P56式(3-48))第十一頁，共十九頁，2022年，8月28日(四)考慮揚壓力時的計算方法。1、邊緣應(yīng)力1)計算W和M計入揚壓力2)計算u、xu、d、xd時pu用pu-puu代入pd

用pd-pdd代入2、求解壩內(nèi)應(yīng)力可先不計揚壓力計算、x、y，然后再疊加由揚壓力引起的應(yīng)力第十二頁，共十九頁，2022年，8月28日 用材料力學(xué)分析壩體應(yīng)力時，重力壩設(shè)計規(guī)范規(guī)定的強度指標(biāo)。 (一)、壩基面的σy應(yīng)符合下列要求（1）運用期：在各種荷載組合下（地震荷載除外）（2）施工期 (二)、壩體應(yīng)力要求（1）運用期（2）施工期四、強度指標(biāo)第十三頁，共十九頁，2022年，8月28日壩體上、下游面拉應(yīng)力按正常使用極限狀態(tài)計算運用期壩踵垂直應(yīng)力不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力（計揚壓力），可按下式計算：1)運用期（長期組合）壩體上游面垂直拉應(yīng)力核算2)短期組合下游壩面的垂直拉應(yīng)力核算規(guī)范要求，壩踵和壩體上游面的垂直應(yīng)力的核算應(yīng)按作用的標(biāo)準(zhǔn)值分別計算作用的短期組合和長期組合。施工期屬短暫狀況，壩體下游面的垂直拉應(yīng)力應(yīng)不大于100kPa，其計算式為

第十四頁，共十九頁，2022年，8月28日第四節(jié)重力壩的應(yīng)力分析其他：壩體內(nèi)一般不容許出現(xiàn)主拉應(yīng)力，但以下情況例外：①寬縫重力壩離上游面較遠(yuǎn)的局部區(qū)域，可出現(xiàn)拉應(yīng)力，但不得超過混凝土的容許拉應(yīng)力；②當(dāng)溢流壩堰頂部位出現(xiàn)拉應(yīng)力時，可考慮配置鋼筋；③廊道及其它孔洞周邊的拉應(yīng)力區(qū)域，宜配置鋼筋，以承受拉應(yīng)力。

壩基的容許壓應(yīng)力是根據(jù)壩基巖石的室內(nèi)試驗，結(jié)合地基的具體情況而定。對于強度高，而節(jié)理、裂隙發(fā)育的基巖，其最大容許壓應(yīng)力可取試塊（通常為5×5×5cm3）的極限抗壓強度的1/20～1/15；對于中等強度的基巖可取1/10～1/20；對于均質(zhì)且裂縫甚少的弱基巖及半巖石地基可取1/5～1/10；對于風(fēng)化基巖，可按基巖風(fēng)化程度，將其容許壓應(yīng)力值降低25%～50%。

第十五頁，共十九頁，2022年，8月28日

壩體應(yīng)力的實際分布情況比較復(fù)雜，受很多因素影響。

1、地基變形模量對壩體應(yīng)力的影響五、各種因素對壩體應(yīng)力的影響第十六頁，共十九頁，2022年，8月28日2、地基變形彈模對壩體應(yīng)力的影響

3、壩體異彈模對壩體應(yīng)力的影響

4、縱縫對壩體應(yīng)力的影響

5、分期施工對壩體應(yīng)力的影響(見下圖)6、壩踵斷裂對壩體應(yīng)力的影響各種因素對壩體應(yīng)力的影響第十七頁，共十九頁，2022年，8月28日壩體主應(yīng)力分布示意圖第十八頁，共十九頁，2022年，8月28日作業(yè)2圖與荷載同作業(yè)1，砼強度等級C10，標(biāo)準(zhǔn)抗壓強度fkc=10MPa，壩基為較完整的微風(fēng)化花崗片麻巖，標(biāo)準(zhǔn)抗壓強度fkR=80MPa試核算基本組合的設(shè)計洪水位情況下(1)計算壩基