重力坝PPT演示课件

.,1,（2）剪应力u,1）上游边缘剪应力u,由上游坝面的微元体，Fy=0：,可得：,式中 Pu上游面水压力强度，kPa； n上游坝坡坡率， 。,.,2,.,3,2）下游边缘剪应力d,同理，由下游坝面的微分体，Fy=0，可得：,d下游面水压力强度kPa，,m下游坝坡坡率，,.,4,（3）水平正应力xu 、xd,1）上游边缘水平正应力xu,由上游坝面微分体，Fx0得：,可得：,同理，由下游坝面微分体，Fx0，可得：,2）下游边缘水平正应力xd,.,5,.,6,（4）主应力1u、2u、1d、2d,主应力面：剪应力0的面。第一主应力面与第二主应力面正交。,取微分体如图，由上游坝面微分体，,1）上游边缘1u、2u,根据平衡条件：Fy=0，可得：,见应力图,.,7,(340),.,8,点击返回,.,9,2）同理，由下游坝面微分体可以解出,由（340）式可以看出，当上游坝面倾向上游（坡率n0）时，即使yu0，只要yu Pusin2u，则 1u 0，即1u为拉应力。u愈大，主拉应力也愈大。因此，重力坝上游坡角u不宜太大，常把上游面做成铅直的。,.,10,在坝内取微元体，作用在微元体上的力如图所示： 由Fx=0，有：,3.内部应力,化简得：,（1）,.,11,由Fy=0，有：,c材料容重，kNm3。,化简得：,（1）,（2）,可得到：,（2）,.,12,以上方程组只有二个方程式，但有y、 x、三个未知数，因此，还需要补充一个条件。根据假定y按直线分布，且已知:,的边界条件，因此可先确定y，再确定x、。,（1）,（2）,最后可得到：,（3）,.,13,当x=0时，,当x=B时，,1坝内水平截面上的正应力y假定y在水平截面上按直线分布，即,（3）,.,14,2坝内水平截面上的剪应力将（3）式代入（2）式，积分后可以得出：,（4）,.,15,当x=0时，,令,坝内水平截面上的剪应力呈抛物线分布。,利用边界条件可以得出：,.,16,3坝内沿水平截面的水平正应力x,将式（4）代入式（1），经积分可以得出：,（5）,.,17,当x=0时，,令：,利用边界条件可以得出,沿水平截面的水平正应力x呈三次曲线分布。,.,18,公式中的系数可利用平衡方程及边界条件直接求得。,实际上，x的分布接近直线，因此，对中、小型工程可以简化，近似假定为直线分布:,.,19,4坝内主应力1和2求得任意点的x、y、以后，即可计算该点的主应力和第一主应力的方向。,以顺时针方向为正，当yx时，自竖直线量取；当yx 时，自水平线量取。,.,20,.考虑扬压力时的应力计算（1）求解边缘应力,先求出包括扬压力在内的W和M，再利用式（334）和式（335）计算，而、x和1、2可根据边缘微元体的平衡条件求得,.,21,1）以上游边缘为例，令uu为上游边缘的扬压力强度，由图3-23的关系则有：,由第（3）图的平衡条件可以求得：,.,22,由,，有,（11）,.,23,由,，有,（12）,.,24,2）其它情况以此类推令ud为下游边缘的扬压力强度，,由平衡条件可以得出,（2）,.,25,上、下游边缘主应力为,(2)求解坝内应力可先不计扬压力，算出各点的y、x和，然后再迭加由扬压力引起的应力。后者可参阅砼重力坝设计规范SDJ2178。,（3）,.,26,三、强度指标 采用材料力学方法时，（SL3192005）规定： 1.坝基面 y (1)运用期 在各种荷载组合下（地震荷载除外）： 坝踵 ymin0；（不出现拉应力） 坝趾 ymax【R压】。 【R压】基岩的允许压应力。 在地震荷载作用下，坝踵、坝趾的垂直应力应符合 SL203-97水工建筑物抗震设计规范的要求； (2)施工期 坝趾y0.1MPa（1kg/cm2） （拉应力）。,.,27,2坝体应力（1）运用期 坝体上游面pumin0，不出现拉应力 (计扬压力)； 坝体最大主压应力ymax【c压】（砼的允许压应力）；在地震情况下，坝体上游面的应力控制标准应符SL203-97水工建筑物抗震设计规范的要求。,.,28,坝体内一般不允许出现拉应力，但以下几个部位可以例外： 宽缝重力坝离上游面较远的局部区域，可容许出现拉应力，但不超过混凝土的容许拉应力；当溢流坝堰顶部位出现拉应力时，应配置钢筋；廊道及其他孔洞周边的拉应力区域，宜配置钢筋；有论证时，可少配或不配钢筋。,.,29,（2）施工期主压应力ymax【c压】砼的允许压应力；下游坝面pdmin0.2Ma（2kg/cm2）（主拉应力）。 砼的容许压应力确定：【c压】=极限/K 抗压 K：基本组合 K4.0； 特殊组合(地震情况除外) K3.5。 当坝体个别部位有抗拉强度要求时，可提高砼的抗拉标号， 抗拉 K4.0； 抗拉 地震作用应符SL203-97水工建筑物抗震设 计规范的要求。,四、有限元法 砼重力坝设计规范DL51081999 对有限元法计算坝体应力控制标准： 1铅直应力y （1）坝基上游面 计入扬压力时，拉应力区宽度宜小于坝底宽度的7（铅直拉应力分布宽度/坝底面宽度）或坝踵至帷幕中心线的距离。（2）坝体上游面计入扬压力时，拉应力区宽度宜小于计算截面宽度的7（铅直拉应力分布宽度/计算截面宽度）或计算截面上游边缘至排水孔（管）中心线的距离。 2有限元法分析坝基深层抗滑稳定的成果，可作为坝基加固处理方案的评价和选择依据。 3坝内孔洞配筋可依据有限元法应力计算结果，闸墩应力计算也可用有限元法。,.,31,五、对坝体应力的影响几个因素1.地基变形模量的影响 空库：坝踵y出现应力集中，且随EcER增大而加大，并出现了指向坝底中心的剪应力，同时也出现了有利于裂缝闭合的水平压应力x； 满库：随EcER比值减小，边缘y降低，甚至变为拉应力，截面中部出现应力集中。当EcER比值较高时，坝踵和坝趾处均出现压应力集中现象。 因此，地基刚度与坝体刚度不宜相差太大，否则会出现应力集中现象。,（a）空库,（b）满库,图329 坝底应力随EC/ER比值的变化,.,34,2.坝体砼分区的影响,由于坝体内部常采用标号较低的砼。因此，坝体内外弹模不同，坝体外部弹模愈高，近坝踵处愈容易产生拉应力，如图330所示。,.,35,3.纵缝的影响n0时，没有影响；n0时，坝踵合成铅直正应力减小，甚至产生拉应力；n0），坝踵铅直压应力增大，对坝体强度有利。 石泉和大狄克桑斯坝上游面均采用倒坡以改善坝体应力。但这种倒坡不宜太大，以免造成施工上的困难。,.,36,4.分期施工的影响 （a）不考虑分期施工，按材料力学方法算出的铅直正应力y； （d）考虑分期施工算出的最终应力，y呈折线分布，在坝踵处产生了拉应力。,.,37,5.温度变化及施工过程的影响温度变化对重力坝的位移和应力均有较大影响。但目前在重力坝计算中一般都不考虑温度作用，理由是：在施工期已采取了温控措施；在运用期温度变化的影响仅限于坝体表面附近；混凝土徐变问题至今仍未很好解决。研究结果表明，温度对坝体工作状态具有较大的影响。探讨重力坝在温度作用下的应力状态仍是一个重要的研究课题。 砼重力坝的温度场与应力场全过程仿真计算研究表明：大坝浇筑顺序、砼浇筑块大小、间歇时间、浇筑日期、浇筑温度、砼材料的热学及力学特性、施工期的温控措施等对砼坝的应力场均有较大影响。,.,38,图333是某宽缝重力坝受气温影响在最冷月产生的温度应力示意图，图上显示出在坝体下游面和上游水位以上部分产生了较大范围的拉应力区。,.,39,3.4 温度应力、温度控制和裂缝防止,水化热砼固化过程中产生的热量叫水化热。 国产部分水泥的水化热： 7天（kJ/kg） 28天（kJ/kg） 硅酸盐水泥：325# 209 272 425# 251 314 525# 293 355 矿渣硅酸盐水泥：325# 188 230低热微膨胀水泥： 425# 167 188如果修建一座坝的砼 V=100万m3 、 含水泥 200kg/ m3、 334kJ/kg Q=66.71012 （）2000t煤所释放的能量,.,40,3.4.1 坝体温度状况 图338是USA海瓦西坝的实测温度过程线，图中A1和A2分别代表坝内和靠近坝面某点的温度曲线。海瓦西坝：坝高93.7m,底宽68m，1938.41940.1共22个月修成，V=61万m3,通仓浇筑，冷水拌制，入仓温度3.4。,图海瓦西坝的实测温度过程线,.,42,3.4.1 坝体温度状况 1温度随时间的变化 (1)温升阶段 主要在37天内， Tj砼入仓温度； Tmax入仓后，使砼温度从Tj至最高值Tmax； 温差 TrTmaxTj 称为水化热温升，一般为1525，最高可达36。 TmaxTj+Tr,.,43,（2）温降阶段 温度达到了Tmax后，逐渐散热冷却，温度下降。（3）稳定期 靠近坝体表面的温度随外界温度变化而波动，坝体内部一般接近坝址的年平均气温Td。 实体重力坝从TmaxTd所需的时间，视散热条件，自几个月至几年不等。 温降： TTmax一Td 是温度控制的一个重要指标。,.,44,2温度在空间的变化 靠近坝体表面由于水化热散逸较快，该部位的温度较早地达到稳定温度，如图中A2的PF段。 坝体内部由于水化热不易散发，温度下降缓慢，需要较长时间才能到达稳定温度，如图中的A1所示。,海瓦西坝的实测温度过程线,.,45,3温度的周期性变化 （1）年变化 365天 （2）日变化 24小时 （3）寒潮热潮 714天,3.4.2施工期的温度应力,.约束应力,.,46,在浇筑块底部，由于砼温度下降而产生的水平拉应力x为：,式中 Ec砼的弹性模量，kPa； 砼的泊松比； 砼的线胀系数，1/； kP由砼徐变引起的应力松弛系数，如无专门试验资料，可取0.5； kq考虑早期升温阶段的压应力折减系数，可用0.750.85； R反应基岩对砼块体约束程度的约束系数，见表37和表38； A系数，可从图340中查得。,同样，新浇砼受老砼（龄期超过28d）约束也将产生温度应力。,.,47,表37,注 1适用于ECER的情况。 2为浇筑块长度（m）；y为计算点离建基面的高度（m）。,表38,注 ER为基岩的变形模量（kPa）。,.,48,2.内外温差（自生）应力 砼块在浇筑初期，由于表面温度降低，在块体内外形成的温差将使外部收缩受拉而内部受压，当拉应力超过材料的抗拉强度时，将产生表面裂缝。施工期坝体温度取决于砼入仓时的浇筑温度Tj和水化热温升，由于水化热温升和边界温度都在随时间而变化，因而求解施工期的坝体温度场是很复杂的，一般多采用简化的计算方法，参见砼重力坝设计规范（SDJ2178）。,由内外温差引起的应力示意图,.,50,贯穿性裂缝和表面裂缝。危害：横向贯穿性裂缝会导致漏水和渗流侵蚀性破坏； 纵向贯穿性裂缝会损坏坝的整体性； 水平向贯穿性裂缝会降低大坝的抗剪强度。,3.4.3 重力坝的温度裂缝和温控措施,1.裂缝的分类,图342 重力坝裂缝型式l横向竖直贯穿性裂缝； 2纵向竖直贯穿性裂缝；3水平贯穿性裂缝； 4坝表面裂缝； 5仓面裂缝,.,51,2.温度控制的目的 （1）防止砼温升过高、内外温差过大及气温骤降产生各种温度裂缝