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作业一 重力坝的稳定应力分析

作业一    重力坝的稳定应力分析
作业一    重力坝的稳定应力分析

作业一 重力坝的安全复核

某混凝土重力坝为三级建筑物, 坝基设有防渗帷幕及排水设备, 排水孔中线距坝踵 7.0m 。挡水坝剖面体形尺寸及设计 水位如图,正常蓄水工况,下游无水。 要求: 分别用分项系数极限状态法和单一安全系数法计算分析设计状况(工况)下,挡水重力坝(单宽剖面)的强度和抗滑稳定性:

1.列表计算坝体作用荷载,分别考虑和不考虑作用分项系数。

2.用抗剪断公式校核坝基面抗滑稳定安全系数 K'是否满足要求。

3.分析坝基面抗滑稳定承载能力极限状态。

4.核算坝趾主应力抗压强度承载能力极限状态。

5. 核算坝踵竖向正应力抗拉正常使用极限状态。 表1 计算参数表

表2计算参考表

重力坝稳定及应力计算

六、坝体强度承载能力极限状态 计算及坝体稳定承载能力极限状态计算(一)、基本资料 坝顶高程:m 校核洪水位(P = %)上游:m 下游:m 正常蓄水位上游:m 下游:m 死水位:m 混凝土容重:24 KN/m3 坝前淤沙高程:m 泥沙浮容重:5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值:f `= c `= Mpa 坝基基岩承载力:[f]= 400 Kpa 坝基垫层混凝土:C15 坝体混凝土:C10 50年一遇最大风速:v 0 = m/s 多年平均最大风速为:v 0 `= m/s 吹程D = 1000 m

(二)、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面 (1)荷载作用的标准值计算(以单宽计算) A 、正常蓄水位情况(上游水位,下游水位) ① 竖向力(自重) W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×× /2 = KN W 3 = ×()2× /2 = KN ∑W = KN W 1作用点至O 点的力臂为: /2 = m W 2作用点至O 点的力臂为: m 067.16.83 2 26.13=?- W 3作用点至O 点的力臂为: m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?-

竖向力对O点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”):M OW1 = 2040×= 8772 KN·m M OW2 = -×= -KN·m M OW3 = -×= -445 KN·m ∑M OW = KN·m ②静水压力(水平力) P1 = γH12 /2 = ×-1090)2 /2= -KN P2 =γH22 /2 =×2 /2 = ∑P = -KN P1作用点至O点的力臂为:-1090)/3 = P2作用点至O点的力臂为:-1090)/3 = 静水压力对O点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”):M OP1 = ×= -6089 KN·m M OP2 = ×= KN·m ∑M OP = -KN·m ③扬压力 扬压力示意图请见下页附图: H1 = -1090 = m H2 = -1090 = m (H1 -H1) = -= m 计算扬压力如下: U1 = ××= KN U2 = ××/2 = KN ∑U = KN

梁结构应力分布ANSYS分析汇总

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 先进制造及模具设计制造实验 梁结构应力分布ANSYS分析 学院名称:机械工程学院 专业班级:研1402 学生姓名:XX 学生学号:S1403062 2015年5 月

梁结构应力分布ANSYS分析 (XX,S1403062,江苏大学) 摘要:本文比较典型地介绍了如何用有限元分析工具分析梁结构受到静力时的应力的分布状态。我们遵循对梁结构进行有限元分析的方法,建立了一个完整的有限元分析过程。首先是建立梁结构模型,然后进行网格划分,接着进行约束和加载,最后计算得出结论,输出各种图像供设计时参考。通过本论文,我们对有限元法在现代工程结构设计中的作用、使用方法有个初步的认识。 关键词:梁结构;应力状态;有限元分析;梁结构模型。 Beam structure stress distribution of ANSYS analysis (Dingrui, S1403062, Jiangsu university) Abstract: This article is typically introduced how to use the finite element analysis tool to analyze the stress of beam structure under static state distribution. We follow the beam structure finite element analysis method, established the finite element analysis of a complete process. Is good beam structure model is established first, and then to carry on the grid, then for constraint and load, calculated the final conclusion, the output of images for design reference. In this article, we have the role of the finite element method in modern engineering structural design, use method has a preliminary understanding. Key words: beam structure; Stress state; The finite element analysis; Beam structure model. 1引言 在现代机械工程设计中,梁是运用得比较多的一种结构。梁结构简单,当是受到复杂外力、力矩作用时,可以手动计算应力情况。手动计算虽然方法简单,但计算量大,不容易保证准确性。相比而言,有限元分析方法借助计算机,计算精度高,

重力坝稳定及应力计算书..

5.1重力坝剖面设计及原则 5.1.1剖面尺寸的确定 重力坝坝顶高程1152.00m,坝高H=40.00m。为了适应运用和施工的需要,坝顶必须要有一定的宽度。一般地,坝顶宽度取坝高的8%~10%,且不小于2m。若有交通要求或有移动式启闭设施时,应根据实际需要确定。综合考虑以上因素,坝顶宽度m B10 。 考虑坝体利用部分水中增加其抗滑稳定,根据工程实践,上游边坡坡率n=0~0.2,下游边坡坡率m=0~0.8。故上游边坡坡率初步拟定为0.2,下游边坡坡率初步拟定为0.8。上游折坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄洪孔等建筑物的进口高程来定,一般折坡点在坝高的1/3~2/3附近,故初拟上游折坡点高程为1138.20m。下游折坡点的位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度,结合坝的基本剖面计算得到(最常用的是其基本剖面的顶点位于校核洪水位处),故初拟下游折坡点高程为1148.50m。 5.1.2剖面设计原则 重力坝在水压力及其他荷载的作用下,主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持抗滑稳定;同时依靠坝体自重产生压应力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。 非溢流坝剖面设计的基本原则是:①满足稳定和强度要求,保证大坝安全;②工程量小,造价低;③结构合理,运用方便;④利于施工,方便维修。 遵循以上原则拟订出的剖面,需要经过稳定及强度验算,分析是否满足安全和经济的要求,坝体剖面可以参照以前的工程实例,结合本工程的实际情况,先行拟定,然后根据稳定和应力分析进行必要的修正。重复以上过程直至得到一个经济的剖面。 5.2重力坝挡水坝段荷载计算 5.2.1基本原理与荷载组合 重力坝的荷载主要有:自重、静水压力、扬压力、泥沙压力、浪压力、动水压力、冰压力、地震荷载等。本次设计取单位长度的坝段进行计算。相关荷载组合见表4.5。 表4.5 荷载组合表 组合情况相关 工况 自 重 静水 压力 扬压 力 泥沙 压力 浪压 力 冰压 力 地震 荷载 动水 压力 土压 力 基本正常√√√√√√

重力坝抗滑稳定与应力计算

项目名称:几内亚凯勒塔(KALETA)水电站工程项目阶段:复核阶段 计算书名称:重力坝抗滑稳定及应力计算 审查: 校核: 计算: 黄河勘测规划设计有限公司 Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二〇一二年四月

目录 1.计算说明..................................................................................... 错误!未定义书签。 目的与要求 ......................................................................... 错误!未定义书签。 基本数据 ............................................................................. 错误!未定义书签。 2.计算参数和研究方法................................................................. 错误!未定义书签。 荷载组合 ............................................................................. 错误!未定义书签。 计算参数及控制标准 ......................................................... 错误!未定义书签。 计算理论和方法 ................................................................. 错误!未定义书签。 3.计算过程..................................................................................... 错误!未定义书签。 荷载计算 ............................................................................. 错误!未定义书签。 自重 ............................................................................. 错误!未定义书签。 水压力 ......................................................................... 错误!未定义书签。 扬压力 ......................................................................... 错误!未定义书签。 地震荷载 ..................................................................... 错误!未定义书签。 安全系数及应力计算 ......................................................... 错误!未定义书签。 4.结果汇总..................................................................................... 错误!未定义书签。

重力坝稳定及应力计算

坝体强度承载能力极限状态计算及坝体稳定承载能力极限状态计算 (一)、基本资料 坝顶高程:1107.0 m 校核洪水位(P = 0.5 %)上游:1105.67 m 下游:1095.18 m 正常蓄水位上游:1105.5 m 下游:1094.89 m 死水位:1100.0 m 混凝土容重:24 KN/m3 坝前淤沙高程:1098.3 m 泥沙浮容重:5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值:f `= 0.5 c `= 0.2 Mpa 坝基基岩承载力:[f]= 400 Kpa 坝基垫层混凝土:C15 坝体混凝土:C10 50年一遇最大风速:v 0 = 19.44 m/s 多年平均最大风速为:v 0 `= 12.9 m/s 吹程D = 1000 m (二)、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面

荷载作用的 标准值计算(以单宽计算) A 、正常蓄水位情况(上游水位1105.5m ,下游水位1094.89m ) ① 竖向力(自重) W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×10.75×8.6 /2 = 1109.4 KN W 3 = 9.81×(1094.5-1090)2×0.8 /2 = 79.46 KN ∑W = 3228.86 KN W 1作用点至O 点的力臂为: (13.6-5) /2 = 4.3 m W 2作用点至O 点的力臂为: m 067.16.83 2 26.13=?- W 3作用点至O 点的力臂为: m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?- 竖向力对O 点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”): M OW1 = 2040×4.3 = 8772 KN ·m M OW2 = -1109.4×1.067 = -1183.7 KN ·m

8章应力分析·强度理论

材 料 力 学 ·170 · 第8章 应力分析·强度理论 8.1 概 述 前面几章中,分别讨论了轴向拉伸与压缩、扭转和弯曲等几种基本变形构件横截面上的应力,并根据相应的实验结果,建立了危险点处只有正应力或只有切应力时的强度条件 []max σσ≤或[]max ττ≤ 式中:max σ或max τ为构件工作时最大的应力,由相关的应力公式计算;[]σ或[]τ为材料的许 用应力,它是通过直接实验(如轴向拉伸或纯扭),测得材料相应的极限应力,再除以安全因数获得的,没有考虑材料失效的原因。这些强度条件的共同特点是:其一,危险截面的危险点只有正应力或只有切应力作用;其二,都是通过实验直接确定失效时的极限应力。 上述强度条件对于分析复杂情形下的强度问题是远远不够的。例如,仅仅根据横截面上的应力,不能分析为什么低碳钢试样拉伸至屈服时,表面会出现与轴线成45°角的滑移线;也不能分析铸铁圆试样扭转时,为什么沿45°螺旋面断开;根据横截面上的应力分析和相应的实验结果,不能直接建立既有正应力又有切应力存在时的强度条件。 实际工程中,构件受力可能非常复杂,从而使得受力构件内截面上一点处往往既有正应力,又有切应力。对于这些复杂的受力情况,一方面要研究通过构件内某点各个不同方位截面上的应力变化规律,从而确定该点处的最大正应力和最大切应力及其所在的截面方位;另一方面需要研究材料破坏的规律,找出材料破坏的共同因素,通过实验确定这一共同因素的极限值,从而建立相应的强度条件。 本章主要研究受力构件内一点的应力状态,应力与应变之间的关系(广义胡克定律)以及关于材料破坏规律的强度理论,从而为在各种应力状态下的强度计算提供必要的理论基础。 8.2 一点的应力状态·应力状态分类 受力构件内一点处不同截面上应力的集合,称为一点的应力状态。为了描述一点的应力状态,在一般情况下,总是围绕这点截取一个3对面互相垂直且边长充分小的正六面体,这一六面体称为单元体。当受力构件处于平衡状态时,从构件内截取的单元体也是平衡的,单元体的任何一个局部也必是平衡的。所以,当单元体3对面上的应力已知,就可以根据截面法求出通过该点的任一斜截面上的应力情况。因此,通过单元体及其3对互相垂直面上的应力,可以描述一点的应力状态。 为了确定一点的应力状态,需要先确定代表这一点的单元体的6个面上的应力。为此,在单元体的截取时,应尽量使其各面上应力容易求得。

重力坝稳定和应力计算

坝体强度承载能力极限状态 计算及坝体稳定承载能力极限状态计算(一)、基本资料 坝顶高程: m 校核洪水位(P = %)上游: m 下游: m 正常蓄水位上游: m 下游: m 死水位: m 混凝土容重:24 KN/m3 坝前淤沙高程: m 泥沙浮容重:5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值: f `= c `= Mpa 坝基基岩承载力:[f]= 400 Kpa 坝基垫层混凝土:C15 坝体混凝土:C10 50年一遇最大风速:v 0 = m/s 多年平均最大风速为:v 0 `= m/s 吹程 D = 1000 m

(二)、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面 (1)荷载作用的标准值计算(以单宽计算) A 、正常蓄水位情况(上游水位,下游水位) ① 竖向力(自重) W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×× /2 = KN W 3 = ×()2× /2 = KN ∑W = KN W 1作用点至O 点的力臂为: /2 = m W 2作用点至O 点的力臂为: m 067.16.83 2 26.13=?- W 3作用点至O 点的力臂为: m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?-

竖向力对O点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”): M OW1 = 2040× = 8772 KN·m M OW2 = -× = - KN·m M OW3 = -× = -445 KN·m ∑M OW = KN·m ②静水压力(水平力) P1 = γH12 /2 = ×-1090)2 /2= - KN P2 =γH22 /2 =×2 /2 = ∑P = - KN P1作用点至O点的力臂为:-1090)/3 = P2作用点至O点的力臂为:-1090)/3 = 静水压力对O点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”): M OP1 = × = -6089 KN·m M OP2 = × = KN·m ∑M OP = - KN·m ③扬压力 扬压力示意图请见下页附图: H1 = -1090 = m H2 = -1090 = m (H1 - H1) = - = m 计算扬压力如下: U1 = ×× = KN U2 = ×× /2 = KN ∑U = KN

ANSYS在重力坝应力分析中的应用

山东水利职业学院院刊2009年6月 第2期ANSYS在重力坝应力分析中的应用 韩永胜梁秋生 (山东水利职业学院,山东日照276826) 摘要:本文对重力坝应力分析的材料力学方法、弹性力学方法、结构模型试验方法以及有限单元法进行了比较,重点阐述了有限单元法,利用大型有限元工程分析软件ANSYS对某重力坝进行了应力分析与开裂区域研究。 关键词:重力坝;应力分析;有限单元法;ANSYS 1引言 重力坝主要依靠坝体本身自重来保持坝体的稳定,故称为“重力坝”。其坝筑材料主要是混凝土或砌浆石或这两者的组合。在古代建造砌浆石坝的时候,还没有现在那么高的数学力学基础理论,也没有对这种坝起名叫重力坝,更没有对这种坝进行应力分析。从17世纪和18世纪以Hooke’s law为基础的材料力学出现和发展,到19世纪初逐步创立了杠件系统的结构力学和一般弹性体的弹性力学,再到19世纪上半叶和中叶混凝土出现和发展之后,才开始将重力坝作为连续弹性体进行应力分析。最初采用材料力学方法,而后发展到弹性力学方法,对于边界复杂的坝体结构采用模型试验方法。近年来,随着有限单元法的研究和电子计算机的发展,对重力坝的数值解法越来越受到学者和工程师的青睐。 2材料力学方法 材料力学方法基本假定是:(1)坝体材料为均质和各向同性;(2)在静力载荷应力计算中,不考虑温度载荷引起的应力;(3)坝体的永久横缝不传力,将坝段看作独立的固定于岩基上的竖直悬臂梁,不考虑基础变形对坝体应力的影响[1]。 材料力学计算得出:重力坝最不利的应力位于坝踵(上游坝面底部)和坝址(下游坝面底部)。这两处是应力控制的部位,我国重力坝设计规范规定[2],用材料力学方法计算时,重力坝上游坝面不允许出现竖直方向拉应力,坝基面上的压应力应小于坝基许用压应力。 3弹性力学方法 19世纪中下叶,法国李维等学者和工程师为重力坝二维应力分析提供了弹性力学解法。但是由于弹性力学计算方法很繁琐,目前,中低型重力坝的设计基本上按规范规定的材料力学进行应力计算。4结构模型试验方法 用于测试应力的结构模型试验方法主要有光测法和脆性材料电测法两类。结构模型试验方法能适应复杂的边界形状和地基变形条件,便于测量和研究重力坝孔口、坝踵和坝址等角缘应力分布状态,解决了材料力学方法不能解决、弹性力学方法难以解决的课题。在今天,即使电子计算机发展很快、应用很广,一些高重力坝的设计和计算仍采用结构模型试验方法,作为与有限单元法计算结果相互验证的补充的手段。 5有限单元法 有限单元法适用于孔口、角缘和地基变形等复杂的边界条件与载荷情况,可以考虑各种材料的特性和组合,后来又发展到进行温度场和温度应力的计算、非线性分析和动力分析等等。它出色地完成了材料力学方法和弹性力学方法所不能计算的课题,对重力坝的应力计算发挥了很重要的作用。本文利用大型有限元分析程序计算了某重力坝的应力分布和开裂区域。 14··

折线坡建基面上的重力坝的应力分析

折线坡建基面上的重力坝的应力分析 吝江峰 河海大学水利水电学院,南京(210098) E-mail:linjf0215@https://www.wendangku.net/doc/a51621519.html, 摘要:为了更好地适应坝基地质条件,减小坝基开挖量,或为了提高坝的抗滑稳定性,有时将坝的建基面设计成倾角折坡面。本文采用ANSYS结构分析软件,对某一折线坡建基面上的混凝土重力坝进行有限元应力分析,研究了不同倾角对坝体应力、坝踵应力、坝趾应力的影响,由此得出一些有益结论,可供设计参考。 关键词:混凝土重力坝;倾角折坡面;坝体应力 中图分类号:TV10.3 1.引言 在混凝土重力坝工程设计中,为了更好地适应坝基地质条件,开挖困难或减小坝基开挖量,或为了提高坝的抗滑稳定性,故有时将坝的建基面设计成带有倾角折坡面。所谓折线坡建基面,一般是坝踵部分的建基面是水平面,其下游部分建基面根据地基地质条件可设计为一个或两个的倾角斜坡面。这样,坝的整个建基面就是一个折线坡面。 重力坝的应力分析的理论计算为材料力学法和弹性理论法。材料力学法因其概念清楚计算简单而被广泛采用,但其计算结果靠近坝基部分则不能反映地基变形对坝体应力的影响;对较复杂的的边界和坝坡转折部位也不能准确反映其应力状态[1]。 所以本文采用弹性理论的有限单元法来计算坝体应力,其方法是把弹性的连续体离散化为有限数目单元的组合体,并考虑组合体内单元之间的位移连续条件,它能够综合考虑各种影响因素的作用。在这种方法的基础上,迄今已开发了多种有限元软件,其中ANSYS程序是一个功能强大而灵活的有限元结构分析软件。本文就利用ANSYS对缓折坡建基面进行应力分析。 2.设计参数及分析方法 某具有缓折坡建基面混凝土重力坝,计算断面及作用水位和淤沙高程如图1。坝基密度2.7 g/cm3,弹性模量55.8GPa,泊松比0.25;坝体混凝土密度2.5 g/cm3,弹性模量31GPa,泊松比0.167,帷幕中心至坝踵13m,该点渗透压力折减系数0.3,不计浪压力的影响[4]。 图1 计算断面示意图水平段长度x(m)斜坡面的坡比N 0 1:7.37 30 1:5 42.67 1:4 表1 水平段长度与坡比的值

重力坝抗滑稳定及应力计算教程文件

重力坝抗滑稳定及应 力计算

项目名称:几内亚凯勒塔(KALETA)水电站工程 项目阶段:复核阶段 计算书名称:重力坝抗滑稳定及应力计算 审查: 校核: 计算: 黄河勘测规划设计有限公司Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二〇一二年四月

目录 1.计算说明 (1) 1.1 目的与要求 (1) 1.2 基本数据 (1) 2.计算参数和研究方法 (1) 2.1 荷载组合 (1) 2.2 计算参数及控制标准 (1) 2.3 计算理论和方法 (2) 3.计算过程 (3) 3.1 荷载计算 (3) 3.1.1 自重 (3) 3.1.2 水压力 (4) 3.1.3 扬压力 (6) 3.1.4 地震荷载 (8) 3.2 安全系数及应力计算 (10) 4.结果汇总 (13)

1.计算说明 1.1 目的与要求 下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。 1.2 基本数据 正常蓄水位:110m; 设计洪水位:112.94m; 校核洪水位:113.30m; 大坝设计洪水标准为100年一遇,校核洪水标准为1000年一遇; 坝址区地震动峰值加速度为0.15g(g=9.81m/s2),地震动反应周期为0.25s,相应的地震基本烈度为7度,本工程抗震设计烈度为7度。 计算选取的挡水坝段坝顶高程114.00m,坝基底高程92.00m,坝高22m,坝顶宽5m。上游坝面竖直,下游坝坡在107.33m高程以上竖直,在107.33m高程以下坡度为1:0.75。 计算选取的溢流坝段堰顶高程110.00m,坝基底高程96.00m,坝高14m,上游坝面竖直,下游坝坡在108.59m高程以上为Creager剖面,在108.59m高程以下坡度为1:0.85。正常蓄水位时,溢流坝段下游无水;设计洪水位112.94m 时,下游水位104.80m;校核洪水位113.30m时,下游水位105.42m。 进水口坝段顶高程114.00m,坝基底高程87.80m,坝高26.2m,顶宽 13.06m,上游坝坡为1:0.25,下游坝坡在107.33m高程以上竖直,在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。 底孔坝段顶高程114.00m,坝基底高程83.50m,坝高30.5m,顶宽10.0m,上游坝面竖直,下游坝坡在107.33m高程以上竖直,在107.33m高程以下坡度为1:0.75。 2.计算参数和研究方法 2.1 荷载组合 作用在坝上的主要荷载包括:坝体自重、上下游水压力、扬压力、地震力。基本组合:正常蓄水位情况(上游水位110.0m) 设计洪水位情况(上游水位112.94m) 特殊组合:校核洪水位情况(上游水位113.30m) 地震情况(正常蓄水位+地震荷载) 2.2 计算参数及控制标准 水容重γw:9.81KN/m3 混凝土容重γc:24KN/m3 坝址区岩体主要为坚硬的辉绿岩和砂岩,大坝的建基面基本上分布在弱风化的辉绿岩和砂岩上。坝基面抗滑稳定计算的岩体及混凝土物理力学参数按表1-1取值,坝基面抗滑稳定安全系数和坝基应力应满足表1-2规定的数值。

第四节 重力坝的应力分析

第四节重力坝的应力分析 一、应力分析的目的和方法 1、目的 1°了解坝体内的应力分布情况,检验大坝在施工期和运行期是否满足强度要求; 2°为布置坝身材料(如混凝土分区)提供依据; 3°为特殊部位的配筋提供依据,如孔口、廊道等部位的配筋; 4°为改进结构型式和科学研究提供依据; 2、分析方法: 模型试验法和理论计算法 ①模型试验法 光测方法如:偏振光弹性试验, 激光全息试验, 脆性材料电测法 ②理论计算法 1°材料力学法(重力法) 这是一种历史悠久、应用最广、最简便的方法。它不考虑地基变形的影响,假定: σy呈直线分布; σx呈三次抛物线分布; τ呈二次抛物线分布; 评价:该法有长期的实践经验,目前我国重力坝设计规范中的强度标准就是以该法为基础的。 2°弹性理论解析法 该法的力学模型和数学解法均很严密,但前只有少数边界条件简单的典型结构才有解答。 评价:可用于验证其他方法的精确性,有重要价值。 3°弹性理论差分法 该法力学模型严密,在数学解法上采用差分格式,是一种近似的方法。评价:要求方形网格,对复杂边界适应性差。 4°弹性理论的有限单元法 与差分法相反,该法力学模型是近似的,数学解法是精确的,网格可采用三角形单元、四边形单元或两者的组合。见图2.14 评价:可处理复杂的边界条件,随着计算机的发展,单元可划分得很细以模拟各种边界。目前大型或重要的工程都需用该法计算,以了解坝体各部位的应力状态。

图2.14 重力坝应力分析有限单元法示意图 二、材料力学法,见图2.15和图2.16 1、基本假定 ①坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性体 ②将坝体简化为固结在地基上的变截面悬臂梁; ③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; ④σy呈直线分布; 图2.15 坝体应力计算简图

重力坝抗滑稳定及应力计算

重力坝抗滑稳定及应力计算

项目名称:几内亚凯勒塔(KALETA)水电站工程项目阶段:复核阶段 计算书名称:重力坝抗滑稳定及应力计算 审查: 校核: 计算: 黄河勘测规划设计有限公司Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二〇一二年四月

目录 1.计算说明 (1) 1.1 目的与要求 (1) 1.2 基本数据 (1) 2.计算参数和研究方法 (1) 2.1 荷载组合 (1) 2.2 计算参数及控制标准 (2) 2.3 计算理论和方法 (3) 3.计算过程 (4) 3.1 荷载计算 (4) 3.1.1 自重 (4) 3.1.2 水压力 (5) 3.1.3 扬压力 (8) 3.1.4 地震荷载 (11) 3.2 安全系数及应力计算 (13) 4.结果汇总 (18)

1.计算说明 1.1 目的与要求 下列计算是有关挡水坝段、溢流坝段、进水口、底孔坝段抗滑稳定性和基底应力计算。 1.2 基本数据 正常蓄水位:110m; 设计洪水位:112.94m; 校核洪水位:113.30m; 大坝设计洪水标准为100年一遇,校核洪水标准为1000年一遇; 坝址区地震动峰值加速度为0.15g(g=9.81m/s2),地震动反应周期为0.25s,相应的地震基本烈度为7度,本工程抗震设计烈度为7度。 计算选取的挡水坝段坝顶高程114.00m,坝基底高程92.00m,坝高22m,坝顶宽5m。上游坝面竖直,下游坝坡在107.33m高程以上竖直,在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。 计算选取的溢流坝段堰顶高程110.00m,坝基底高程96.00m,坝高14m,上游坝面竖直,下游坝坡在108.59m高程以上为Creager剖面,在108.59m 高程以下坡度为1:0.85。正常蓄水位时,溢流坝段下游无水;设计洪水位112.94m 时,下游水位104.80m;校核洪水位113.30m时,下游水位105.42m。 进水口坝段顶高程114.00m,坝基底高程87.80m,坝高26.2m,顶宽13.06m,上游坝坡为1:0.25,下游坝坡在107.33m高程以上竖直,在107.33m 高程以下坡度为1:0.75。 底孔坝段顶高程114.00m,坝基底高程83.50m,坝高30.5m,顶宽10.0m,上游坝面竖直,下游坝坡在107.33m高程以上竖直,在107.33m高程以下坡度为1:0.75。 2.计算参数和研究方法 2.1 荷载组合 作用在坝上的主要荷载包括:坝体自重、上下游水压力、扬压力、地震力。

混凝土重力坝的应力分析

水工建筑物课程设计 设计题目: 混凝土重力坝的应力分析姓名: 学号: 年级专业: 2013级水利水电工程指导老师: 提交时间: 2016年12月

目录 一、基本资料 (1) 二、确定工程等别和主要建筑物级别 (2) 三、非溢流坝剖面尺寸拟定 (3) 四、荷载计算及组合 (6) 五、抗滑稳定极限状态计算 (7) 六、坝址抗压强度极限状态计算 (7)

一、基本资料 某高山峡谷地区规划的水利枢纽,拟定坝型为混凝土重力坝,其任务以灌溉为主、兼顾供水,水库总库容4亿m3。 1.水电规划成果上游设计洪水位为355.0 m,相应的下游水位为331.0 m;上游校核洪水位356.3 m ,相应的下游水位为332.0 m;正常高水位354.0 m;死水位339.5 m。 2.地质资料:河床高程320.0 m,约有1~2 m覆盖层,基础要求开挖至弱风化层,清基后岩石表面最低高程为318.0m。岩基为石灰岩,地质构造良好。坝体和基岩抗剪断摩擦系数f'=0.82,凝聚力c'=0.6MPa。 3.其它有关资料:河流泥沙计算年限采用50年,据此求得坝前淤沙高程330.0 m。泥沙浮重度为6.5kN/ m3 ,内摩擦角φ=18°。 枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s,水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。 坝体混凝土重度γc =24kN/m3,地震设计烈度为4度。拟采用混凝土强度等级C10,90d龄期,80%保证率,fckd强度标准值为10MPa,坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。

二、确定工程等别和主要建筑物级别 (1)水利水电枢纽工程等级划分: 根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252 -2000 )的规定,水利水电工程根据其工程规模、效益以及在国民经济中的重要性,划分为I、II、III、IV 、V 五等,适用于不同地区、不同条件下建设的防洪、灌溉、发电、供水和治涝等水利水电工程,见表格1: 山区、丘陵区水利水电枢纽工程分等指标 表格 1 工 程等别工程规 模 水库总库 容 (m) 防洪治涝灌溉供水发电 保护城 镇及工 矿企业 的重要 性 保护农田 (亩) 治涝面积 (亩) 灌溉面积 (亩) 供水 对象 重要 性 装机容量 () Ⅰ大(1) 型 10 特别重 要 特别 重要 Ⅱ大(2) 型 10 1 重要500100 200150重要120 Ⅲ中10.1 中等10030 6050中等30 Ⅳ小(1) 型 0.10.01 一般30 5 155一般5 Ⅴ小(2) 型 0.010.00 1 5 对于综合利用的水利水电工程,当按各分项利用项目的分等指标确定的等别 不时,其工程等别应按其中的最高等别确定。 (2)水工建筑物的级别划分 水利水电工程中水工建筑物的级别,反映了工程对水工建筑物的技术要求和安全要求。应根据所属工程的等别及其在工程中的作用和重要性分析确定。 水利水电工程的永久性水工建筑物的级别应根据建筑物所在工程的等别,以及建筑物的重要性确定为五级,分别为 1 、 2 、 3 、 4 、 5 级,见表 2

重力坝抗滑稳定计算书

深圳市野生动物救护中心养公坑蓄水工程 技施设计 浆砌石重力坝抗滑稳定 计算书 国家电力公司中南勘测设计研究院 2004年12月

说 明 1.计算目的与要求 对拟定的体型进行抗滑稳定计算,求出拟定体型在各种设计工况下的抗滑稳定安全系数。同时对坝基面的应力进行计算,以论证是否满足规定的正常使用极限状态与承载能力极限状态要求。 2.计算基本依据 1. 建筑体型结构尺寸见附图1; 2. 主要地质参数见资料单; 3. 材料容重: 浆砌块石:取3/0.23m kN s =γ; 水:取3/8.9m kN w =γ; 土的饱和溶重3/12m kN =γ 3.计算方法及计算公式 1. 基本假定 1) 坝体为均质、连续、各向同性的弹性材料; 2) 取单宽1米计算,不考虑坝体之间的内部应力。 3) 本工程规模小,只计算坝体的抗滑稳定,不对坝体剖面进 行浅层与深层抗滑稳定分析以及坝基面应力分析。 2. 地基应力计算 按偏心受压公式计算应力: σmax =W M A G ∑∑+ σ min = W M A G ∑∑- 式中 ∑G —坝体本身的重力,kN ; A ——坝基的受力面积,m 2; ∑M —坝体各部分的重力对形心的弯距,kN.M;

W —作用在计算截面的抗弯截面系数; 3.抗滑稳定 坝受到铅直力和水平力的共同作用下,要求沿坝基底面的抗滑力必须大于作用在坝结构水平向的滑动力,并有一定的安全系数。 计算公式为: K C = ∑∑H f G * 式中K c —结构的抗滑稳定安全系数; ∑G —坝的基底总铅直力,kN ; ∑H —坝的水平方向总作用力,kN ; f —坝基底的摩擦系数。 4.计算结果总表 5.结论 经由计算可知,该方案,结构能够满足浆砌石坝在不同运用时期的地基应力和抗滑稳定要求,不会发生地基沉陷和滑动变形,并满足经济适用的原则。 6.主要参考书目 a )《浆砌石坝设计规范(SL25-91》; b )《水工建筑物荷载设计规范(DL5077—1997)》; c )天津大学 祁庆和《水工建筑物(上册)》(水利电力出版

重力坝稳定和应力计算

WORD文档下载可编辑 坝体强度承载能力极限状态 计算及坝体稳定承载能力极限状态计算(一)、基本资料 坝顶高程:1107.0 m 校核洪水位(P = 0.5 %)上游:1105.67 m 下游:1095.18 m 正常蓄水位上游:1105.5 m 下游:1094.89 m 死水位:1100.0 m 混凝土容重:24 KN/m3 坝前淤沙高程:1098.3 m 泥沙浮容重:5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值:f `= 0.5 c `= 0.2 Mpa 坝基基岩承载力:[f]= 400 Kpa 坝基垫层混凝土:C15 坝体混凝土:C10 50年一遇最大风速:v 0 = 19.44 m/s 多年平均最大风速为:v 0 `= 12.9 m/s 吹程D = 1000 m

(二)、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面 (1)荷载作用的标准值计算(以单宽计算) A 、正常蓄水位情况(上游水位1105.5m ,下游水位1094.89m )① 竖向力(自重) W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×10.75×8.6 /2 = 1109.4 KN W 3 = 9.81×(1094.5-1090)2×0.8 /2 = 79.46 KN ∑W = 3228.86 KN W 1作用点至O 点的力臂为: (13.6-5) /2 = 4.3 m W 2作用点至O 点的力臂为: m 067.16.83 2 26.13=?-W 3作用点至O 点的力臂为: m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?-

竖向力对O点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”):M OW1 = 2040×4.3 = 8772 KN·m M OW2 = -1109.4×1.067 = -1183.7 KN·m M OW3 = -79.46×5.6 = -445 KN·m ∑M OW = 7143.3 KN·m ②静水压力(水平力) P1 = γH12 /2 = 9.81×(1105.5-1090)2 /2= -1178.4 KN P2 =γH22 /2 =9.81×(1094.89-1090)2 /2 = 117.3KN ∑P = -1061.1 KN P1作用点至O点的力臂为:(1105.5-1090)/3 = 5.167m P2作用点至O点的力臂为:(1094.89-1090)/3 = 1.63m 静水压力对O点的弯矩(顺时针为“-”,逆时针为“+”):M OP1 = 1178.4×5.167 = -6089 KN·m M OP2 = 117.3×1.63 = 191.2 KN·m ∑M OP = -5897.8 KN·m ③扬压力 扬压力示意图请见下页附图: H1 = 1105.5-1090 = 15.5 m H2 = 1094.89-1090 = 4.89 m (H1 -H1) = 15.5-4.89 = 10.61 m 计算扬压力如下: U1 = 9.81×13.6×4.89 = 652.4 KN U2 = 9.81 ×13.6×10.61 /2 = 707.8 KN ∑U = 1360.2 KN

应力分析基础理论讲义

管道应力分析基础理论 管道应力分析主要包括三方面内容:正确建立模型、真实地描述边界条件、正确地分析计算结果。所谓建立模型就是将所分析管系的力学模型按一定形式离散化,简化为程序所要求的数学模型,模型的真实与否是做好应力分析的前提条件。应力分析的根本问题就是边界条件问题,而体现在工程问题上就是约束(支架)、管口等具体问题的模拟,真实地描述这些边界条件,才能得到正确的计算结果。要想能够熟练而正确地分析结果,首先会正确设计支吊架,有一定的相关理论知识如工程力学,流体力学,化工设备及机械等,另外需在一定时间内不断摸索,总结出规律性的问题。 第一章管道应力分析有关内容 1.1 管道应力分析的目的 进行管道应力分析的问题很多CAESARII解决的问题主要有: 1、使管道各处的应力水平在规范允许的范围内。 2、使与设备相连的管口载荷符合制造商或公认的标准(如 NEMASM23,API610 API617等标准)规定的受力条件。 3、使与管道相连的容器处局部应力保持在ASME第八部分许用应力范围内。 4、计算出各约束处所受的载荷。 5、确定各种工况下管道的位移。 6、解决管道动力学问题,如机械振动、水锤、地震、减压阀泄放等。

7、帮助配管设计人员对管系进行优化设计。 1.2 管道所受应力分类 1.2.1 基本应力定义 轴向应力(Axial stress): 轴向应力是由作用于管道轴向力引起的平行管子轴线的正应力,:S L=F AX/A m 其中 S L=轴向应力MPa F AX=横截面上的内力N A m=管壁横截面积mm2=π(do2-di2)/4 管道设计压力引起的轴向应力为S L=Pdo/4t 轴向力和设计压力在截面引起的应力是均布的,故此应力限制在许用应力[σ]t范围内。 弯曲应力(bending stress): 由法向量垂直于管道轴线的力矩产生的轴向正应力。 S L=M b c/I 其中: M b=作用在管道截面上的弯矩N.m C-从管道截面中性轴到所在点的距离mm I-管道横截面的惯性矩mm4=π(d o4-d l4)/64 当C达到最大值时,弯曲应力最大 S max=M b R0/I= M b/Z

重力坝答案2

第二章重力坝答案 一、填空题 1.主要依靠坝体自重所产生的抗滑力来维持稳定的挡水建筑物;横缝;悬臂梁; 2.坝基最低面(不含局部有深槽或井、洞部位)至坝顶路面 3.低坝(坝高<30m)、中坝(30m <坝高<70m)、高坝(70m<坝高)。溢流重力坝;非溢流重力坝;实体重力坝;宽缝重力坝;空腹重力坝;大头坝等 4.静水压力;稳定;强度要求;三角; 5.基岩较坚固的中高溢流坝;挑射距离;冲坑 6.波浪高度;波浪中心线高出静水位的高度;安全超高。 7.地震烈度;烈度 8.荷载的基本组合;偶然组合 9.荷载的长期组合;短期组合 10.挡水建筑物;泄水建筑物;泄水 11.曲线段;直线段;反弧段 12.正常蓄 13.消能防冲;枢纽布置 14.闸墩中间;较大;溢流孔跨中 15.水流平顺;半圆形;三角形;流线形 16.泄洪孔;冲沙孔;发电孔;导流孔;有压泄水孔;无压泄水孔 17.出口;进口;深孔的进口;进口。 18.一层具有防渗、抗冻、抗侵蚀的砼作为坝体防渗设施。

19.动水;静水;动水;静水 20.闸门启闭室;上游最高水位 21.缩小 22.排水管幕;在灌浆帷幕后设排水孔幕。 23.防止温度变化和地基不均匀沉降导致坝体开裂;横缝、纵缝 24.满足灌浆;检查、排水;坝基灌浆廊道;检查和坝体排水廊道 25.卵石覆盖层、风化破碎的岩层;略向上游倾斜;足够宽度的台阶状。 26.靠近上游坝脚;不透水层 27.防渗帷幕;沉陷缝;干缩缝;温度缝 28.上堵下排 二、单项选择题 1、A 2、C 3、 A 4、B 5、D 6、C 7、 B 8、C 9、C 10、A 11、B 三、名词解释 1.扬压力 扬压力是渗透压力和浮托力的总称。,扬压力是由上下游水位差产生的渗流而在坝体内或坝基面上形成的渗透力,和由下游水深淹没坝体而产生的向上的浮托力组成。 2.渗透压力 渗透压力是由上下游水位差产生的渗流而在坝内或坝基面上形成的向上的

重力坝稳定及应力计算书

重力坝稳定及应力计算书 Prepared on 22 November 2020

重力坝剖面设计及原则 5.1.1剖面尺寸的确定 重力坝坝顶高程,坝高H=。为了适应运用和施工的需要,坝顶必须要有一定的宽度。一般地,坝顶宽度取坝高的8%~10%,且不小于2m。若有交通要求或有移动式启闭设施时,应根据实际需要确定。综合考虑以上因素,坝顶宽度m 。 B10 考虑坝体利用部分水中增加其抗滑稳定,根据工程实践,上游边坡坡率n=0~,下游边坡坡率m=0~。故上游边坡坡率初步拟定为,下游边坡坡率初步拟定为。上游折坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄洪孔等建筑物的进口高程来定,一般折坡点在坝高的1/3~2/3附近,故初拟上游折坡点高程为。下游折坡点的位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度,结合坝的基本剖面计算得到(最常用的是其基本剖面的顶点位于校核洪水位处),故初拟下游折坡点高程为。 5.1.2剖面设计原则 重力坝在水压力及其他荷载的作用下,主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持抗滑稳定;同时依靠坝体自重产生压应力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。 非溢流坝剖面设计的基本原则是:①满足稳定和强度要求,保证大坝安全;②工程量小,造价低;③结构合理,运用方便;④利于施工,方便维修。 遵循以上原则拟订出的剖面,需要经过稳定及强度验算,分析是否满足安全和经济的要求,坝体剖面可以参照以前的工程实例,结合本工程的实际情况,先行拟定,然后根据稳定和应力分析进行必要的修正。重复以上过程直至得到一个经济的剖面。 重力坝挡水坝段荷载计算 5.2.1基本原理与荷载组合 重力坝的荷载主要有:自重、静水压力、扬压力、泥沙压力、浪压力、动水压力、冰压力、地震荷载等。本次设计取单位长度的坝段进行计算。相关荷载组合见表。 表荷载组合表

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