一、說明
本法假定壩體各水平截面上的垂直正應力呈直線分布,因此,可以按材料力學中的偏心受壓公式來確定,然後依次應用平衡條件確定剪應力,水平正應力以及主應力,和其方向。
作用在計算截面上的揚壓力,通常呈折線形分布(附圖6a),這個圖形,可分解為乙個在全截面上呈梯形(或三角形)分布的圖形(附圖6b)和一些在上游部分呈區域性三角形或矩形分布的圖形,如附圖6c、d、e。當揚壓力沿全截面呈直線分布時(即附圖6b所示情況),其所產生的應力為:
附圖6 為計算點的揚壓力,因此,這種揚壓力所產生的應力可以不必專門計算,只須先不考慮揚壓力的影響,確定各點上的應力,及,然後在正應力中扣去揚壓力即可,對於僅作用在截面區域性部分上的揚壓力(滲透壓力),則必須作專門計算,以確定其所產生的應力。
用材料力學方法計算壩體應力時,以壓應力為正,拉應力為負,y為垂直軸,以向下為正,x為水平軸,以向上游為正,原點取在計算截面與下游壩面的交點上(附圖7),其餘所用符號如下:
t——壩體計算截面沿上、下游方向的長度;
n——上游壩坡,n=tg s;
m——下游壩坡,m=tg xi;
——混凝土容重;
、——上、下游水的容重(在數值上常等於);
、——計算截面在上、下游壩面所受的水壓力(如有泥沙壓力時應計入在內);
、——計算截面在上、下游壩面所受**動水壓力;
——**慣性力總係數,=khczf以入乘混凝土重量w,即為**慣性力,應按《水工建築物抗震設計規範》計算;
、——計算截面在上、下游壩面處的揚壓力;
——在上游的滲透壓力(h為計算截面以上的上游水深,為揚壓力係數);
σw——計算截面上全部垂直力的總和(包括壩體自重、水重、泥沙重及計算的揚壓力等),以向下為正,對於實體重力壩,均切取單位寬度壩體為準(下同);
σp——計算截面上全部水平推力的總和(包括水壓力、泥沙壓力和**水壓力等),以指向上游為正;
σm——計算截面上全部垂直力及水平力對於計算截面形心的力矩的總和,以使上游面產生壓應力者為正;
其他符號將在寬縫重力壩計算中再加說明。
二、實體重力壩的計算
1.計算實體重力壩應力的基本公式
(1)實體重力壩壩面應力公式:
上游面垂直正應力附29)
下游面垂直正應力附30)
上游面剪應力附31)
下游面剪應力附32)
上游面水平正應力
附33)
下游面水平正應力
附34)
上游面主應力
附35)
附36)
下游面主應力
附37)
附38)
以上公式(附31)~(附38)適用於無揚壓力作用的情況。當截面上有揚壓力作用時,應分別採用下列公式:
對於較低或次要的壩體,只須計算壩面上的應力已足夠,壩體內部各點的應力可用插入法估算。
(2)實體重力壩內部各點應力公式:
①垂直正應力的公式:
附39)
附40)
附41)
②剪應力的公式:
附42)
附43)
附44)
附45)
式中 ,為a和b沿y的變率,可在離開計算截面不遠處,另取一截面,計算其上的a和b值,然後計算
。 ③水平正應力的公式:
附46)
附47)
附48)
附49)
附50)
式中 a1、b1、c1——剪應力公式中的三個係數,見公式(附43)~(附45);
、、——a1、b1及c1沿y的變率,也可在離開計算截面不遠處,另取一截面,計算其上的a1、b1及c1,然後計算。
以上所列出的剪應力及水平正應力的計算公式適用於計算無揚壓力作用的情況。當沿全截面上有直線分布的揚壓力作用時,可不必專門計算,只須將所求得的垂直正應力和水平正應力減去該點的揚壓力即可(剪應力不變)。當截面上有區域性滲透壓力作用時,除計算中須計及滲透壓力荷載外,對滲透壓力作用範圍內各點的和,尚應在公式(附42)和(附46)中加上乙個校正項:
附51)
附表7附52)
式中從揚壓力消失點到計算點的距離(附圖8);
、、、——係數,從附表7中採用。
附圖8 表中r為滲透壓力消失點至迎水面距離和壩體截面總長度t的比值,為小於1的數值;rt為滲透壓力作用段的長度,而
附53)
(3)主應力計算公式:
求出各點的三個分應力,和後,可按下式計算主應力,及第一主應力方向:
附54)
系從垂直線量起,以逆時針方向為正。
2.實體重力壩的應力因素計算法
當需要對重力壩內部應力的分布進行全面計算時,建議採用下述應力因素法的步驟和公式進行系統計算,以減少工作量和便於核算。
在應力公式中出現的參變數有σw、σp、σm、p、、、、、、、等十乙個,把它們當作十一種應力因素,確定每一因素在應力公式中的影響(也就是令某一應力因素為1,其餘所有因素均為0,此時所獲得的簡化公式),如果再把公式無因次化,則某一種因素(例如σw)所產生的各點應力將呈下列形式:
附55)
式中、及為所產生的應力,可稱為應力因數,均為無因次數值,並可寫成=+等的形式(見附表8),這裡、……均為無因次的係數,主要僅為壩體幾何尺寸的函式,可事先算好,其公式全部匯列於附表9中,k即分別為、……等,稱為還原係數;為每一計算點的相對座標。
對於兩種區域性滲透壓力的基本圖形(基本圖形ⅰ為區域性三角形分布,基本圖形ⅱ為區域性矩形分布),亦可視為兩種因數,其所產生的應力因數公式亦匯列於附表9中,在滲透壓力作用範圍內和公式中尚有校正項、、及等(見附表8及附表10)。
採用應力因素法計算的步驟如下:
(1)在壩體橫斷面上選取若干個計算截面,在每一截面上選取若干個計算點,組成計算網格(附圖9)。
附圖9 (2)確定每一計算高程處的下列引數:
截面長度t;
截面上的合力σw、σp、σm;
截面上下游所承受的靜壓力和**動水壓力、、和;
材料力學試題三
模擬試題三 一 單項選擇題 本大題共8小題,每小題4分,共32分 在每小題列出的四個選項中只有乙個選項是符合題目要求的。1 構件在外力作用下 的能力稱為穩定性。a 不發生斷裂 b 不產生變形 c 保持原有平衡狀態 d 保持靜止 2 截面面積矩的取值情況是 a 恆大於零 b 恒為負值 c 恆等於零 d...
結構模型競賽所用材料力學性質報告
材料力學效能測試 為了充分的利用材料,考慮木材的限量提供,研究材料 木條的順逆紋 的受壓受拉效能,並確定是否能承受理論受力值,抗彎能力的限度以及彈性模量具體值,確實502膠水凝結強度的最佳時間。此次材料力學效能的測試專案有 木材抗拉強度 木材彈性模量 膠水強度及最佳時間。木材抗拉強度 木材抗拉強度分...
材料力學三道題
2 6一木樁柱受力如圖所示。柱的橫截面為邊長200mm的正方形,材料可認為符合胡克定律,其彈性模量e 10 gpa。如不計柱的自重,試求 1 作軸力圖 2 各段柱橫截面上的應力 3 各段柱的縱向線應變 4 柱的總變形。解 壓 一木樁柱受力如圖所示。柱的橫截面為邊長200mm的正方形,材料可認為符合胡...