论拱坝应力控制标准论文

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1、论拱坝应力控制标准论文摘要：实践经验表明，我国现行混凝土拱坝设计规范存在下列问题：允许应力与建筑物重要性无关，允许主拉应力与混凝土强度无关，拱坝应力分析主要采用多拱梁法和有限元法，但同一拱坝用不同多拱梁法程序计算的结果并不一致，尤其是拉应力相差较多，有限元法具有较强计算功能，但由于应力集中.freel、库容几百亿m3的大拱坝与一座坝高30m、库容几百万m3的小拱坝，尽管库容相差上万倍，但采用的应力控制标准相同，显然是不合理的。②允许主拉应力与混凝土强度等级无关，对于C35混凝土与C25混凝土，允许拉应力完全相同，明显不合理。③多

2、拱梁法是设计拱坝体形的主要方法，但同一拱坝用不同程序计算的结果并不一致，尤其是拉应力相差较多，而对于高度150m以下的拱坝，允许拉应力往往是断面设计的控制因素，不同程序算出结果不同，难以处理。④有限元法具有较强的功能，但由于应力集中，算出的应力数值往往很大，缺乏合适的应力控制标准。本文首先研究有限元法的应力控制标准，然后对影响拱坝允许应力的各项因素进行深入的分析，在理论分析和总结国内外拱坝建设实践经验的基础上，提出一套新的拱坝应力控制标准，使上述各问题都得到了较好的解决。本文是“九五”国家科技攻关《高拱坝结构问题研究》专题（编号

3、96-221-04）研究成果的一部分，参加工作的还有董福品、杨波、李雪春、许平、王树和、邹丽春等同志。2有限元等效应力法有限元计算功能很强，但由于存在应力集中现象，过去没有合适的应力控制标准，计算结果只能供设计参考，不能作为设计依据。我们研究了以下两种有限元应力控制方法。2.1限制拉应力范围限制拉应力范围不超过坝体厚度的15～20%，不限制应力数值，我们计算过13个已建拱坝，发现只有一个拱坝能满足这一要求，而且不少拱坝冬季上部全断面受拉，这些工程都已正常运行多年。另外，有限元计算的压应力也有应力集中现象，因此这一方法是不可行的。

4、3拱坝设计应力今将拱坝在设计荷载作用下在坝内产生的应力称为设计应力。3.1拱坝设计应力表达式拱坝接缝是自下而上分区进行灌浆的，因此拱坝是自下而上逐步形成整体的，这一施工过程对自重应力有相当大的影响，目前工程设计中用有限元计算坝体应力时，往往忽略了这一因素而按整体计算自重应力。我们用三维有限元法对小湾拱坝进行了计算，一种是不考虑施工过程，自重按整体计算，最大主拉应力为3.80MPa（有限元等效应力）；另一种是考虑施工过程，接缝分9步灌浆，最大主拉应力减小到1.54MPa。可见考虑施工过程计算自重后，最大主拉应力减小2.26MPa，

5、坝踵受拉范围也明显减小（见李雪春、朱伯芳、高永梅等，施工过程、岩面水压及横缝对拱坝应力的影响，中国水利水电科学院，2000年5月）。实践经验表明，经过灌浆的横缝，可以很好地传递压应力，但很难有效地传递拉应力。横缝不抗拉使拱的拉应力得到部分释放，拱的变位增加，从而对拱坝整体应力状态产生影响。我们用非线性三维有限元对小湾拱坝应力状态进行了分析，完全模拟实际工程，坝内设置了47条横缝，两条横缝之间设两个实体元，横缝用缝单元模拟，分别对横缝抗拉（线弹性）与横缝不抗拉（非线性）进行了计算，计算结果发现，横缝不抗拉只对横缝附近拱向应力有影响

6、，对整体应力状态影响极小，上、下游面最大主拉应力和最大主压应力几乎没有变化，过去有人认为，因为有横缝，拱坝内拉应力几乎不存在，现在看来这种认识是不符合实际的。总之，横缝对拱向应力的影响较大，对整体应力的影响较小，当横缝受拉深度较小时，对整体应力的影响很小，但当横缝受拉深度很大时，横缝对整体应力的影响可能相当大，例如，严寒地区的薄拱坝以及拱坝在低水位遇强烈地震时，横缝影响均不容忽视。4混凝土可用强度拱坝内部应力是三维的，但控制应力多在上下游面近基础部位，该处受力条件较复杂，但3个主应力中往往有1个甚至2个是拉应力或很小的压应力，因

7、此采用单轴强度作为控制标准较为合适。《水工混凝土结构设计规范DL/T5057-1996》5定义混凝土强度等级C为15cm立方体试件28d龄期95%保证率的抗压强度，与目前规定相比，变动较大。根据我国的实际情况，作者认为对于大坝混凝土，定义混凝土强度等级C90为15cm立方体试件90d龄期80%保证率的抗压强度比较合适。4.1混凝土可用强度表达式实际工程中的混凝土强度与室内小试件强度有重大差别，影响因素包括试件形状寸、湿筛、使用龄期及时间效应等，在决定混凝土可用强度时，应考虑这些因素的影响。混凝土可用抗压强度表示如下：4.4持载时

8、间效应系数b3加荷速率对混凝土强度有较大影响，加荷越快，强度越高；反之，加荷越慢，强度越低。通常室内混凝土强度试验，试件是在1～2min内破坏的，而实际工程的持荷时间长达数十年，远远超过1～2min。荷载持续时间的长短对混凝土强度的影响见表58。混凝土还存在疲劳