某拱坝应力计算实例.docx
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某拱坝应力计算实例
钢筋砼拱坝截面初拟尺寸计算
计算方案1采用C30砼
砌石拱坝加固拟沿原拱坝上游面新建一钢筋砼拱坝,坝顶高程814.9m,最大坝高20m,坝顶中部有挑流堰,堰顶高程814.1m(计算时从堰顶高程算起),拱圈最大中心角108°,建基面高程794.1m,该拱圈与原拱坝同圆心。
新建拱圈采用C30钢筋砼,热膨胀系数为1.0x10-51/℃,C30砼弹性模量3.0x104MPa,抗压强度设计值为14.3MPa,抗拉强度设计值为1.43MPa,基岩弹性模量取1.4x104MPa,淤沙高程为800.7m,浮容重为10KN/m3,淤沙内摩擦角15°。
方案1-a:
从溢流堰堰顶往下0~6.4m,拱厚0.8m;6.4m~19.2m,拱厚1.6m,C30砼。
钢筋砼等效弹性模量3.076x104MPa(假设按柱最小配筋率
,2级钢HRB335抗拉压强度设计值均为300MPa)
断面图及基本参数
断面截面分块高度拱厚拱中心半半中心角上游面与坝轴线
图编号H(米)T(米)径R(米)FA(度)之距LL(米)
0/.837.459.4
12.1.837.443.4
22.1.837.438.4
如图132.21.637.8291.2
42.31.637.8271.2
52.31.637.8261.2
62.41.637.8241.2
72.91.637.8221.2
82.91.637.8201.2
输入变量水砂总荷载(千牛/米)
砼热膨胀系数L=.00001P(0)=0
砼弹性模量EC=30760000P
(1)=21.22
基岩弹性模量EF=14000000P
(2)=42.44
淤砂浮容重RS=10P(3)=65.35
淤砂摩擦角FS=15P(4)=88.84
正常高水位HG=814.1P(5)=112.32
坝顶高程HA=814.1P(6)=136.83
建基面高程HI=794.9P(7)=183.88
淤砂高程HZ=800.7
延长系数C1=.45
梁与拱冠梁间的夹角F=0
水砂荷载引起的内力及变位
悬臂梁应力(水、砂、自重、水重)千牛/米2
弯矩(千牛-米)切力(千牛)上游面下游面
M(0)=0.0Q(0)=0.0LS(0)=0.0LX(0)=0.0
M
(1)=-52.76Q
(1)=-10.55LS
(1)=565.86LX
(1)=-444.07
M
(2)=-167.98Q
(2)=-18.41LS
(2)=1691.25LX
(2)=-1479.23
M(3)=-265.22Q(3)=19.37LS(3)=623.36LX(3)=-427.22
M(4)=-432.07Q(4)=26.31LS(4)=1177.91LX(4)=-871.44
M(5)=-515.92Q(5)=95.48LS(5)=1429.63LX(5)=-1012.76
M(6)=-324.1Q(6)=254LS(6)=1037.65LX(6)=-505.58
M(7)=638.94Q(7)=604.81LS(7)=-1149.88LX(7)=1821.15
拱梁分载(千牛/米)
分载图水砂荷载拱分载扭分载梁分载
P=0PD=31.26PH=0PF=-31.27
21.2235.582.4-16.76
42.4437.581.473.38
65.3575.722.53-12.92
如图288.8470.513.115.22
112.3259.774.1248.43
136.8343.12.8290.9
183.8816.641.69165.54
拱冠应力(千牛/米2)
拱冠梁径向变位(厘米)上游面下游面
R=.33GS
(1)=1577.4GX
(1)=1372.6
.37GS
(2)=1899.8GX
(2)=1444.7
.39GS(3)=2069.8GX(3)=1450.9
如图3.38GS(4)=2649.8GX(4)=673.1
.35GS(5)=2533GX(5)=472
.29GS(6)=2174.1GX(6)=326.2
.2GS(7)=1602.5GX(7)=115.6
.07GS(8)=627.3GX(8)=-8.1
拱座应力(千牛/米2)拱座作用力
上游面下游面轴向力(千牛)弯矩(千牛-米)剪力
ZS
(1)=1282.13ZX
(1)=1670.07HA
(1)=1180.88MA
(1)=-20.7VA
(1)=-1.5
ZS
(2)=1232.47ZX
(2)=2116.89HA
(2)=1339.74MA
(2)=-47.17VA
(2)=-4.85
ZS(3)=1158.33ZX(3)=2368.93HA(3)=1410.9MA(3)=-64.57VA(3)=-7.58
ZS(4)=-269.21ZX(4)=3633.66HA(4)=2691.57MA(4)=-832.62VA(4)=-128.31
ZS(5)=-513.83ZX(5)=3562.23HA(5)=2438.72MA(5)=-869.56VA(5)=-144.27
ZS(6)=-559.27ZX(6)=3098.44HA(6)=2031.34MA(6)=-780.32VA(6)=-134.59
ZS(7)=-599.12ZX(7)=2348.56HA(7)=1399.56MA(7)=-628.84VA(7)=-117.75
ZS(8)=-314.4ZX(8)=947.06HA(8)=506.13MA(8)=-269.12VA(8)=-55.08
温度荷载引起的内力及变位
悬臂梁应力(温度)
弯矩(千牛-米)切力(千牛)上游面下游面
M(0)=0.0Q(0)=0.0LS(0)=0.0LX(0)=0.0CT
(1)=-3450.41
M
(1)=-19.67Q
(1)=67.68LS
(1)=184.36LX
(1)=-184.37CT
(2)=-3450.41
M
(2)=-53.8Q
(2)=61.8LS
(2)=504.37LX
(2)=-504.38CT(3)=-3450.41
M(3)=-29.97Q(3)=127.8LS(3)=70.22LX(3)=-70.23CT(4)=-2897.24
M(4)=-106.18Q(4)=131.09LS(4)=248.84LX(4)=-248.85CT(5)=-2897.24
M(5)=-91.79Q(5)=176.46LS(5)=215.12LX(5)=-215.13CT(6)=-2897.24
M(6)=161.72Q(6)=285.85LS(6)=-379.06LX(6)=379.05CT(7)=-2897.24
M(7)=1001.19Q(7)=503.19LS(7)=-2346.55LX(7)=2346.54CT(8)=-2897.24
拱梁分载(千牛/米)
分载图温度当量荷载拱分载扭分载梁分载
P=73.02PD=81.58PH=0PF=-8.57
73.0275.822.89-5.7
73.0268.15.75-.84
120.09121.296.5-7.72
如图4120.09100.362.2117.51
120.0976.092.3341.65
120.0949.4.4970.19
120.0917.13-1.25104.2
拱冠应力(千牛/米2)
梁径向变位上游面下游面
R=.87GS
(1)=4116.6GX
(1)=3582
.8GS
(2)=4048.6GX
(2)=3078.8
.72GS(3)=3751GX(3)=2629.3
如图5.61GS(4)=4244.5GX(4)=1078.1
.5GS(5)=3605.3GX(5)=671.9
.37GS(6)=2767.7GX(6)=415.3
.23GS(7)=1836.6GX(7)=132.5
.07GS(8)=645.6GX(8)=-8.3
拱座应力(千牛/米2)拱座作用力
上游面下游面轴向力(千牛)弯矩(千牛-米)剪力
ZS
(1)=3345.93ZX
(1)=4358.33HA
(1)=3081.7MA
(1)=-54VA
(1)=-3.9
ZS
(2)=2626.46ZX
(2)=4511.22HA
(2)=2855.07MA
(2)=-100.53VA
(2)=-10.34
ZS(3)=2099.17ZX(3)=4293.08HA(3)=2556.9MA(3)=-117.01VA(3)=-13.74
ZS(4)=-431.21ZX(4)=5820.35HA(4)=4311.32MA(4)=-1333.67VA(4)=-205.53
ZS(5)=-731.36ZX(5)=5070.33HA(5)=3471.18MA(5)=-1237.7VA(5)=-205.35
ZS(6)=-711.99ZX(6)=3944.52HA(6)=2586.03MA(6)=-993.39VA(6)=-171.34
ZS(7)=-686.65ZX(7)=2691.69HA(7)=1604.04MA(7)=-720.72VA(7)=-134.95
ZS(8)=-323.58ZX(8)=974.73HA(8)=520.92MA(8)=-276.98VA(8)=-56.69
最大压应力
,发生在第4拱圈拱座下游面,不满足要求。
最大拉应力
,发生在悬臂梁最底层拱圈上游面。
方案1-b:
从溢流堰堰顶往下0~6.4m,拱厚0.8m;6.4m~19.2m,拱厚2.2m,C30砼。
钢筋砼等效弹性模量3.077x104MPa
断面图及基本参数
断面截面分块高度拱厚拱中心半半中心角上游面与坝轴线
图编号H(米)T(米)径R(米)FA(度)之距LL(米)
0/.837.459.4
12.1.837.443.4
22.1.837.438.4
如图132.22.238.1291.8
42.32.238.1271.8
52.32.238.1261.8
62.42.238.1241.8
72.92.238.1221.8
82.92.238.1201.8
输入变量水砂总荷载(千牛/米)
砼热膨胀系数L=.00001P(0)=0
砼弹性模量EC=30770000P
(1)=21.22
基岩弹性模量EF=14000000P
(2)=42.44
淤砂浮容重RS=10P(3)=65.84
淤砂摩擦角FS=15P(4)=89.51
正常高水位HG=814.1P(5)=113.17
坝顶高程HA=814.1P(6)=137.86
建基面高程HI=794.9P(7)=185.27
淤砂高程HZ=800.7
延长系数C1=.45
梁与拱冠梁间的夹角F=0
水砂荷载引起的内力及变位
悬臂梁应力(水、砂、自重、水重)千牛/米2
弯矩(千牛-米)切力(千牛)上游面下游面
M(0)=0.0Q(0)=0.0LS(0)=0.0LX(0)=0.0
M
(1)=-49.1Q
(1)=-8.6LS
(1)=531.54LX
(1)=-409.75
M
(2)=-138.94Q
(2)=-5.69LS
(2)=1419LX
(2)=-1206.98
M(3)=-170.41Q(3)=50.27LS(3)=197.58LX(3)=-34.56
M(4)=-308.19Q(4)=57.77LS(4)=530.59LX(4)=-257.3
M(5)=-336.05Q(5)=140.03LS(5)=620.32LX(5)=-236.64
M(6)=-31.78Q(6)=319.89LS(6)=300.72LX(6)=198.16
M(7)=1143.77Q(7)=695.16LS(7)=-1086.96LX(7)=1725.05
拱梁分载(千牛/米)
分载图水砂荷载拱分载扭分载梁分载
P=0PD=29.4PH=0PF=-29.41
21.2230.452.55-11.79
42.4429.385.547.52
65.8476.076.59-16.82
如图289.5165.573.0420.88
113.1751.653.5757.94
137.8635.21.53101.12
185.2712.92-.34172.68
拱冠应力(千牛/米2)
拱冠梁径向变位(厘米)上游面下游面
R=.31GS
(1)=1483.7GX
(1)=1291
.32GS
(2)=1626GX
(2)=1236.5
.31GS(3)=1618.1GX(3)=1134.2
如图3.27GS(4)=2060.7GX(4)=232.8
.22GS(5)=1804.4GX(5)=78.8
.17GS(6)=1428.6GX(6)=10.1
.11GS(7)=976GX(7)=-68.2
.03GS(8)=353.4GX(8)=-53.6
拱座应力(千牛/米2)拱座作用力
上游面下游面轴向力(千牛)弯矩(千牛-米)剪力
ZS
(1)=1205.96ZX
(1)=1570.86HA
(1)=1110.73MA
(1)=-19.47VA
(1)=-1.41
ZS
(2)=1054.87ZX
(2)=1811.86HA
(2)=1146.69MA
(2)=-40.38VA
(2)=-4.16
ZS(3)=905.54ZX(3)=1851.95HA(3)=1103MA(3)=-50.48VA(3)=-5.93
ZS(4)=-631.48ZX(4)=2977.41HA(4)=2580.53MA(4)=-1455.59VA(4)=-222.55
ZS(5)=-740.07ZX(5)=2672.83HA(5)=2126.04MA(5)=-1376.54VA(5)=-226.59
ZS(6)=-664.13ZX(6)=2143.66HA(6)=1627.48MA(6)=-1132.48VA(6)=-193.8
ZS(7)=-566.06ZX(7)=1503.94HA(7)=1031.67MA(7)=-834.91VA(7)=-155.1
ZS(8)=-248.21ZX(8)=559.79HA(8)=342.75MA(8)=-325.9VA(8)=-66.18
温度荷载引起的内力及变位
悬臂梁应力(温度)
弯矩(千牛-米)切力(千牛)上游面下游面
M(0)=0.0Q(0)=0.0LS(0)=0.0LX(0)=0.0CT
(1)=-3450.41
M
(1)=-5.21Q
(1)=74.7LS
(1)=48.84LX
(1)=-48.85CT
(2)=-3450.41
M
(2)=13.44Q
(2)=87.31LS
(2)=-126.02LX
(2)=126.01CT(3)=-3450.41
M(3)=161.85Q(3)=202.94LS(3)=-200.65LX(3)=200.64CT(4)=-2586.27
M(4)=142.34Q(4)=221.48LS(4)=-176.46LX(4)=176.45CT(5)=-2586.27
M(5)=274.75Q(5)=296.6LS(5)=-340.61LX(5)=340.6CT(6)=-2586.27
M(6)=763.41Q(6)=452.03LS(6)=-946.39LX(6)=946.38CT(7)=-2586.27
M(7)=2074.13Q(7)=736.15LS(7)=-2571.25LX(7)=2571.24CT(8)=-2586.27
拱梁分载(千牛/米)
分载图温度当量荷载拱分载扭分载梁分载
P=73.02PD=74.9PH=0PF=-1.88
73.0267.012.933.07
73.0257.8314.24.93
145.14140.1315.17-10.16
如图4145.14112.482.4730.18
145.1482.091.7861.27
145.1451.62-1.6395.14
145.1417.29-4.93132.77
拱冠应力(千牛/米2)
梁径向变位上游面下游面
R=.8GS
(1)=3779.3GX
(1)=3288.5
.71GS
(2)=3578.4GX
(2)=2721.3
.61GS(3)=3185.5GX(3)=2232.9
如图5.5GS(4)=3796.1GX(4)=428.9
.39GS(5)=3095.1GX(5)=135.2
.28GS(6)=2270.5GX(6)=16.1
.16GS(7)=1431.3GX(7)=-100
.05GS(8)=473GX(8)=-71.7
拱座应力(千牛/米2)拱座作用力
上游面下游面轴向力(千牛)弯矩(千牛-米)剪力
ZS
(1)=3071.78ZX
(1)=4001.23HA
(1)=2829.2MA
(1)=-49.58VA
(1)=-3.58
ZS
(2)=2321.43ZX
(2)=3987.3HA
(2)=2523.49MA
(2)=-88.85VA
(2)=-9.14
ZS(3)=1782.69ZX(3)=3645.83HA(3)=2171.41MA(3)=-99.37VA(3)=-11.67
ZS(4)=-1163.27ZX(4)=5484.81HA(4)=4753.7MA(4)=-2681.4VA(4)=-409.97
ZS(5)=-1269.43ZX(5)=4584.66HA(5)=3646.76MA(5)=-2361.15VA(5)=-388.66
ZS(6)=-1055.48ZX(6)=3406.84HA(6)=2586.51MA(6)=-1799.81VA(6)=-307.99
ZS(7)=-830.12ZX(7)=2205.51HA(7)=1512.94MA(7)=-1224.37VA(7)=-227.45
ZS(8)=-332.2ZX(8)=749.24HA(8)=458.74MA(8)=-436.18VA(8)=-88.57
最大压应力
,发生在第4拱圈拱座下游面,满足要求。
最大拉应力
,发生在悬臂梁最底层拱圈上游面。
计算方案2采用C25砼
砌石拱坝加固拟沿原拱坝上游面新建一钢筋砼拱坝,坝顶高程814.9m,最大坝高20m,坝顶中部有挑流堰,堰顶高程814.1m(计算时从堰顶高程算起),拱圈最大中心角108°,建基面高程794.1m,该拱圈与原拱坝同圆心。
新建拱圈采用C25钢筋砼,热膨胀系数为1.0x10-51/℃,C25砼弹性模量2.8x104MPa,抗压强度设计值为11.9MPa,抗拉强度设计值为1.27MPa,基岩弹性模量取1.4x104MPa,淤沙高程为800.7m,浮容重为10KN/m3,淤沙内摩擦角15°。
方案2-a:
从溢流堰堰顶往下0~6.4m,拱厚1.2m;6.4m~19.2m,拱厚2.6m,C25砼。
钢筋砼等效弹性模量2.878x104MPa
断面图及基本参数
断面截面分块高度拱厚拱中心半半中心角上游面与坝轴线
图编号H(米)T(米)径R(米)FA(度)之距LL(米)
0/1.237.659.6
12.11.237.643.6
22.11.237.638.6
如图132.22.638.3292
42.32.638.3272
52.32.638.3262
62.42.638.3242
72.92.638.3222
82.92.638.3202
输入变量水砂总荷载(千牛/米)
砼热膨胀系数L=.00001P(0)=0
砼弹性模量EC=28780000P
(1)=21.33
基岩弹性模量EF=14000000P
(2)=42.67
淤砂浮容重RS=10P(3)=66.17
淤砂摩擦角FS=15P(4)=89.95
正常高水位
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- 拱坝 应力 计算 实例