某拱坝应力计算实例.docx

1、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1.0x10-5 1/，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1.4 x104MPa，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06.4m，拱厚0.

2、8m；6.4m19.2m，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 / .8 37.4 59 .4 1 2.1 .8 37.4 43 .4 2 2.1 .8 37.4 38 .4 如图1 3 2.2 1.6 37.8 29 1.2 4 2.3 1.6 37.8 27 1.2 5 2.3 1.6 37.8 26 1.2 6 2.4 1.6 37.

3、8 24 1.2 7 2.9 1.6 37.8 22 1.2 8 2.9 1.6 37.8 20 1.2 输入变量 水砂总荷载(千牛/米)砼热膨胀系数 L= .00001 P( 0)= 0砼弹性模量 EC= 30760000 P( 1)= 21.22基岩弹性模量 EF= 14000000 P( 2)= 42.44淤砂浮容重 RS= 10 P( 3)= 65.35淤砂摩擦角 FS= 15 P( 4)= 88.84正常高水位 HG= 814.1 P( 5)= 112.32坝顶高程 HA= 814.1 P( 6)= 136.83建基面高程 HI= 794.9 P( 7)= 183.88淤砂高程 HZ

4、= 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)= 0.0 Q( 0)= 0.0 LS( 0)= 0.0 LX( 0)= 0.0 M( 1)=-52.76 Q( 1)=-10.55 LS( 1)= 565.86 LX( 1)=-444.07 M( 2)=-167.98 Q( 2)=-18.41 LS( 2)= 1691.25 LX( 2)=-1479.23 M( 3)=-265.22 Q( 3)= 19.37 LS( 3)= 623

5、.36 LX( 3)=-427.22 M( 4)=-432.07 Q( 4)= 26.31 LS( 4)= 1177.91 LX( 4)=-871.44 M( 5)=-515.92 Q( 5)= 95.48 LS( 5)= 1429.63 LX( 5)=-1012.76 M( 6)=-324.1 Q( 6)= 254 LS( 6)= 1037.65 LX( 6)=-505.58 M( 7)= 638.94 Q( 7)= 604.81 LS( 7)=-1149.88 LX( 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= 0 PD

6、= 31.26 PH= 0 PF=-31.27 21.22 35.58 2.4 -16.76 42.44 37.58 1.47 3.38 65.35 75.72 2.53 -12.92如图2 88.84 70.51 3.1 15.22 112.32 59.77 4.12 48.43 136.83 43.1 2.82 90.9 183.88 16.64 1.69 165.54拱冠应力(千牛/米2)拱冠梁径向变位(厘米) 上 游 面 下 游 面 R= .33 GS( 1)= 1577.4 GX( 1)= 1372.6 .37 GS( 2)= 1899.8 GX( 2)= 1444.7 .39 GS

7、( 3)= 2069.8 GX( 3)= 1450.9 如图3 .38 GS( 4)= 2649.8 GX( 4)= 673.1 .35 GS( 5)= 2533 GX( 5)= 472 .29 GS( 6)= 2174.1 GX( 6)= 326.2 .2 GS( 7)= 1602.5 GX( 7)= 115.6 .07 GS( 8)= 627.3 GX( 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)= 1282.13 ZX( 1)= 1670.07 HA( 1)= 1180.88 MA( 1)=-20

8、.7 VA( 1)=-1.5 ZS( 2)= 1232.47 ZX( 2)= 2116.89 HA( 2)= 1339.74 MA( 2)=-47.17 VA( 2)=-4.85 ZS( 3)= 1158.33 ZX( 3)= 2368.93 HA( 3)= 1410.9 MA( 3)=-64.57 VA( 3)=-7.58 ZS( 4)=-269.21 ZX( 4)= 3633.66 HA( 4)= 2691.57 MA( 4)=-832.62 VA( 4)=-128.31 ZS( 5)=-513.83 ZX( 5)= 3562.23 HA( 5)= 2438.72 MA( 5)=-869.

9、56 VA( 5)=-144.27 ZS( 6)=-559.27 ZX( 6)= 3098.44 HA( 6)= 2031.34 MA( 6)=-780.32 VA( 6)=-134.59 ZS( 7)=-599.12 ZX( 7)= 2348.56 HA( 7)= 1399.56 MA( 7)=-628.84 VA( 7)=-117.75 ZS( 8)=-314.4 ZX( 8)= 947.06 HA( 8)= 506.13 MA( 8)=-269.12 VA( 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

10、( 0)= 0.0 Q( 0)= 0.0 LS( 0)= 0.0 LX( 0)= 0.0 CT( 1)=-3450.41M( 1)=-19.67 Q( 1)= 67.68 LS( 1)= 184.36 LX( 1)=-184.37 CT( 2)=-3450.41M( 2)=-53.8 Q( 2)= 61.8 LS( 2)= 504.37 LX( 2)=-504.38 CT( 3)=-3450.41M( 3)=-29.97 Q( 3)= 127.8 LS( 3)= 70.22 LX( 3)=-70.23 CT( 4)=-2897.24M( 4)=-106.18 Q( 4)= 131.09 LS(

11、 4)= 248.84 LX( 4)=-248.85 CT( 5)=-2897.24M( 5)=-91.79 Q( 5)= 176.46 LS( 5)= 215.12 LX( 5)=-215.13 CT( 6)=-2897.24M( 6)= 161.72 Q( 6)= 285.85 LS( 6)=-379.06 LX( 6)= 379.05 CT( 7)=-2897.24M( 7)= 1001.19 Q( 7)= 503.19 LS( 7)=-2346.55 LX( 7)= 2346.54 CT( 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

12、分 载 P= 73.02 PD= 81.58 PH= 0 PF=-8.57 73.02 75.82 2.89 -5.7 73.02 68.1 5.75 -.84 120.09 121.29 6.5 -7.72如图4 120.09 100.36 2.21 17.51 120.09 76.09 2.33 41.65 120.09 49.4 .49 70.19 120.09 17.13 -1.25 104.2拱冠应力(千牛/米2)梁径向变位 上 游 面 下 游 面 R= .87 GS( 1)= 4116.6 GX( 1)= 3582 .8 GS( 2)= 4048.6 GX( 2)= 3078.8

13、.72 GS( 3)= 3751 GX( 3)= 2629.3 如图5 .61 GS( 4)= 4244.5 GX( 4)= 1078.1 .5 GS( 5)= 3605.3 GX( 5)= 671.9 .37 GS( 6)= 2767.7 GX( 6)= 415.3 .23 GS( 7)= 1836.6 GX( 7)= 132.5 .07 GS( 8)= 645.6 GX( 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)= 3345.93 ZX( 1)= 4358.33 HA( 1)= 3081.7 MA

14、( 1)=-54 VA( 1)=-3.9 ZS( 2)= 2626.46 ZX( 2)= 4511.22 HA( 2)= 2855.07 MA( 2)=-100.53 VA( 2)=-10.34 ZS( 3)= 2099.17 ZX( 3)= 4293.08 HA( 3)= 2556.9 MA( 3)=-117.01 VA( 3)=-13.74 ZS( 4)=-431.21 ZX( 4)= 5820.35 HA( 4)= 4311.32 MA( 4)=-1333.67 VA( 4)=-205.53 ZS( 5)=-731.36 ZX( 5)= 5070.33 HA( 5)= 3471.18 M

15、A( 5)=-1237.7 VA( 5)=-205.35 ZS( 6)=-711.99 ZX( 6)= 3944.52 HA( 6)= 2586.03 MA( 6)=-993.39 VA( 6)=-171.34 ZS( 7)=-686.65 ZX( 7)= 2691.69 HA( 7)= 1604.04 MA( 7)=-720.72 VA( 7)=-134.95 ZS( 8)=-323.58 ZX( 8)= 974.73 HA( 8)= 520.92 MA( 8)=-276.98 VA( 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

16、游面。方案1-b：从溢流堰堰顶往下06.4m，拱厚0.8m；6.4m19.2m，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 / .8 37.4 59 .4 1 2.1 .8 37.4 43 .4 2 2.1 .8 37.4 38 .4 如图1 3 2.2 2.2 38.1 29 1.8 4 2.3 2.2 38.1 27 1.8 5 2.3 2.2 38.1 26 1.8 6 2.4 2.2 38.1 24 1.8 7

17、 2.9 2.2 38.1 22 1.8 8 2.9 2.2 38.1 20 1.8 输入变量 水砂总荷载(千牛/米)砼热膨胀系数 L= .00001 P( 0)= 0砼弹性模量 EC= 30770000 P( 1)= 21.22基岩弹性模量 EF= 14000000 P( 2)= 42.44淤砂浮容重 RS= 10 P( 3)= 65.84淤砂摩擦角 FS= 15 P( 4)= 89.51正常高水位 HG= 814.1 P( 5)= 113.17坝顶高程 HA= 814.1 P( 6)= 137.86建基面高程 HI= 794.9 P( 7)= 185.27淤砂高程 HZ= 800.7 延长

18、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)= 0.0 Q( 0)= 0.0 LS( 0)= 0.0 LX( 0)= 0.0 M( 1)=-49.1 Q( 1)=-8.6 LS( 1)= 531.54 LX( 1)=-409.75 M( 2)=-138.94 Q( 2)=-5.69 LS( 2)= 1419 LX( 2)=-1206.98 M( 3)=-170.41 Q( 3)= 50.27 LS( 3)= 197.58 LX( 3)=-34.56

19、 M( 4)=-308.19 Q( 4)= 57.77 LS( 4)= 530.59 LX( 4)=-257.3 M( 5)=-336.05 Q( 5)= 140.03 LS( 5)= 620.32 LX( 5)=-236.64 M( 6)=-31.78 Q( 6)= 319.89 LS( 6)= 300.72 LX( 6)= 198.16 M( 7)= 1143.77 Q( 7)= 695.16 LS( 7)=-1086.96 LX( 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= 0 PD= 29.4 PH= 0 PF=-2

20、9.41 21.22 30.45 2.55 -11.79 42.44 29.38 5.54 7.52 65.84 76.07 6.59 -16.82如图2 89.51 65.57 3.04 20.88 113.17 51.65 3.57 57.94 137.86 35.2 1.53 101.12 185.27 12.92 -.34 172.68拱冠应力(千牛/米2)拱冠梁径向变位(厘米) 上 游 面 下 游 面 R= .31 GS( 1)= 1483.7 GX( 1)= 1291 .32 GS( 2)= 1626 GX( 2)= 1236.5 .31 GS( 3)= 1618.1 GX( 3)

21、= 1134.2 如图3 .27 GS( 4)= 2060.7 GX( 4)= 232.8 .22 GS( 5)= 1804.4 GX( 5)= 78.8 .17 GS( 6)= 1428.6 GX( 6)= 10.1 .11 GS( 7)= 976 GX( 7)=-68.2 .03 GS( 8)= 353.4 GX( 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)= 1205.96 ZX( 1)= 1570.86 HA( 1)= 1110.73 MA( 1)=-19.47 VA( 1)=-1.41 ZS

22、( 2)= 1054.87 ZX( 2)= 1811.86 HA( 2)= 1146.69 MA( 2)=-40.38 VA( 2)=-4.16 ZS( 3)= 905.54 ZX( 3)= 1851.95 HA( 3)= 1103 MA( 3)=-50.48 VA( 3)=-5.93 ZS( 4)=-631.48 ZX( 4)= 2977.41 HA( 4)= 2580.53 MA( 4)=-1455.59 VA( 4)=-222.55 ZS( 5)=-740.07 ZX( 5)= 2672.83 HA( 5)= 2126.04 MA( 5)=-1376.54 VA( 5)=-226.59

23、ZS( 6)=-664.13 ZX( 6)= 2143.66 HA( 6)= 1627.48 MA( 6)=-1132.48 VA( 6)=-193.8 ZS( 7)=-566.06 ZX( 7)= 1503.94 HA( 7)= 1031.67 MA( 7)=-834.91 VA( 7)=-155.1 ZS( 8)=-248.21 ZX( 8)= 559.79 HA( 8)= 342.75 MA( 8)=-325.9 VA( 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)= 0.0 Q( 0)= 0.

24、0 LS( 0)= 0.0 LX( 0)= 0.0 CT( 1)=-3450.41M( 1)=-5.21 Q( 1)= 74.7 LS( 1)= 48.84 LX( 1)=-48.85 CT( 2)=-3450.41M( 2)= 13.44 Q( 2)= 87.31 LS( 2)=-126.02 LX( 2)= 126.01 CT( 3)=-3450.41M( 3)= 161.85 Q( 3)= 202.94 LS( 3)=-200.65 LX( 3)= 200.64 CT( 4)=-2586.27M( 4)= 142.34 Q( 4)= 221.48 LS( 4)=-176.46 LX( 4

25、)= 176.45 CT( 5)=-2586.27M( 5)= 274.75 Q( 5)= 296.6 LS( 5)=-340.61 LX( 5)= 340.6 CT( 6)=-2586.27M( 6)= 763.41 Q( 6)= 452.03 LS( 6)=-946.39 LX( 6)= 946.38 CT( 7)=-2586.27M( 7)= 2074.13 Q( 7)= 736.15 LS( 7)=-2571.25 LX( 7)= 2571.24 CT( 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= 73.02 PD= 7

26、4.9 PH= 0 PF=-1.88 73.02 67.01 2.93 3.07 73.02 57.83 14.24 .93 145.14 140.13 15.17 -10.16如图4 145.14 112.48 2.47 30.18 145.14 82.09 1.78 61.27 145.14 51.62 -1.63 95.14 145.14 17.29 -4.93 132.77拱冠应力(千牛/米2)梁径向变位 上 游 面 下 游 面 R= .8 GS( 1)= 3779.3 GX( 1)= 3288.5 .71 GS( 2)= 3578.4 GX( 2)= 2721.3 .61 GS( 3

27、)= 3185.5 GX( 3)= 2232.9 如图5 .5 GS( 4)= 3796.1 GX( 4)= 428.9 .39 GS( 5)= 3095.1 GX( 5)= 135.2 .28 GS( 6)= 2270.5 GX( 6)= 16.1 .16 GS( 7)= 1431.3 GX( 7)=-100 .05 GS( 8)= 473 GX( 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)= 3071.78 ZX( 1)= 4001.23 HA( 1)= 2829.2 MA( 1)=-49.58

28、VA( 1)=-3.58 ZS( 2)= 2321.43 ZX( 2)= 3987.3 HA( 2)= 2523.49 MA( 2)=-88.85 VA( 2)=-9.14 ZS( 3)= 1782.69 ZX( 3)= 3645.83 HA( 3)= 2171.41 MA( 3)=-99.37 VA( 3)=-11.67 ZS( 4)=-1163.27 ZX( 4)= 5484.81 HA( 4)= 4753.7 MA( 4)=-2681.4 VA( 4)=-409.97 ZS( 5)=-1269.43 ZX( 5)= 4584.66 HA( 5)= 3646.76 MA( 5)=-2361

29、.15 VA( 5)=-388.66 ZS( 6)=-1055.48 ZX( 6)= 3406.84 HA( 6)= 2586.51 MA( 6)=-1799.81 VA( 6)=-307.99 ZS( 7)=-830.12 ZX( 7)= 2205.51 HA( 7)= 1512.94 MA( 7)=-1224.37 VA( 7)=-227.45 ZS( 8)=-332.2 ZX( 8)= 749.24 HA( 8)= 458.74 MA( 8)=-436.18 VA( 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

30、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1.0x10-5 1/，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1.4 x104MPa，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06.4m，拱厚1.2m；6.4m19.2m，拱厚2.6m，C25砼。钢筋砼

31、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 / 1.2 37.6 59 .6 1 2.1 1.2 37.6 43 .6 2 2.1 1.2 37.6 38 .6 如图1 3 2.2 2.6 38.3 29 2 4 2.3 2.6 38.3 27 2 5 2.3 2.6 38.3 26 2 6 2.4 2.6 38.3 24 2 7 2.9 2.6 38.3 22 2 8 2.9 2.6 38.3 20 2 输入变量 水砂总荷载(千牛/米)砼热膨胀系数 L= .00001 P( 0)= 0砼弹性模量 EC= 28780000 P( 1)= 21.33基岩弹性模量 EF= 14000000 P( 2)= 42.67淤砂浮容重 RS= 10 P( 3)= 66.17淤砂摩擦角 FS= 15 P( 4)= 89.95正常高水位