最新3.4重力坝的应力分析资料课件PPT.ppt 63页

'3.4重力坝的应力分析资料 §3.4重力坝的应力分析三、应力分析的过程：1）进行荷载计算及荷载组合2）选择合适的方法进行应力计算3）检验大坝各部位的应力是否满足强度要求2 §3.4重力坝的应力分析二、应力分析方法综述重力坝的应力分析方法可以归纳为理论计算和模型试验两大类，这两类方法是彼此补充、相互验证的，其结果都要受到原型观测的检验。目前常用的应力分析方法有：（1）模型试验法（2）材料力学法（3）弹性理论的解析法（4）弹性理论的差分法（5）弹性理论的有限元法3 因为假定бy按直线分布，所以可按偏心受压公式计算上、下游边缘应力бyu和бyd。(kPa)(kPa)式中ΣW―作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和(kN);ΣM―作用于计算截面以上全部荷载对截面垂直水流流向形心轴的力矩总和(kN.m)；B―计算截面的长度(m)1）垂直正应力(verticalnormalstress): 2）剪应力(Shearstress)：已知бyu和бyd以后，可以根据边缘微分体的平衡条件解出上、下游边缘剪应力τu和τd。由上游坝面的微分体，根据ΣFy=0得式中pu―上游面水压力强度；n―上游坝坡坡率，n=tgφu，式中pd―下游面水压力强度；m―下游坝坡坡率，m=tgφd同样： 3）水平正应力(Horizontalnormalstress)已知τu和τd以后，可以根据平衡条件ΣFx=0求得上、下游边缘的水平正应力бxu和бxd。 4）主应力(principalstress)：由上下游坝面微分体的平衡条件ΣFy=0，可解出：各符号意义见图 5）有扬压力的边缘应力计算： 4.坝内应力(internalstress)计算如图所示，显然微分体的平衡方程(equilibrium)为下面，我们分别来计算其中的各个应力分量 1）垂直应力бy对于垂直应力，我们假定бy在水平截面上按直线分布，即бy＝a+bx坝内应力计算其中： 2）剪应力τ利用平衡方程，经积分并利用边界条件可以得出τ=a1+b1x+c1x2坝内应力计算其中： 3）水平应力бx同样利用平衡方程，经积分并利用边界条件可以得出：其中： 4）坝内主应力求得任意点的三个应力分量бx、бy和τ以后，即可计算该点的主应力和第一主应力的方向 坝内应力可先计算无扬压力情况，然后迭加扬压力引起的应力。考虑扬压力情况 1.坝基面的正应力（1）运用期：在各种荷载组合下(地震荷载除外)，坝基面的最大竖向正应力бymax应小于坝基容许压应力(计算时入扬压力)；最小竖向正应力бymin应大于零(计算时应计入扬压力)。三、应力控制标准(permissiblestress) （2）施工期：下游坝面允许有不大于O.1MPa的拉应力。地基容许压应力取岩石试块(通常为5cm×5cm×5cm)极限抗压强度的1/25～1/5，视岩体的具体情况而定。 2.坝体应力（1）运用期坝体上游面的最小主应力要考虑两种控制标准：在作用力中计入扬压力时，要求б≥0，即б为压应力；坝体下游面的最大主压应力，不得大于混凝土的容许压应力。地震作用下，坝体的应力控制标准应满足《水工建筑物抗震设计规范》的要求；关于坝体局部区域拉应力的规定； （2）施工期坝内主压应力不得大于混凝土的容许压应力，在坝的下游面可以有不大于O.2MPa的主拉应力。 烧土制品是以粘土为主要原料，经成型、干燥、高温焙（bèi）烧而制得的产品。建筑工程中常用的墙体材料、屋面材料、装饰材料和卫生洁具等都离不开烧土制品，如烧结粘土砖和瓦、内墙面砖、外墙面砖、地砖、琉璃制品、卫生陶瓷制品和耐火制品等。 第一节粘土砖瓦在墙体材料中，目前砖占主要地位，而在砖材料中，烧结粘土砖又是主要的，古老的秦砖汉瓦至今还有一定的生命力，这主要是粘土原料来源广泛，生产工艺简单，其制品有一定的强度，耐久性、防火、隔热的特点，并价格低廉，应用灵活，具有一定的装饰性。 一、普通烧结砖烧结普通砖——指以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料烧制而成的普通砖。以上各原料均属粘土矿物，其燃烧过程中的物化基理是大致相似的。 烧结普通砖原料粘土（1）高岭土（瓷土）（2）易烧粘土（砂质粘土或砖土）（3）难熔粘土（陶土）（4）耐火粘土（火泥） 粘土的技术性能1．可塑性粘土加入适量水调和后具有可塑性，能制成各种形状的坯体，而不发生裂纹。粘土可塑性的大小与其中的矿物成分、颗粒分散度、级配及水用量有关。当石英砂含量少，颗粒越细、级配好、吸附水多，则可塑性就好。 3．烧结性与可熔性粘土坯体在焙烧过程中将发生一系列物理化学变化。加热至粘土中Al2O3、SiO2、CaO、MgO等重新化合，形成硅线石（Al2O3·SiO2）及易熔硅酸盐类，出现液相流入颗粒间的缝隙中，起粘结作用，增加了密实度，强度相应增大，这一过程称为烧结。 烧制工艺 技术性能1.尺寸允许偏差2.外观质量3.强度等级4.泛霜5.石灰爆裂6.抗风化能力 三、空心砖与多孔砖将孔洞率＞15％的砖按孔洞类型分为空心砖、多孔砖。前者用于非承重部位，后者常用于承重部位，多采用烧结制成，又称烧结多孔砖。粘土空心砖的体积密度较小，一般为1100kg／m3～1400km／m3，还节约粘土20％～30％，减轻建筑物自重，又改善砖的绝热，隔声性能。 第二节建筑陶瓷建筑陶瓷是指用于建筑物室内外装修较高级的烧土制品，主要品种有内外墙贴面砖、地砖、陶瓷锦砖及室内用的卫生陶瓷等。 一、陶瓷分类1.按用途分类（1）日用陶瓷（2）建筑陶瓷（3）工业陶瓷：电瓷、化工陶瓷（4）艺术陶瓷2.按致密程度分类（1）陶器：粗陶、细陶（2）炻器（半瓷）：粗炻、细炻（3）瓷器：粗瓷、细慈 （1）可塑性物料—粘土主要矿物为含水铝硅酸盐、杂质有云母、铁化合物、石英等。可细分为：耐火粘土耐火度1500℃以上，原料杂质少，焙烧后坯体色白，----内墙面砖、瓷器。难熔粘土耐火度1350-1500℃，制造外墙面砖、地砖。易熔粘土耐火度1350℃以下，生产普通砖瓦。（2）助熔物料（助熔剂）作用使烧结温度↓，密实度和强度↑，其副作用：耐火度、体积稳定性、高温下抗变形能力↓。常用品种长石、铁化合物、碳酸钙（镁）。（3)有机物料锯末、糠皮、煤粉—提高原料的可塑性。3、成型方法(焙烧前） 半干压法将含水5%-8%的坯料加压（10-25MPa)成型。浇注法将含水率达40%呈泥浆状的原料在位于传送带上的耐火质多孔垫板上浇注成型。可实现机械化、自动化生产。4、生产工艺 二、常用建筑陶瓷1.外墙面砖2.内墙面砖3.墙地砖4.陶瓷锦砖5.琉璃制品 1、釉的作用与分类（1）作用覆盖于陶瓷坯体表面的玻璃质薄层（120-140μm)，使陶瓷制品表面密实、光亮、不吸水、抗腐蚀、耐风化、易清洗及装饰作用。（2）原料天然原料高岭土、长石、石英、石灰石、滑石、含锂矿物、含锆矿物化工原料（助剂）工业硼砂、硝酸钾、碳酸钙、氧化锌（助熔剂）；工业纯氧化钛、氧化锑、铅丹、氟硅酸钠（乳浊剂）；钴、锰、铁、镍、铬的化合物（着色剂）。（3）分类釉常见的分类见下表: 2、釉下彩绘在生坯或素烧釉坯上进行彩绘，然后施一层透明釉，再经釉烧而成。青花瓷、釉丹红、釉下五彩。3、釉上彩绘在釉烧过的陶瓷釉上用低温彩釉进行彩绘，然后在不高的温度下彩烧而成。缺点是画面易磨损，光滑性差，有时发生彩料中铅熔出造成人体中毒。4、贵金属装饰将金、银、铂等贵金属在陶瓷釉上装饰，常见于高级细瓷制品。 三、陶瓷釉上釉的材料使其表面具有玻璃薄层，有光泽和颜色，使建筑物有较好的艺术效果，同时釉能提高制品的抗渗性和化学稳定性及耐久性。其实，釉与玻璃相仿，釉在高温下熔融具有一定的流动性，而低温时呈无定形的固体物质。但不同的是涂在陶瓷坯体上的釉，要与坯体的接触 又称外墙贴面砖或面砖，是用难熔粘土压制成型后焙烧而成。必要时在成型前可考虑加入适量的非可塑性掺料及助熔剂。面砖多为光平的无釉面砖，也有表面粗糙或凸凹花纹的，上釉或不上釉的。面砖表面色调柔和、美观大方。面砖的背面有肋纹，便于加强与墙面的粘结力。它具有质地坚实、强度高、吸水率低（＜4％）较高的抗冻性等特点。用作于外墙饰面，可提高建筑物的耐久性和艺术性。 又称釉面砖，内墙面砖一般都上釉。又称之釉面瓷砖或瓷砖。釉面砖所用的原料与外墙面砖基本相同。釉料可调制不同色彩，则有白瓷砖、彩色釉面砖、印花砖，图案砖等品种，各种釉面砖色泽鲜艳、美观耐用、热稳定性好，吸水率＜18％，表面光滑，易于清洗。多用于浴室、厨房、厕所及实验室的桌面等处，医院、精密仪器车间等内墙面的贴面。还有由釉面砖组成的瓷砖壁面，以及其他彩色釉面砖，可作为大型公共建筑的装饰制品。 又称铺地砖或缸砖，是以难溶熔粘土为主要原料，掺入非可塑性掺料和助熔剂而制成。可以上釉，也可不上釉，还有些有凸凹花纹，既美观又防滑。形状有方形、长方形、六边形。它具有质坚耐磨，抗折强度高在15MPa以上，还有防潮作用。地砖耐磨性好，适于铺筑室内地面、室外平台、阳台及公共建筑的地面，如站台、售票厅、百货商店、展览厅、实验室、走廊通道、步行街等。 陶瓷锦砖俗称马赛克、铺地瓷砖或纸皮砖。它是用优质瓷土烧制而成的，过去只用作铺地砖。现在也用它作外墙或内墙的贴面，目前也出现用玻璃加填充料熔制成与马赛克相同尺寸的制品，又称玻璃马赛克。根据需要将陶瓷锦砖拼成各种图案反贴在牛皮纸上，每张纸约30mm×30mm，施工时将纸上锦砖贴在半疑固的水泥砂浆面上（纸面朝外），用长木板压面，使之粘贴平实，待砂浆硬化后用毛刷沾水洗，把牛皮纸润湿，半小时后可将牛皮纸揭开。 陶瓷锦砖色泽多样，质地坚实，经久耐磨，能耐酸，耐碱、耐火、强度高、吸水率小、不渗水、易清洗。用于工业与民用建筑的洁净车间、门厅、走廊、餐厅、厨房、盥洗室、浴室、化验室等的地面和墙面，也可用于建筑物的外墙饰面材料。根据用途不同可生产上釉和不上釉的两种。 琉璃制品琉璃制品多用于古建筑及园林建筑中。琉璃制品是用难熔粘土为主要原料，成型后的坯体表面上釉，使之具有光亮的鲜艳颜色。釉料是以石英、铅丹为主要原料，加人着色剂而成。釉色有金黄、翠绿、宝蓝等色。 琉璃制品是我国独特的建筑艺术制品之一，历史悠久，造型古朴，富有传统的民族特色。它具有使用、装饰等多功能。其产品有琉璃瓦、板瓦、筒瓦、檐饰等琉璃砖，建筑装饰制品（琉璃两眼窗、线砖、栏杆等）及工艺制品（琉璃桌、绣墩、鱼缸、花盆、花瓶）。 第三节玻璃制品玻璃是熔融、冷却、固化的非结晶体的无机物。 一、玻璃的组成及分类主要组成成分为SiO2、Na2O、CaO等。分类：1.按用途：建筑玻璃、光学玻璃、工艺玻璃、化学玻璃等；2.按成分：钠玻璃、钾玻璃等。 二、玻璃的性质1.力学性质2.光学性质3.密度4.热工性质5.化学性质 力学性质主要指标是抗拉强度和脆性指标。玻璃的理论计算抗拉强度极限为12000MPa，但实际强度仅为理论强度的1／300～l／200，约为30MPa～60MPa，抗压强度约为700MPa～1000MPa以上。玻璃的主要缺点是质脆，脆性指标（弹性模量与抗拉强度之比，即E／R拉）为1300～1500，脆性指标愈大，说明脆性愈高，玻璃的脆性也可以根据冲击试验来确定。相比之下，混凝土材料的脆性指标为4200～9350，钢材为400～460，橡胶为0.4～0.6。 光学性质玻璃的基本光学性质是透光性，光折射，光反射，光散射等。一般硅酸盐玻璃能透过全部可见光，不透过紫外线和红外线。折光率为1.50～1.52，光的透过率在90％～50％，这些与光的入射角有关。 密度玻璃的表观密度较大，一般为2450~2550kg/m³。孔隙率小，属致密材料。 热工性质玻璃的热容量、热膨胀系数与化学成分有关，一般建筑玻璃的热膨胀系数为9×10－6/℃～15×10－6／℃，在室温下热容量为0.63J／（kg·K）～1.05J／（kg·K）。玻璃的导热系数较低，普通玻璃在100℃以下时为0.4W／（m·K）～0.8W／（m·K）。弹性模量高为43000MPa～63000MPa，但玻璃的热稳定性差，在温度发生变化时，易导致玻璃开裂。玻璃抗急热能力强于抗急冷能力，因为急冷会造成玻璃表面受拉。 玻璃的导热系数 化学性质除氢氟酸和磷酸以外，玻璃具有很高的化学稳定性，但耐碱性差。在长期使用或水蒸气作用下，表面分解有SiO2胶和苛性碱，视为玻璃发霉。另外，玻璃由液态转变为玻璃态是可逆的。当某些玻璃在空气中长期放置或加热后，由无定形转变成晶体结构，这种现象称反玻璃化或失透。 三、常用建筑玻璃 平板玻璃平板玻璃是将熔融玻璃在快冷中经垂直引拉或平拉或轻压而制成的制品。现代先进的工艺是浮法生产。平板玻璃在建筑中用量很大，是因它具有透光、透视、隔声、略有保温性。具有一定机械强度，但性脆，注意安全运输和安装及使用。平板玻璃大量用于建筑物的门窗，以防风透光，有一定装饰作用。 '