关于拱坝的计算──考虑扭转作用的拱冠梁法和多拱梁法

一、前言 拱坝的应力计算一直是一上困难的问题。设计工作者要求一个比较简单而又相当准确的计算方法。试载法的计算程序过于复杂,纯拱法和拱冠梁法又过于粗略不够准确,而利用壳体理论的计算方法还不够成熟,有待研究。本文的目的,是在拱冠梁法的基础上,改进计算程序,并考虑更多因素,使它在计算方面比较简单,同时在理论上较为完善。 计算方法采用文献〔1〕提出的“转换参数法”,可以简化计算。特别是在研究方案比较的阶段,由干坝身底部的厚度改变时,计算工作只需要作局部修正,而不必全都重复进行。 根据试载法〔2〕和若干作者的研究〔3〕〔4…     

利用拱端反力递推方法分析拱坝应力

本文采用四向调整拱梁分载法对拱坝应力进行了研究与公式推导,并编制了FORTRAN语言计算程序。该程序分别在VAX-8350计算机和IBM-XT微型计算机上进行了调试与计算,根据几个工程实例的计算比较,其成果符合一般规律。为节省计算机内存和提高计算速度,文中利用拱端反力系为基本未知量,从两岸逐梁递推,得出以拱端反力系线性表示的各条梁结点处拱的力学参数,然后在拱冠梁结点建立内力平衡和变位协调方程,从而可解出拱端反力系和拱冠梁结点处拱的分配荷载,再回代计算拱坝所有结点处拱的力学参数,最后用材料力学方法计算应力。     

下承式钢管混凝土系杆拱桥拱脚局部应力分析

拱脚是钢管混凝土拱肋向混凝土的过渡段,局部构造复杂,是拱梁组合桥的关键部位,其受力性能对全桥承载能力和跨越能力至关重要。运用ANSYS软件建立拱脚三维空间有限元模型,计算分析了拱脚在拱肋张拉吊杆前后两种工况下应力的空间分布。根据分析结果可以得到,拱脚受力以纵向压力为主,应力分布较为均匀;局部出现小范围拉应力,且拉应力值不大。因此,在整个拱桥结构中,拱脚受力合理,满足实际工程需要。     

连續拱计算的迭代法

图1是一个连续拱:它是由单跨拱与立柱组成的跨变刚构,在桥梁、水利工程、地下结构及房屋结构中都有用,而且应用日益广泛。但是这个连续拱是高次超静定结构,它的内力计算相当繁重。为了使复杂的连续拱计算简便,国内外都进行了大量的研究,提出不少的计算方法,对连续拱的计算有贡献,但还有不少的缺陷。我们在学习现有的连续拱计算理论的基础上,把卡尼计算多层刚架的迭代法推广求连续拱的杆端弯矩和杆端推力,提出一个“连续拱计算的迭代法”。用这个方法计算连续拱不仅计算简捷,而且精确度高,建议采用。下面介绍这个方法的基本原理及作法.     

改进的拱坝等效应力分析方法

对有限元内力法求解拱坝等效应力分析进行了进一步改进,假定拱、梁方向上的正、剪应力在拱、梁截面上的面单元内呈双线性分布。从而导出根据截面约束内力求解等效节点应力的公式,并在此基础上导出拱梁向应力为直线分布时的上、下游面等效应力的求解方程和主应力求解公式．对典型的圆筒拱坝用本文方法进行应力分析。得出的拱及梁向应力结果与试载法分析结果基本一致,表明用本文分析方法得出的应力结果可以按现行的拱坝设计规范规定的应力标准评价拱坝坝体安全度．     

拱桥荷载横向分布的理论分析

拱桥的荷载横向分布计算,作为拱桥内力空间分布的一种分析方法,是亟待解决的实践与理论问题。本文试图从理论上对此进行分析。近似地以常截面双铰元弧拱桥承受沿拱轴按元函数分布的径向外荷载作为分析对象,着重针对我国广泛采用的双曲拱桥。首先讨论单片拱的主要荷载形式,分析单片拱的受力和变形,进而组合、计算多片拱体系的空间受力和变形,由此求出各片拱的轴力和不同截面的弯矩的荷载横向分布规律。所用的方法可以说是以一整片拱为单元的有限元力法。对固端拱、多孔连续拱和拱上建筑的处理,作了讨论和实用的建议。这里的理论分析表明,在相邻拱片之间可能产生相当大的纵向剪力,它可能是在一些建成的曲双拱桥的小拱波顶上出现纵向裂缝的主要原因。     

介绍拱坝应力分析的一种方法——弹性地基梁法

由壳体理论,经分析简化,拱坝可视作由悬臂梁、水平拱及扭转结构所组成.在分析这些结构体系的效应时,将拱坝分解为一系列悬臂梁与水平拱,悬臂梁视作由水平拱所提供的弹性地基梁.考虑径向及扭转作用,用变位法建立悬臂梁各支承节点的平衡方程,求解节点变位,从而求得相应的抗力以及这些结构体系所分配的荷载,然后计算拱坝应力.     

腹拱式重力坝坝体应力的试验研究

腹拱式重力坝是一种新坝型,坝上游面倾斜,坝内设有腹拱。坝体断面的应力分布比较均匀,坝体材料得到充分的利用,上游坝趾的垂直应力较高,坝体承受特殊超载的能力较大,比较一般砼重力坝的应力状态有了很大改善。为了寻找这种新坝型的最好轮廓剖面,利用偏光弹性力学的冻结应力方法,做了廿多组不同轮廓尺寸的坝体剖面的应力试验,经过平衡校核,对于推荐的剖面还进行了重复试验,认为试验结果是可信的。试验中个别方案还采用了软胶纲格法试验;并简化成无铰拱,用结构力学的方法进行了近似的应力计算。三种不同方法所得的应力情形是接近的。根据不同轮廓尺寸剖面应力试验的结果,分析了各种轮廓尺寸的变化对坝体应力分布的影响。初步认为确定坝体轮廓尺寸的规则如下：坝体上游边坡宜为：１∶０．２－１∶０．４,下游边坡宜为１∶０．７５－１∶０．９;腹拱宜做成略向上游倾斜的椭圆形;拱高宜为坝高的２５－３５％;上游腿应比下游腿略厚,以使重心偏向上游;设置坝内电厂时尾水管的宽度宜等于或小于坝段宽的３０％。最后推荐方案的应力试验成果,坝体基本上全部为压应力,坝体断面的应力分布均匀,上游坝趾的压应力较高。以１－Ⅷ号方案为例,坝内只个别点出现了最大为４公斤／厘米２的拉应力,     

大跨径劲性骨架钢筋砼拱桥拱脚、拱座局部应力分析

结合宜万铁路上一座大跨径劲性骨架钢筋砼拱桥的拱脚,对比了不同结构形式的拱脚构遣。并以莱一在建桥梁的拱脚和拱座为例,介绍了进行有限元局部分析时的两步分析法的优点及具体思路,采用大型通用工程软件用两步分析法计算分析了拱脚和拱座的局部应力分布特征及其传力特性,对该拱脚和拱座的结构构造及其细节的合理性作出了分析和综合评价。结果表明：拱脚刚度缓慢过渡可以迅速降低集中应力峰值,保障传力顺畅;该拱脚和拱座结构受力状态安全,其结构构造可被借鉴应用于美似桥梁的工程设计中。     

超大跨径钢管混凝土拱桥误差控制方法研究

通过对钢管混凝土拱桥误差形成机理的研究,基于无应力状态法对拱肋施工过程的分析,提出了钢管混凝土拱桥施工误差控制的可调域法。这种控制方法将施工阶段划分为若干控制区间,严格控制拱肋的无应力长度和曲率,只在关键施工阶段对斜拉扣挂系统误差进行调整。研究了该方法控制区间划分原则和可调域的计算方法,同时基于可调域法的控制特点,分析了拱肋结构状态调整的计算方法。将可调域法应用于波司登大桥的误差控制中,实践表明这种控制方法可以有效提高施工精度,同时加快施工进度。     

超大跨径钢管混凝土拱桥误差控制方法

通过对钢管混凝土拱桥误差形成机理的研究,基于无应力状态法对拱肋施工过程的分析,提出了钢管混凝土拱桥施工误差控制的可调域法。这种控制方法将施工阶段划分为若干控制区间,严格控制拱肋的无应力长度和曲率,只在关键施工阶段对斜拉扣挂系统误差进行调整。研究了该方法控制区间划分原则和可调域的计算方法;同时基于可调域法的控制特点,分析了拱肋结构状态调整的计算方法。将可调域法应用于波司登大桥的误差控制中,实践表明这种控制方法可以有效提高施工精度,同时加快施工进度。     

空腹重力坝的优化设计

将在江西省建造的一座空腹重力坝,是在空腹内设拱,拱上填渣。它比一般空腹重力坝更能节约工程量,对改善坝踵应力以及提高坝体的稳定性有利。本文针对该坝断面及其所设的内拱轴线进行了优化设计。大坝断面优化采用可行方向法和复合形法,在设计变量、目标函数相同的条件下,二种方法取得了几乎完全一致的结果。内拱拱轴线的优化设计采用逐次迭代法,取得的成果对原设计有显著改善。     

基于状态空间法的叠层材料热力分析

通过引入热力问题的应力-应变关系,建立了求解叠层材料温度应力的半解析状态空间法.该方法沿叠层材料水平方向用有限元法离散位移、应力分量,在竖向采用状态空间法求解,得到叠层材料各交界面上的位移、应力分量.为验证该方法的有效性,针对某一给定温度进行热力学分析,并与有限元结果进行对比.算例表明,该方法计算精度高、计算量小.     

MgO能带结构的LMTO—ASA计算

来用LMTO-ASA能带从头计算方法计算MgO晶体的能带结构,根据添加空球与否和对d态处理方法的不同,分成四种不同的计算方案,结果表明,其中添加空球并利用Lowdin微扰法计入空d态的计算方案所得的结果与从头计算的赝势法的计算结果相当符合,该方案仅用16×16阶久期方程,计算量小,准确性高,可以给出MgO的合理的能带结构。     

拱坝应力分析的三维样条边界元法

文章实现了拱坝与地基耦合分析。用样条插值拟合拱坝几何外形，用无限样条边界元模拟地基，用传递矩阵法分解子结构，用奇性校正特解场法计算边界应力。抛弃传统拱坝应力分析方法中的拱梁体系简化和关于地基的Ｆ．ｖｏｇｔ假定，即使在稀疏剖分下，也能够给出精度较高的位移场、应力场和地基反力场。为拱坝应力分析提供一条新途径     

某下承式钢管混凝土拱桥抗震分析

根据郑州黄河公路二桥的结构特点建立了桥梁空间有限元计算模型,计算了该桥考虑吊杆张力和拱肋初应力影响的动力特性和地震响应,并与不计吊杆张力和拱肋初应力影响的桥梁动力特性和地震响应进行了比较.计算结果表明,初应力对郑州黄河公路二桥的频率有一定的影响,但对各阶频率的影响程度不同,对第2阶频率影响最大,下降8.8%;水平地震作用下,初应力对主拱肋的轴力、剪力和弯矩影响不大;主拱肋的内力和变形都满足设计要求,说明该桥抗震性能良好.     

拱坝考虑扭转作用的拱冠梁法的积分方程数值解法

本文利用Ｂｅｔｔｉ定理提出一种分析拱坝应力的新方法──积分方程法。该法适用于中、小型拱 坝的设计。与现有的方法相比，该法具有计算简便，适用范围广的特点。     

考虑双向限制弹性地基墙板的温度应力计算

本文对弹性地基上有垂直与水平方向约束的混凝土结构提出了一种计算温度应力的近似解析方法。通过计算机程序分析出板中温度应力随各种不同参数变化的规律。本文强调软土地基,尤其是上海淤泥质土上基础板的非均匀温度应力,它区别于硬岩地基,因为在硬岩地基上,当板的高跨比较小时,非均匀温度应力可以忽略不计。     

钢管混凝土主拱肋承载力计算方法的评定

目前国内钢管混凝土拱桥设计、钢管混凝土拱肋承载力的评定,大多采用容许应力法进行强度验算。该文对应用此方法和其它钢管混凝土理论作了对比分析、讨论,通过对轴心受压、偏心受压承载力的计算,对三种计算方法的结果进行了讨论。     

组合体系拱桥影响线计算方法及程序

本文以组合体系拱桥为典型结构,用结构矩阵分析的直接刚度法进行了分析,并编制了相应的电算程序。文中介绍了三种类型立柱的单元刚度矩阵,用子结构法计算变截面杆的方法,以及等效节点荷载的算法。还用“代替杆”模拟中间铰支座,进行了对比分析。使用本方法及电算程序进行组合体系拱桥计算将可以代替过去所谓的拱和拱上结构共间作用的繁琐分析和大量计算工作,从而大大加快设计计算速度。