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拱梁试载法

曾系统研究了拱梁试载法的理论和计算方法,并制成若干算表,使该法逐渐成熟。以后,通过计算结果与结构模型试验成果对比分析,逐步证实该法的可靠性。50年代以来,均用解算代数方程的方法来代替试载,故该法应称为拱梁分载法(目前仍沿用习惯称之为拱梁试载法)。很多国家均有拱梁试载法的通用计算程序。悬臂梁体系由一系列独立的悬臂梁组成,总的体积和外形与拱坝相同,依靠梁的抗弯和抗剪作用,将分得的荷载传至梁底岩基。

将拱坝分为拱、梁两个体系的应力分析方法。按结构成分划分,拱坝分为水平拱和竖向悬臂梁两个体系。利用梁和拱各交点变位一致的条件,求得二者的荷载分配,再用杆系公式,求得坝体的应力。该法力学概念明晰,曾在世界各国广泛采用。因过去人工计算,需反复试算梁和拱的荷载,故称试载法。

20世纪初,美国惠洛(Wheeler)和瑞士斯托克(Stueky)等已提出梁拱分载的概念。30年代,美国恳务局为胡佛坝的设计,曾系统研究了拱梁试载法的理论和计算方法,并制成若干算表,使该法逐渐成熟。以后,通过计算结果与结构模型试验成果对比分析,逐步证实该法的可靠性。50年代以来,均用解算代数方程的方法来代替试载,故该法应称为拱梁分载法(目前仍沿用习惯称之为拱梁试载法)。很多国家均有拱梁试载法的通用计算程序。

悬臂梁体系由一系列独立的悬臂梁组成,总的体积和外形与拱坝相同,依靠梁的抗弯和抗剪作用,将分得的荷载传至梁底岩基。为计算方便,选取梁的位置与拱交于基面某一点,并沿拱的半径方向切取1米来计算。若拱坝各层拱的曲率半径是变化的,梁的侧面即为扭曲形,如图1A—A 所示。

图1 拱梁试载法拱和梁的划分

水平拱体系由一系列独立的水平拱组成,总的体积和外形与拱坝相同,依靠拱的作用,将分得的荷载传至两岸。计算时,可隔取5~7层拱,每层厚度为1米。这些水平拱的变位,就代表拱坝在该方向的变位。

拱坝可以考虑的变位有6个,即径向变位△r、切向变位△s、竖向变位△z,以及角变位xy、yz、zx。除双曲薄拱坝外,△z和zx主要由坝体压缩所产生,数值较小,可以略而不计,而仅考虑△r、Δs、xy和yz。计算梁和拱的这些变位,均应考虑地基变形的影响。

人工计算时,先对径向荷载作试分配,使梁和拱对应点的径向变位相等。此时,各交点梁和拱的切向变位△s和扭转角变xy、yz并不相同,必须在梁和拱之间加一对内力,促使二者的切向变位和扭转角变相等。在以上径向、切向和扭转调整结束后,梁、拱的径向变位又不一致,还须再调整径向荷载的分配。这就是变位调整的计算步骤,如图2所示。采用电子计算机以后,变位与荷载的关系,可以列出代数方程组一次解得,这就是一次全调整,它比逐次调整的精度高。

图2 拱梁试载法变位调整示意图

拱坝是分块浇筑的,各块间有收缩缝,待混凝土充分收缩后,用水泥浆封填,使拱坝形成整体。坝体自重及施工中产生的初应力,均发生在拱坝形成整体之前,应由悬臂梁单独承受。水压力、淤沙压力、地震力和温度变化等,均发生在拱坝形成整体以后,应由梁和拱共同承担。