拱坝的应力分析.doc

水工建筑物教学文本

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《拱坝的应力分析》教学文本

《水工建筑物》教学资源库项目组编写

2014年9月

目录

TOC\o1-3\h\z\u1.教案计划表 -2-

2.教学实施 -3-

【步骤l】复习巩固 -3-

【步骤2】结合工程案例引入新课内容 -3-

【步骤3】课程介绍及知识讲授 -3-

（一）应力分析法综述 -3-

（二）应力分析法简介 -4-

（三）应力控制指标 -4-

【步骤4】案例讲解 -5-

【步骤5】学生实训 -5-

【步骤6】评价及反馈 -5-

1.教案计划表

表1教案计划表

单元名称

拱坝的应力分析

学时

1

项目名称

项目三拱坝设计

教学地点

多媒体教室

学生角色

设计辅助人员

教学目标

知识目标

技能目标

态度目标

（1)1.应力分析法综述；

（2）应力分析法简介；

（3）拱坝的应力控制指标。

（1）了解拱坝应力分析方法；

（2）能理解拱坝应力控制指标。

（1）能按时到课，遵守课堂纪律，积极回答课堂问题，按时上交作业

（2）课下能积极认真练习教室布置的工作任务

（3）认真完成老师布置的预习任务。

能力训练任务

及案例

教学重点、难点

重点：拱坝的应力分析方法。

难点：理解拱梁分载法。

教学方法、手段

案例法，讲练结合法，黑板、多媒体课件，动画。

教学组织过程

复习巩固：拱坝的拱圈中心角、拱坝平面布置型式及拱冠梁尺寸确定等。引入新课：教师用“案例法”引入工程案例，提出问题（拱坝的应力如何分析？）让学生根据已掌握的基础知识分组讨论解决问题，教师辅导评价；然后，讲述拱坝的拱坝应力分析方法。布置练习（通过课后查找资料，加深对拱坝的应力分析方法的理解），教师辅导答疑，教师提供答案，评价此过程。

教学条件

工程案例；练习题；课程相关课件。

作业

基础试题（填空、选择题等）、技能训练习题

备注

2.教学实施

【步骤l】复习巩固

教学地点

教师任务

学生任务

教学条件

时间（分钟）

多媒体教室

学习任务引入

与教师互动回答

多媒体课件

7

（1）复习巩固：拱坝的拱圈中心角、拱冠梁尺寸确定等。

【步骤2】结合工程案例引入新课内容

（1）案例驱动任务

1）理解大坝应力分析方法并明确应力控制指标？

（2）引入新课：

1）拱坝应力分析方法？

2）应力控制指标？

【步骤3】课程介绍及知识讲授

教学地点

教师任务

学生任务

教学条件

时间（分钟）

多媒体教室

1.拱坝应力分析方法综述；

※2.拱坝应力分析方法介绍；

※3.拱坝应力分析指标。

※（注：标注“※”为重要内容）。

听课，获取有关知识和信息

多媒体

课件

30

(一)应力分析法综述

拱坝在初步确定坝体轮廓尺寸以后，为确保坝体安全和提高经济效益，应进行坝体应力分析。

应力分析方法：纯拱法、拱梁分载法、有限元法、壳体理论计算法、结构模型试验法等。

（二）应力分析法简介

1.纯拱法

纯拱法没有反映拱圈之间的相互作用，假定荷载全部由水平拱承担，求出的应力一般偏大，对重力拱坝，误差大；对于薄拱坝，仍不失为一个简单实用的计算方法；另外，按拱梁分载法计算时，纯拱法也是其中的一个重要组成部分。

图1

2.拱梁分载法

将拱坝视为由若干水平拱圈和竖直悬臂梁组成的空间结构，坝体承受的荷载一部分由拱系承担，一部分由梁系承担，拱和梁的荷载分配由拱系和梁系在各交点处变位一致的条件来确定。荷载分配以后，梁是静定结构；拱的应力可按纯拱法计算。荷载分配可采用试载法。拱梁分载法是目前国内外广泛采用的一种拱坝应力分析方法，它把复杂的弹性壳体问题简化为结构力学的杆件计算，概念清晰，易于掌握。

3.有限元法

将拱坝视为空间壳体或三维连续体，选用不同的单元模型。有限单元法适用性强，可用于解算体形复杂、坝内有较大的中孔或底孔、设有垫座或重力墩以及坝基内有断层、裂隙、软弱夹层的拱坝在各种荷载作用下的应力和变形，是拱坝应力分析的一种有效方法。

4.壳体理论计算法

利用薄壳理论计算拱坝应力的近似方法，由于拱坝体形和边界条件十分复杂，使得这种计算方法在工程中应用受到了很大的限制。近年来由于电子计算机的发展，壳体理论计算方法也取得了新的进展，网格法就是应用有限差分解算壳体方程的一种计算方法，适用于薄拱坝。

5.结构模型试验法

结构模型试验是研究解决拱坝应力问题的有效方法，它不仅能研究坝体、坝基在正常运行情况下的应力和变形，而且还可以进行破坏试验。

（三）应力控制指标

根据SL282-2003《混凝土拱坝设计规范》的要求，坝体的主压应力和