砌石拱坝为了防渗通常使坝体由不同材料组成,由于不同的材料具有不同的弹性模量,这类坝可称为成层异弹模拱坝。目前,有限元法已经可以解决这种坝的应力分析问题,但是用拱坝应力分析的另一主要方法——拱梁分载法分析其应力时,一般都不考虑混凝土防渗板等的高弹模影响,把多种材料浆砌石拱坝当作均质坝来计算,而实际上由多种材料组成的成层异弹模拱坝的应力分布具有特殊的规律,因此有必要对其进行深入研究。 论文首先介绍了拱梁分载法的基本原理,在此基础上提出参照钢筋混凝土学中的钢筋面积折算法来处理成层异弹模,即将不同材料的横剖面按弹模比放大,将成层异弹模构件虚拟为均质弹模构件进行应力计算,算出应力后,不同部位再按实际情况乘以一个应力放大系数——不同材料与均质构件的弹模比。根据这个原则,本文推导出了对应于规范的三种成层异弹模拱坝的应力计算公式及相应的参数计算方法:(1) 上游面设混凝土防渗面板;(2) 坝体内设混凝土防渗墙;(3) 利用坝体自身防渗,上下游面采用一定厚度浆砌条石护面。 为研究成层异弹模拱坝的应力分布规律,本文编制了相应的成层异弹模拱梁分载法程序,并以某砌石拱坝为例,进行了三种防渗情况下的应力分析。另外用有限元法计算了上游面设防渗面板的情况,其与拱梁分载法算出的应力分布规律大致相同。研究结果表明:应力分布呈阶梯形;主要砌体部分的拉压应力均有所减少;高弹模体在某些部位承担力的比重较大,结构作用显著,因此在应力计算中忽视其影响是不相宜的。 最后总结了本文的工作和主要结论,并提出存在的问题和进一步发展的方向。