A江水利樞紐—薄雙曲拱壩設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 1 目目 錄錄 第一章第一章 調(diào)洪演算調(diào)洪演算 .1 1.1 調(diào)洪演算的原理1 1.2 泄洪方案的選擇1 1.1.1 對(duì)以下三種方案進(jìn)行調(diào)洪演算.1 1.1.2 泄流方案的選擇.3 1.1.3 計(jì)算方案二的壩高.4 第二章第二章 大壩工程量比較大壩工程量比較 6 2.1 大壩剖面設(shè)計(jì)計(jì)算6 2.2 工程量比較11 第三章第三章 第一建筑物第一建筑物大壩的設(shè)計(jì)計(jì)算大壩的設(shè)計(jì)計(jì)算 .13 3.1 拱壩形式尺寸及拱壩布置13 3.2 荷載組合15 3.3 拱壩的應(yīng)力計(jì)算15 3.3.1 對(duì)荷載組合，使用 FORTRAN 程序進(jìn)行電算.15 3.3.2 對(duì)荷載組合進(jìn)行手算18 3.4 壩肩穩(wěn)定驗(yàn)算30 3.4.1 驗(yàn)算原理30 3.4.2 驗(yàn)算工況31 3.4.3 驗(yàn)算過(guò)程及結(jié)果31 第四章第四章 泄水建筑物設(shè)計(jì)泄水建筑物設(shè)計(jì) .36 4.1 泄水建筑物的型式尺寸36 4.2 壩身進(jìn)水口設(shè)計(jì)36 4.3 泄槽設(shè)計(jì)計(jì)算37 4.4 導(dǎo)墻設(shè)計(jì)38 4.5 消能防沖計(jì)算38 參考參考文文獻(xiàn)獻(xiàn) 42 附錄一附錄一 43 附錄二附錄二 44 A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 1 第一章 調(diào)洪演算 1.1 調(diào)洪演算的原理 先對(duì)一種泄洪方案，求得不同水頭下的孔口泄洪能力，并作孔口泄洪能力曲 線，再假定幾組最大泄流量，對(duì)設(shè)計(jì)（校核）洪水過(guò)程線進(jìn)行調(diào)洪演算，求得這 幾組最大泄流量分別對(duì)應(yīng)的水庫(kù)存水量，查水位庫(kù)容曲線，得出這幾組最大泄流 量分別對(duì)應(yīng)的上游水位，并作最大泄流量與上游水位的關(guān)系曲線。上述兩條曲線 相交得出一交點(diǎn)，此交點(diǎn)坐標(biāo)即為設(shè)計(jì)（校核）情況下的孔口最大泄流量及相應(yīng) 的水庫(kù)水位，再對(duì)其它泄洪方案按同樣的方法進(jìn)行調(diào)洪演算，最后選定的泄洪方 案孔口最大泄流量應(yīng)接近并不超過(guò)容許值，庫(kù)水位又相對(duì)比較低。 1.2 泄洪方案的選擇 1.1.1 對(duì)以下三種方案進(jìn)行調(diào)洪演算 4 表孔+2 中孔 2 淺孔+2 中孔 4 中孔 方案一: 4 表孔+2 中孔 表孔: 堰頂高程 179m，孔寬 12m 2321 1 )2(HgmBQ (1-1) 式中：m=0.48 B=412=48m H 為泄孔中心水頭 中孔: 進(jìn)口高程 135m, 出口高程 130m, 孔口寬 7.5m, 高 7.5m 21 02 )2( gHuaBQ (1-2) 式中：閘門開(kāi)度 a=7.5m H0為泄孔中心水頭 孔口寬度 B=27.5=15m A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 2 0 /227 . 0 96 . 0 Hau (1-3) 表 1-1 4 表孔+2 中孔調(diào)洪演算 水位 182186190194 H0371115 m0.480.480.480.48 表孔 Q1530.29051890.0753723.245928.828 空中心線 H0 48.2552.2556.2560.25 側(cè)收系數(shù) u 0.9247150.9274160.9297330.931743 中孔 流量 Q2 3200.83340.5653474.7353603.932 Q1+Q23731.0915230.647197.9759532.76 Q1+Q2+3384069.0915568.647535.9759870.76 起調(diào)流量 4609.091m3/s，作出水庫(kù)水位與所需最大泄流量的關(guān)系曲線，4 表 孔+2 中孔的泄洪能力曲線，由兩條曲線的交點(diǎn)可以得出： 最大泄洪流量: 設(shè)計(jì) 6420 m3/s 校核 7400 m3/s 最高水位: 設(shè)計(jì) 187.4m 校核 189.4m 方案二: 2 淺孔+2 中孔 淺孔: 進(jìn)口高程 164 米, 出口高程 154 米, 孔口寬 8.5 米, 高 8.8 米 , a=8.8m , B=8.52=17m 21 02 )2( gHuaBQ 0 /227 . 0 96. 0Hau 中孔: 進(jìn)口高程 135 米, 出口高程 130 米, 孔口寬 7.5 米, 高 7.2 米 , a=7.5m, B=7.52=15m 21 02 )2( gHuaBQ 0 /227 . 0 96. 0Hau 表 1-2 淺孔+2 中孔調(diào)洪演算 水位 182186190194 孔中心線 H0 23.627.631.635.6 側(cè)收縮系數(shù) U 0.8753560.8892680.8982220.905163 淺孔 Q12817.8753095.7683345.8633578.762 空中心線 H0 48.452.456.460.4 側(cè)收系數(shù) u 0.9262310.9288090.9310210.93294 中孔 流量 Q2 3082.5883216.3653344.8173468.531 Q1+Q25900.4636312.1336690.687047.294 Q1+Q2+3386238.4636650.1337028.687385.294 起調(diào)流量 6238.463m3/s，作出水庫(kù)水位與所需最大泄流量的關(guān)系曲線，2 淺 孔+2 中孔的泄洪能力曲線，由兩條曲線的交點(diǎn)可以得出： A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 3 最大泄洪流量: 設(shè)計(jì) 6550 m3/s 校核 7050 m3/s 最高水位: 設(shè)計(jì) 184.80m 校核 188.40m 方案三: 4 中孔 中孔: 進(jìn)口高程 135 米, 出口高程 130 米, 孔口寬 7.5 米, 高 7.0 米 , a=7.0m, B=7.54=30m 21 02 )2( gHuaBQ 0 /227 . 0 96. 0Hau 表 1-3 4 中孔調(diào)洪演算 水位 182186190194 空中心線 H0 48.552.556.560.5 側(cè)收系數(shù) u 0.9272370.9297330.9318760.933736 中孔 流量 Q1 6006.6246266.2376515.5526755.7 6344.6246604.2376853.5527093.7 起調(diào)流量 6344.624m3/s，作出水庫(kù)水位與所需最大泄流量的關(guān)系曲線，4 中 孔的泄洪能力曲線，由兩條曲線的交點(diǎn)可以得出： 最大泄洪流量: 設(shè)計(jì) 6550 m3/s 校核 6850 m3/s 最高水位: 設(shè)計(jì) 185.0m 校核 188.8m 1.1.2 泄流方案的選擇 由下游容許下泄流量在設(shè)計(jì)情況下為 6750 m3/s,校核情況下為 7750 m3/s.方 案一使得壩體堰頂以上失去空間結(jié)構(gòu)作用，而方案三開(kāi)孔過(guò)多，拱圈削弱過(guò)多， 方案二水頭最小，壩高也就最小，節(jié)省工程量。選擇泄洪防方案，即設(shè)置兩淺孔， 孔口尺寸為 8.58.8m，進(jìn)口底高程為 164m，出口底高程 154m，兩中孔，孔口尺 寸為 7.5m7.2m，進(jìn)口底高程為 135m，出口底高程為 130m。設(shè)計(jì)洪水時(shí)，設(shè)計(jì) 水位為 184.8m，下泄流量為 6550m3/s，小于允許流量 6750m3/s,。校核洪水時(shí)， 校核洪水位為 188.4m，下泄流量為 7050m3/s，小于允許下泄流量 7750 m3/s。 A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 4 1.1.3 計(jì)算方案二的壩高 壩頂超出水庫(kù)靜水位的高度h 為 cz hhhh 1 2 (1-4) 式中： 2h1波浪高度 hz波浪中心線高出靜水位的高度 hc安全超高 正常運(yùn)用條件下，利用官?gòu)d公式 V0=20 m/s ,Hm=184.8-92=92.8 m , 2 0 V gD =68 在 20-250 以內(nèi) =1.113 p h g V V gd V 2 0 3/1 2 0 12/1 0 )(076 . 0 (1-5) 假設(shè) ，=1.95，hm=0.57, =1.380 Hm hm %5 P %1 h Lm =11.38 gV V gD V/)(331 . 0 2 0 75 . 3 /1 2 0 25 . 2 /1 0 Hz =0.52 Lm h cth Lm h2 2 %1 正常情況下 hc=0.7 h=21.38+0.526+0.7=3.986 設(shè)計(jì)洪水位壩頂高程=184.8+3.986=188.79m 校核情況下，Hm=188.4-92=96.4m hp=0.588,hm=0.344,h1%=0.832, g V V gd V 2 0 3/1 2 0 12/1 0 )(076 . 0 Lm=6.835 gV V gD V/)(331 . 0 2 0 75 . 3 /1 2 0 25. 2/1 0 hz=0.318m Lm h cth Lm h2 2 %1 A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 5 h=20.832+0.318+0.5=2.48 校核洪水位壩頂高程=188.4+2.482=190.88m 兩者取其大的:故壩頂高程定為 190.88 米 A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 6 第二章 大壩工程量比較 2.1 大壩剖面設(shè)計(jì)計(jì)算 混凝土重力壩： 壩前最大水深 H=188.4-92=96.4m 最大壩高為 190.88-92=98.88m 基本剖面 按應(yīng)力條件確定壩底最小寬度 21 10 )/( c HB (2-1) 式中 c=24kN/m3 0=10kN/m3 揚(yáng)壓力折減系數(shù) 1取 0.25 則 B=96.4/(24/10-0.25) 1/2=65.74m 按穩(wěn)定條件確定壩底最小寬度 )/(/ 10 c fKHB (2-2) 式中 K=1.10 f=0.7 =0 1=0.25 則 B=1.196.4/0.7(24/10+0-0.25)=70.46m 綜合，取壩底最小寬度 B=71m 實(shí)用剖面 壩頂寬度：取壩高的 810%，即（810%）98.88=(7.91049.888)m, 取為 10m 下游坡度為 H/B=98.88/71=1:0.72 上游設(shè)折坡，折坡點(diǎn)距壩底的高度取為壩高的 1/32/3 范圍內(nèi)，即 （1/32/3）98.88=(32.9665.92)m,取為 40m。 上游折坡的坡度取為 1：0.15 壩底寬度為 71+400.15=77m A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 7 圖 2-1 重力壩剖面圖（單位：m） (三) 排水位置 設(shè)計(jì)洪水最大下泄流量為 6550m3/s，則 Z下=114m，水頭 H=184.8-114=70.8m 廊道上游壁到上游壩面距離不小于 0.050.1 倍水頭，且不小于 45m， 即 （0.050.1）70.8=(3.547.08)m,取為 5m。 (四)荷載計(jì)算 壩體自重 W1=1/264024=2880 kN/m W2=1098.8824=23731 kN/m W3=1/261(98.88-13.93)24=62183 kN/m W= W1+ W2+ W3=88794 kN/m (2-3) 水壓力 垂直水壓力 W水上=1/26（184.8-132）+(184.8-92) 10=4368kN/m A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 8 W水下=1/2(114-92)20.7210=1742.4kN/m 水平水壓力 P上=1/20H上 2=1/210(184.8-92)2=43059.2 kN/m P下=1/20H下 2=1/210(114 -92)2=2420 kN/m 揚(yáng)壓力 圖 2-2 揚(yáng)壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖 H上=184.8-92=92.8m H下=114-92=22m 0H上=1092.8=928 kN/m2 0H下=1022=220 kN/m2 0H=0H上-0H下=708 kN/m2 0H=0.25708=177 kN/m2 U=77220=16940kN/m U=1/211(708+177)=4867.5 kN/m U=1/266177=5841 kN/m U= U+ U+ U=27648.5 kN/m (2-4) 浪壓力 PL=0（LL+2hL+h0）LL/2-0LL2/2=10(6.8+1.4+0.45) 6.8/2- (2-5) A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 9 106.82/2=62.9 kN/m 泥沙壓力 垂直泥沙壓力 Pn=1.21/22320.158.5=404.685 kN/m 水平泥沙壓力 Ph=1/2nhn2tg2(45o-n/2) (2-6) 式中 n=8.5kN/m3 hn=115-92=23m n =10o 故 Ph=1/28.5202tg2(45o-10o/2)=1582.4kN/m 穩(wěn)定校核 K=f(W-U)/ P=0.7 (88794+4368+1742.4+404.685- 27648.5)/(43059.2-2420+62.9 +1582.4)=1.12K (2-7) 穩(wěn)定滿足要求。 應(yīng)力分析（取壩基面） 水平截面上的邊緣正應(yīng)力 y和 ”y y= W/B+6M/B2(2-8) ”y= W/B-6M/B2 (2-9) 式中 W作用在計(jì)算截面以上全部荷載的鉛直分力總和（向下為正） M作用在計(jì)算截面以上全部荷載對(duì)截面形心的力矩總和（逆時(shí)針為 正） B計(jì)算截面沿上下游方向的寬度 W1=2880kN(下) LW1=38.5-62/3=34.5m MW1=288034.5=99360kNm W2=23731 kN(下) LW2=38.5-6-5=27.5m A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 10 MW2=2373127.5=652602kNm W3=62183 kN(下) LW3=612/3-38=2.667m MW3=621832.667=165842 kNm W水上=4368 kN(下) LW 水上= -(252.8+92.8)/(352.8+392.8) 6+38.5=35.8 M W 水上=436835.8=157018.8kNm W水下=1742.4 kN(下) L W 水下=38.5-220.721/3=33.2m M W 水下= -1742.433.2= -57882.54 kNm P上=43059.2kN (右) L P 上=92.81/3=30.93m M P 上= -43059.230.93= - 1331821kNm P下=2420kN (左) L P 下=221/3=7.3m M P 下 =24207.3=17666kNm U=16940kN(上) L U=0 M U=0 U=4867.5 kN(上) L U=38.5-(2177+708)/(3177+3708) 11=34.1 m M U= -4867.534.1= -165981.75 kNm U=5741 kN(上) LU=662/3-38.5=5.5m MU=57415.5=31575.5 kNm W=67255.9 kN M= -431621.79 kNm y=67255.9/77+6(-431621.79)/772=436.7kpa ”y=67255.9/77-6(-431621.79)/772=1310.24kpa 邊緣剪應(yīng)力 和 ” =(p-pu-y)n= -y n= -436.70.15= -65.505kpa ”=(”y +pu”-p”)m=”y m=1310.240.72=943.37kpa 鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力 x和 ”x x=(p-pu)-(p-pu-y)n2=yn2=436.70.152=9.83kpa ”x=(p”-pu”)+(”y +pu”-p”)m2=”y m2=1310.240.722=679.23kpa A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 11 上游邊緣主應(yīng)力 1和 2 1=(1+n2)y -( p-pu)n2=(1+0.152) 436.7=446.53kpa 2= p-pu=0 下游邊緣主應(yīng)力 ”1和 ”2 ”1=(1+m2)”y -( p”-pu”)m2=(1+0.722) 1310.24=1989.47kpa ”2= p”-pu”=0 沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力，故應(yīng)力滿足要求。 2.2 工程量比較 比較重力壩和拱壩的工程量： 重力壩工程量計(jì)算利用下式分別對(duì)三個(gè)壩塊進(jìn)行計(jì)算： V=H/6L13b+(m1+m2)H+L23b+2(m1+m2)H (2-10) 第塊 L1=180m L2=82m b=71-400.72=42.2m m1=0.15 m2=0.72 H=40m V=40/6180342.2+(0.15+0.72)40+82342.2+2(0.15+0.72) 40 =324198m3 第塊 L1=257m L2=180m b=10m m1=0.15 m2=0.72 H=44.95m V=44.95/6257310+(0+0.72)44.95+180310+2(0+0.72)45. 95 =249755m3 第塊 L1=302m L2=257m b=10m m1=0 m2=0 H=13.93m A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 12 V=13.93/6302310+(0+0)13.93+257310+2(0+0)13.93 =38934.4m3 重力壩工程量:V1= V+ V+ V=324198+249755+38934.4=612887.4 m3 拱壩工程量計(jì)算利用下式分別對(duì)四個(gè)壩塊進(jìn)行計(jì)算： V=(A上+A下) h/2 (2-11) A1=（2002-191.52）100.5/360=2918.4m2 A2=（1682-1552）97/360=3554.3m2 A3=（1402-122.7542）99/360=3914.7.5m2 A4=（1102-88.382）87/360=3256.2m2 A5=（702-442）68/360=1758.8m2 V=（A1 +A2）h/2=(2818.4+3554.3) 24.72/2=78766.57m3 V=（A2 +A3）h/2=(3554.3+3914.75) 24.72/2=92317.5m3 V=（A3 +A4）h/2=(3914.75+3256.2) 24.72/2=88632.9m3 V=（A4 +A5）h/2=(3256.2+1758.8) 24.72/2=61985.4 m3 拱壩工程量:V2= V+ V+ V+ V=321702.37m3 經(jīng)比較，拱壩較重力壩可節(jié)約工程量（V1- V2）/ V1=（612887.4- 321702.37）/612887.4=47.5。故采用拱壩比較經(jīng)濟(jì)合理。 A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 13 第三章 第一建筑物大壩的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 拱壩形式尺寸及拱壩布置 V 形河谷或其它上寬下窄的河谷，若采用定半徑式拱壩，其底部會(huì)因中心角 過(guò)小而不能滿足應(yīng)力的要求，此時(shí)宜將水平拱圈的半徑從上到下逐漸減小，以使 上下各層拱圈的中心角基本相等，并在鉛直向設(shè)計(jì)成一定曲率，形成變半徑等中 心角雙曲拱壩，而做到上下層拱圈的中心角相等很困難，故采用變半徑變中心角 的雙曲拱壩. 3.1.2 拱壩的尺寸 壩頂?shù)暮穸?Tc =0.01(98.88+2302)=8.23=35m )2(01 . 0 1 bH min T (3-1) = 0.01(98.88+2.4302)=8.23m )4 . 2(01 . 0 1 bHTc (3-2) 取=8.5m c T 壩底的厚度 c T /)( 21ab HbbKT (3-3) 式中 K=0.35 ,分別為第一，第四層拱圈兩拱端新鮮基巖之間直線距離=302m 1 b 4 b 1 b =170m 4 b H=98.88m =655t/m3 a =0.35(302+170) 98.88/655=24.94m 取=26m b T b T 上游面的曲線采用二次拋物線 /)( 21ab HbbKT (3-4) A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 14 2 21 )/()/(HyxHyxz 式中 x1=21x2 x2=2TB/(21-1) 1=0.60.65 2=0.30.6 取 1=0.62 2=0.3 則 x2=0.3276 (20.62-1)=32.5 x1=20.6232.5=40.3 上游面的曲線方程為 z= -40.3y/98.88+32.5(y/98.88)2 下游面的曲線按 Tc，TB沿高程線性內(nèi)插。 設(shè)第 i 層拱圈的厚度為 Ti 則 =8.5+(26-8.5)/98.88yi =0.1769yi HyTTTT icbci /)( +8.5 (3-5) 圖 3-1 拱冠梁示意圖 表 3-1 各層拱圈的形體參數(shù)（單位：m） 層 12345 高程 190.88166.16141.44116.7292 縱坐標(biāo) y 024.7249.4474.1698.88 上游面橫坐標(biāo) z1 0-8.047-12.037-11.969-7.843 拱厚 Ti 8.512.87317.24621.61926 下游面橫坐標(biāo) z2 8.54.82585.209319.6503118.157 A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 15 圖 3-2 拱冠梁橫剖面圖（單位：m） 3.2 荷載組合 正常水位+溫降 設(shè)計(jì)水位+溫升 校核水位+溫升 正常水位+溫降+地震 3.3 拱壩的應(yīng)力計(jì)算 3.3.1 對(duì)荷載組合，使用 FORTRAN 程序進(jìn)行電算 正常水位+溫降 n= 5 u= .20 AT=-47.00 BT= 3.39 RG= 2.40 FS=10.00 RS= .85 EC=2200000.0 EF=2200000.0 GC= .000008 HW= 7.63 HS= 75.88 X1= 40.30 X2= 32.50 DESIGN POINT 0 圖 3-2 拱冠梁橫剖面圖（單位：m） A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 16 X1= 40.3000 X2= 32.5000 LEVEL HI AF SL T R 1 .00 45.00 151.00 8.50 195.75 2 24.72 45.00 122.00 12.87 161.56 3 49.44 45.00 103.00 17.25 131.38 4 74.16 45.00 76.00 21.62 108.19 5 90.88 45.00 42.50 26.00 66.50 LEVEL SM= SS= 1 213.20 122.56 87.76 253.57 .00 .00 .00 .00 2 248.30 89.58 38.28 211.08 41.30 69.39 -18.56 118.88 3 220.98 44.78 1.71 162.94 44.75 157.21 16.33 164.04 4 139.03 -27.11 -49.09 82.19 -15.80 285.87 158.04 87.57 5 81.77 -49.54 -32.83 44.11 -67.80 361.16 296.87 -39.09 LEVEL DISPLASE PA PAT 1 .040292 .000357 7.27 .00 2 .031299 .000406 13.75 1.15 3 .020511 .000451 18.51 2.55 4 .009045 .000347 15.53 5.80 5 .003066 .000173 20.91 22.52 設(shè)計(jì)水位+溫升 n= 5 u= .20 AT= 47.00 BT= 3.39 RG= 2.40 FS=10.00 RS= .85 EC=2200000.0 EF=2200000.0 GC= .000008 HW= 6.08 HS= 75.88 X1= 40.30 X2= 32.50 DESIGN POINT 0 X1= 40.3000 X2= 32.5000 LEVEL HI AF SL T R 1 .00 45.00 151.00 8.50 195.75 2 24.72 45.00 122.00 12.87 161.56 3 49.44 45.00 103.00 17.25 131.38 4 74.16 45.00 76.00 21.62 108.19 5 90.88 45.00 42.50 26.00 66.50 LEVEL SM= A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 17 SS= 1 245.62 188.33 166.33 271.14 .00 .00 .00 .00 2 254.71 144.51 108.89 226.56 66.70 44.39 -18.56 118.88 3 230.04 98.72 66.62 184.40 85.82 115.84 16.33 164.04 4 159.29 30.60 13.57 113.30 43.45 223.62 158.04 87.57 5 107.12 -2.15 11.76 73.73 18.89 262.81 296.87 -39.09 LEVEL DISPLASE PA PAT 1 .025607 .000141 9.31 .00 2 .021881 .000216 15.86 .64 3 .015455 .000308 21.84 2.09 4 .007148 .000260 21.41 4.49 5 .002665 .000132 30.18 17.56 校核水位+溫升 n= 5 u= .20 AT= 47.00 BT= 3.39 RG= 2.40 FS=10.00 RS= .85 EC=2200000.0 EF=2200000.0 GC= .000008 HW= 2.42 HS= 75.88 X1= 40.30 X2= 32.50 DESIGN POINT 0 X1= 40.3000 X2= 32.5000 LEVEL HI AF SL T R 1 .00 45.00 151.00 8.50 195.75 2 24.72 45.00 122.00 12.87 161.56 3 49.44 45.00 103.00 17.25 131.38 4 74.16 45.00 76.00 21.62 108.19 5 90.88 45.00 42.50 26.00 66.50 LEVEL SM= SS= 1 277.85 210.17 184.18 308.00 .00 .00 .00 .00 2 286.08 159.10 118.07 254.33 73.31 40.17 -18.56 118.88 3 253.27 106.11 70.14 202.93 79.82 125.75 16.33 164.04 4 171.36 30.74 12.14 121.88 21.78 249.31 158.04 87.57 5 113.24 -3.83 11.08 78.18 -8.03 294.46 296.87 A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 18 -39.09 LEVEL DISPLASE PA PAT 1 .030236 .000193 10.47 .00 2 .025197 .000273 17.70 .80 3 .017307 .000361 23.92 2.33 4 .007803 .000291 22.90 4.88 5 .002851 .000146 31.84 19.22 3.3.2 對(duì)荷載組合進(jìn)行手算 拱冠梁法計(jì)算應(yīng)力的變形協(xié)調(diào)方程： iiiiiiiiiii BApxxaxaaxaxa 554432211 (3-6) 式中： 單位荷載作用在梁上 j 點(diǎn)使 i 點(diǎn)產(chǎn)生的徑向變位，稱為梁的變位 ij a 系數(shù)； 在單位均勻徑向水平荷載作用下，第 i 層拱圈拱冠處的徑向變位， i 稱為拱的變位系數(shù)； 第 i 層拱圈由于該層均勻溫度變化 時(shí)在拱冠處的徑向變位； i A 作用于梁上豎直方向荷載引起的拱冠梁上 i 點(diǎn)的徑向變位； i B 、分別為 i 層截面處水平徑向總荷載、梁分擔(dān)的荷載。 i p i x i=1，2，3，4，5 1拱圈變位系數(shù)的計(jì)算及均勻溫降 時(shí)的 Ai的計(jì)算 i )/( 0ci ER (3-7) 式中：0可由拱圈的 A、T/R 查表 4-7（沈長(zhǎng)松編拱壩 ）得出； EC混凝土的彈性模量，取 2.2106； R第 i 層拱圈的平均半徑。 )( 0 RCAi (3-8) 式中：0可由拱圈的 A、T/R 查表 4-8（沈長(zhǎng)松編拱壩 ）得出； R第 i 層拱圈的平均半徑； C壩身材料線脹系數(shù)，取 0.810-5； 第 i 層拱圈的均勻溫度下降值。 A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 19 (oC) )39 . 3 /(47T (3-9) T第 i 層拱圈的拱厚。 和計(jì)算見(jiàn)表 3-2 i i A A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 20 表 3-2 各層拱圈的 i與 Ai的結(jié)果 截 面高程拱厚 T半徑 R 半中 心角 Aoi /Ec 均勻溫 降 R*C* Ai 1190.98.5195.7550-51.358-100533.950.00619-1.8360.0113624985.3 2166.212.873161.5648.5-27.206-4395.42.890.00374-1.7590.0065714454.7 3141.417.246131.37749.5-17.666-2320.92.280.0024-1.6570.003978735.53 4116.721.619109.1943.5-10.964-1197.21.880.00164-1.3220.002174776.23 592265734-3.2419-184.791.60.00073-0.4960.00036796.14 A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 21 2.垂直荷載作用下引起的梁的徑向變位 Bi的計(jì)算 垂直荷載作用下拱冠梁各截面的 M/ECI（彎矩以順時(shí)針為正）的計(jì)算見(jiàn)附 表第四頁(yè)“垂直荷載作用下各截面的 M/ECI 的計(jì)算” 。 表 3-3 垂直荷載作用下各截面的 M/ECI 的計(jì)算 計(jì)算項(xiàng)目拱冠粱計(jì)算截面編號(hào)序 號(hào) 類 別 符號(hào)名稱單 位 12345 1h 分段高 度 米 24.7224.7224.7224.72 2Su 上游高 度 米 1.021.0391.0661.1091.228 4 D a形心距 下游距 離 米 4.256.43658.62310.809 5 13 5 u a形心距 上游距 離 米 4.256.43658.62310.809 5 13 8 a I截面慣 性矩 4 米 51.17177.67426.83842.031412.6 10 1 W分塊自 重 噸 0633.98893.481152.7 4 1433.1 7 11 1 M分塊自 重對(duì)形 心力矩 噸 米 01730.7 6 766.61- 1250.7 2 - 4323.9 7 13 拱 冠 梁 基 本 尺 寸 1 M自重引 起的力 矩 噸 米 01730.73767. 31 - 1054.7 - 22306. 82 (2) 垂直荷載作用下由于梁本身彎曲引起的變位 BiI iii yB (3-10) 式中： i垂直荷載作用下 i 截面以下 M/ECI 圖的面積； yii面積形心至 i 截面的距離。 A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 22 表 3-4 豎直方向荷載(水重)引起拱冠梁的徑向變位 BiI 端面號(hào)各層水重各截面彎矩 iyi 1/Ec 5-544.500 4-4209.4131600.24-32.082 3-3 1910 -1642.0840.536 2.244.0-1065.33037.87 1-10-207.685010.64 圖 3-3 M/I 圖 (3) 拱冠梁梁基力系作用下，地基產(chǎn)生角變 x 及徑變 f，由于地基變 形而使拱冠梁隨著產(chǎn)生變位，按幾何關(guān)系可知，距梁基高為 hi處梁上某截面 I 處 的徑向變位為 Bi: iixi hB (3-11) 僅垂直荷載時(shí) x= Mx f= Mx2 (3-12) 取拱壩 Ec=Er=22105t/m2，即 n=1 =5.62/（EcT2）n=5.62/(262Ec)=0.0083/Ec A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 23 2=0.74/(26Ec)=0.0825/Ec Mx=1600.24 = 1600.240.0083/Ec= 13.28/Ec x =1600.240.74/(26Ec)=45.61/Ec i =13.28hi / Ec +45.61(1/Ec) i B 表 3-5 地基變形產(chǎn)生徑向變位為 i B 截面編號(hào) 54321 i h 024.7249.4474.1698.88 i B 45.61-314.529230.57162100.11843745.1012 (4)將和迭加得 i B i B i B iii BBB (3-13) 表 3-6 豎直荷載引起的徑向變位 截面編號(hào) 54321 hi024.7249.4474.1698.88 Bi (1/Ec)-45.61-282.177-609.964-937.7516-1265.539 Bi(1/Ec)0-32.082840.5363037.875010.64 Bi (1/Ec-45.61-314.259230.57162100.11843745.1012 （5）梁變位系數(shù)的計(jì)算結(jié)果： ij a 表 3-7 梁變位系數(shù) ij a a116099.326a213615.288a311743.009a41607.7866a5176.2088 a128231.207a225407.068a322793.362a421017.987a52140.5501 a133978.417a232866.043a331740.854a43720.5964a53123.3011 a141428.296a241014.734a34758.224a44413.7208a54105.8641 a15222.8196a25181.3184a35139.8397a4598.36092a5547.1393 （6）計(jì)算 pi 正常水位 183.75m H1=183.25-166.16=17.09m 水庫(kù)淤積高程 115m p1=0 p2=wH1=119=17.09t/m2 (3-14) A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 24 p3=wH2=1(17.09+24.72)=41.81t/m2 p4=wH3=1(41.81+24.72)=66.53 t/m2 p5w=wH4=1(66.53+24.72)=91.25 t/m2 p5s=shstg2(45o-s/2)=0.8523tg2(45o-10o/2)=13.76 t/m2 p5= p5w+p5s=91.25+13.76=105.01t/m2 （7）根據(jù)列出五 iiiiiiiiiii BApxxaxaaxaxa 554432211 元一次方程組： 16152.626x1+8231.207x2+3978.417x3+1428.296x4+222.8196x5=28730.38 3615.288x1+9802.458x2+2866.403x3+1014.734x4+181.3184x5=91671.989 1743x1+2793.362x2+4061.784x3+758.224x4+139.84x5=106004.2856 607.7866x1+1017.987x2+720.5964x3+1501.26x4+98.361x5=76378.24284 76.2088x1+140.551x2+123.3x3+105.86x4+231.93x5=20155.1489 求解此五元一次方程組得： 梁所受的荷載：x1= -8.03246 x2=1.513587 x3=18.94507 x4=40.05949 x5=60.2679 拱所受的荷載：p1-x1=8.03246 p2-x2=17.09-1.513587=15.229 p3-x3=41.81-18.94507=22.865 p4-x4=66.53-40.05949=26.471 p5-x5=105.01-60.2679=44.742 圖 3-4 拱冠梁荷載圖 A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 25 （8）拱冠梁受水平荷載作用下的彎矩 M水平 ，受垂直荷載及水平荷載共同作 用下的彎矩 M 以及應(yīng)力的計(jì)算 表 3-8 彎矩 M 以及應(yīng)力的計(jì)算 截面編號(hào) 12345 水平荷載產(chǎn)生的彎 矩 0-1482-1235.9710960.5247547.31 自重產(chǎn)生的彎矩 01730.763767.31-1054.7-22306.8 水重產(chǎn)生的彎矩 t*m 0-207.68-1065.3-16421600.24 總彎矩 41.081466.048263.8226840.73 分塊自重 t 0633.98893.481152.741412.6 截面面積 8.512.87317.24621.61926 截面慣性矩 51.17177.67426.83842.031464.7 水重 44191213.614-44.45 累計(jì)自重即軸力 0633.981527.462680.24092.8 N 677.981718.462893.8144048.35 N/A 52.6668299.64398133.8551155.7058 M/I 0.2312153.4347169.81416318.32507 au 6.43658.62310.809513 ad 6.43658.62310.809513 51.1786170.0264227.76893-82.5202 54.15504129.2615239.9413393.9317 (9)泥沙，水壓產(chǎn)生的應(yīng)力 = p(t/m2) , 均勻溫降產(chǎn)生的應(yīng)力 = EcC(t/m2) 的計(jì)算，見(jiàn)表 3-9 和表 3-10 u a I M A N u d a I M A N d A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 26 表 3-9 水壓產(chǎn)生的拱圈應(yīng)力 拱冠拱端 上游下游上游下游 水平荷 載 Pi- xi 18.0324630.52296245.174521.14632169.85717.34576139.329134.51256277.2208 215.576418.00321280.42548.033462125.13254.42279468.8912721.96582342.1487 322.864912.52013286.27193.54438481.042090.75777617.326515.79518361.1557 426.47059.22708244.2455-0.17136-4.53599-2.29092-60.641812.07712319.6875 544.74212.69944120.7786-0.92434-41.3569-0.55394-24.78442.864536128.1654 表 3-10 均勻溫降產(chǎn)生的拱圈應(yīng)力 拱冠拱端 上游下游上游下游 溫度荷 載 169.520.1742412.11316-0.19664-13.6704-0.34592-24.04840.3315623.05005 250.8640.29568815.03987-0.36826-18.7312-0.60874-30.9630.5589728.43145 340.1280.3714214.90434-0.51129-20.517-0.78506-31.50290.69322627.81777 433.0880.4231914.00251-0.64003-21.1773-1.05182-34.80260.7884126.08691 528.160.0299760.844124-0.64526-18.1705-0.57833-16.28580.0697481.964104 A 江水利樞紐薄雙曲拱壩設(shè)計(jì) 27 表 3-11 地震力計(jì)算 縱向地震慣性力 拱冠內(nèi)力左拱端內(nèi)力右拱端內(nèi)力 H0V0M0HAVAMAHAVAMA 175.36460216.8922246.189122.33922316.6604246.189122.33922316.6604 186.29180305.3338261.967417.04645-18.0257261.967417.04645-18.0257 161.76880423.4356236.09758.601528-304.903236.09758.601528-304.903 98.748160488.7153155.5761-20.5615-761.072155.5761-20.5615-761.0