計(jì)算書混合曲線拱壩設(shè)計(jì)

1、目 錄第一章 調(diào)洪演算.- 3 -1.1 調(diào)洪演算的原理 .- 3 -1.2 調(diào)洪方案的選擇 .- 3 -1.2.1 對以下四種方案進(jìn)行調(diào)洪演算 .- 3 -1.2.2 方案比較 .- 8 -1.2.3 2 淺孔+2 中孔方案選定后壩頂高程的計(jì)算.- 8 -第二章 大壩工程量比較.- 10 -2.1 大壩剖面設(shè)計(jì)計(jì)算 .- 10 -2.1.1 混凝土重力壩設(shè)計(jì) .- 10 -2.2 大壩工程量比較 .- 17 -2.2.1 重力壩工程量 .- 17 -2.2.2 拱壩工程量 .- 18 -2.2.3 重力壩與拱壩工程量比較 .- 19 -第三章 第一主要建筑物的設(shè)計(jì).- 19 -3.1 拱壩的

2、型式尺寸及布置 .- 19 -3.1.1 壩型選擇 .- 19 -3.1.2 拱壩的尺寸 .- 19 -3.2 荷載組合 .- 23 -3.2.1 正常水位+溫降.- 23 -3.2.2 設(shè)計(jì)水位+溫升.- 23 -3.2.3 校核水位+溫升.- 23 -3.2.4 正常水位+溫降+地震.- 23 -3.3 拱壩的應(yīng)力計(jì)算 .- 23 -3.3.1 對荷載組合 1，2，3 使用 fortran 程序進(jìn)行電算 .- 23 -3.3.2 對荷載組合 4 進(jìn)行手算 .- 25 -3.4 壩肩穩(wěn)定驗(yàn)算 .- 36 -3.4.1 計(jì)算原理 .- 36 -3.4.2 驗(yàn)算工況 .- 38 -3.4.3 驗(yàn)

3、算步驟 .- 38 -4.1 泄水建筑物的型式尺寸.- 42 -4.2 壩身進(jìn)水口設(shè)計(jì).- 42 -4.2.1 管徑的計(jì)算 .- 42 -4.2.2 進(jìn)水口的高程 .- 42 -4.3 泄槽設(shè)計(jì)計(jì)算.- 43 -4.3.1 坎頂高程 .- 43 -4.3.2 坎上水深 hc.- 43 -4.3.3 反弧半徑 r.- 43 -4.3.4 坡度（直線段） .- 44 -4.3.5 挑射角 .- 44 -4.4 導(dǎo)墻設(shè)計(jì).- 44 -4.5 消能防沖計(jì)算.- 45 -4.5.1 水舌挑距 .- 45 -4.5.2 沖刷坑深度 .- 46 -4.5.3 消能率計(jì)算 .- 47 -4.6 泄水孔口應(yīng)力及

4、配筋.- 48 -4.6.1 孔口應(yīng)力 .- 48 -4.6.2 配筋計(jì)算 .- 51 -附錄.- 52 -參考文獻(xiàn).- 55 -結(jié)語.- 56 - 第一章第一章 調(diào)洪演算調(diào)洪演算1.1 調(diào)洪演算的原理先對一種泄洪方案，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，對設(shè)計(jì)（校核）洪水過程線進(jìn)行調(diào)洪演算，求得這幾組最大泄流量分別對應(yīng)的水庫存水量，查水位庫容曲線，得出這幾組最大泄流量分別對應(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)的水庫水位，再對其它泄洪方案按同樣的方法進(jìn)行調(diào)洪演算

5、，最后選定的泄洪方案孔口最大泄流量應(yīng)接近并不超過容許值，并最好與所給限制流量差值在100m3/s 以內(nèi)。1.2 調(diào)洪方案的選擇1.2.1 對以下四種方案進(jìn)行調(diào)洪演算（1）2 淺孔+2 中孔 （2）4 表孔+2 中孔（3） 4 中孔 （4）壩身泄流與利用導(dǎo)流隧洞1.2.1.1 方案一 2 淺孔2 中孔淺孔: 進(jìn)口底高程為 164m, 出口底高程為 154m （1-1）102qagh式中：b孔口寬,m ； h孔口高,m ；a孔口面積(=bh)，m2；流量系數(shù)（=0.80） ；h0出口中心處水頭,m。中孔: 進(jìn)口高程底 135m, 出口底高程 130m 202qagh式中：b孔口寬,m ； h孔口高

6、,m ；a孔口面積(a=bh) ,m2；流量系數(shù)， （=0.97-0.3a/h0 ） ；a孔口高度,m； h0-出口中心處水頭，m。表 1-1 2 淺孔流量高寬出口高程上游水位出口中心處水頭2 孔面積起調(diào)流量方案（m）（m） (m)（m）（m） 流量系數(shù)（m3）（m3/s）1設(shè)計(jì)8.0 8.5 154.0 182.0 24.0 0.884136.00 校核8.0 8.5 154.0 182.0 24.0 0.884136.00 2609.817表 1-2 2 中孔流量高寬出口高程上游水位出口中心處水頭2 孔面積起調(diào)流量方案（m）（m） （m） （m）（m） 流量系數(shù)（m3）（m3/s）設(shè)計(jì)7.

7、5 7.5130.0 182.0 48.5 0.927 112.53200.80 1校核7.5 7.5130.0 182.0 48.50.927 112.5 3200.80 表 1-3 2 淺孔+2 中孔總流量2 淺孔起調(diào)流量2 中孔起調(diào)流量總起調(diào)流量方案（m3/s）（m3/s）（m3/s）設(shè)計(jì)2609.823200.806148.621校核2609.823200.806148.62表 1-4 最大泄洪流量與最高水位結(jié)果表起調(diào)流量 最大泄量最高水位方案（m3/s）（m3/s）（m）設(shè)計(jì)6148.626600186.71校核6148.626880189.8最大設(shè)計(jì)泄洪流量為 6600m3/s，校

8、核流量為 6880m3/s，最高設(shè)計(jì)水位為186.7m，最高校核水位為 189.8m。1.2.1.2 方案二 4 表孔+2 中孔表孔: 進(jìn)口底高程 179m （1-2/3012 hgbmq2）式中： b堰頂寬，m；m流速系數(shù)；側(cè)收縮系數(shù)；h0出口中心處水頭，m。中孔: 進(jìn)口底高程 135m, 出口底高程 130m 022ghaq式中： b孔口寬,m ； h孔口高,m ；a孔口面積(=bh)，m2；流量系數(shù)（=0.97-0.3a/h0） ；a孔口高度,m；h0出口中心處水頭，m。表 1-5 4 表孔流量高寬出口高程上游水位堰頂水位4 孔面積起調(diào)流量方案（m）（m）(m)（m）（m）流速系數(shù)（m3

9、）（m3/s）1設(shè)計(jì)校核412.0179.0182.03.00.48192.00530.29表 1-6 2 中孔流量高寬出口高程上游水位出口中心處水頭2 孔面積起調(diào)流量方案（m）（m） （m） （m）（m） 流量系數(shù)（m3）（m3/s）設(shè)計(jì)7.5 7.5130.0 182.0 48.5 0.927 112.53200.81校核7.5 7.5130.0 182.0 48.5 0.927 112.53200.8 表 1-7 4 表孔+2 中孔總流量4 表孔起調(diào)流量2 中孔起調(diào)流量總起調(diào)流量方案（m3/s）（m3/s）（m3/s）設(shè)計(jì)530.293200.84096.11校核530.293200.8

10、4096.1表 1-8 最大泄洪量與最高水位結(jié)果表起調(diào)流量最大泄量最高水位方案（m3/s）（m3/s）（m）1設(shè)計(jì)校核4096.17620190.11.2.1.3 方案三 4 中孔中孔: 進(jìn)口底高程 135m, 出口底高程 130m02qagh式中：b孔口寬,m ； h孔口高,m ； a孔口面積(=bh)，m2；流量系數(shù)（=0.97-0.3a/h0 ） ； a孔口高度,m； h0出口中心處水頭，m。表 1-9 4 中孔最大泄洪量與最高水位結(jié)果表高寬出口高程上游水位出口中心處水頭起調(diào)流量最大下泄量最高水位（m）（m）（m）（m）（m）流量系數(shù)（m3/s）（m3/s）（m）設(shè)計(jì)77.5130182

11、48.50.9276344.6246640186.6校核77.513018248.50.9275944.186820189.61.2.1.4 方案四 壩身泄流與利用導(dǎo)流隧洞 因客觀因素，現(xiàn)對壩身泄流與利用導(dǎo)流隧洞不進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，只對其進(jìn)行定性分析。1.2.2 方案比較方案一即泄水建筑物采用 2 淺孔+2 中孔時所需壩頂高程最小，加之方案一與方案三都存在對壩體的結(jié)構(gòu)影響較大的問題（方案二的 4 表孔使得壩體堰頂以上失去空間結(jié)構(gòu)作用，方案三的 4 中孔使得壩體同一高程開孔數(shù)量過多，該層拱圈削弱過多） ，并由調(diào)洪演算結(jié)果看，故本設(shè)計(jì)選擇 2 淺孔+2 中孔的泄流方案，淺孔位于兩岸，中孔位于水電站進(jìn)水

12、口兩側(cè)，對稱布置。設(shè)計(jì)洪水時，允許泄量 6650m3/s，校核洪水時，允許泄量 7650m3/s。設(shè)置兩淺孔，孔口寬 8.5m，高 8.0m，進(jìn)口底高程為 164m，出口底高程為 154m；兩中孔，孔口寬 7.5m，高 7.5m，進(jìn)口底高程為 135m，出口底高程為 130m，設(shè)計(jì)洪水時，下泄流量 6600m3/s，校核洪水時，下泄流量 6880m3/s，均小于允許下泄流量，設(shè)計(jì)洪水位為 186.7m，校核洪水位為 189.8m。1.2.3 2 淺孔+2 中孔方案選定后壩頂高程的計(jì)算拱壩壩頂超出水庫靜水位的高度h 為 （1-1%zc 2hhhh3）式中 h1%累積頻率 1%的波浪高度（m） ，

13、按式（1-4） 、 （1-5） 、 （1-6）求出； hz波浪中心線高出靜水位的高度 (m),按式（1-7）計(jì)算； hc取決于壩的級別和計(jì)算情況的安全超高（等級為 1 級時：設(shè)計(jì)hc=0.7m，校核 hc=0.5m） 。 （1-4）0.520013.9()mmgtghvv （1-5）22mmgtl （1-6）1/121/3022000.0076()ghgdvvv （1-7）21%2zmmhhhcthll式中 v0計(jì)算風(fēng)速, m/s； d庫面吹程，m； 平均波高，m；mh平均波周期，s；h水深，m。mthdv0gd/v02lmh5%h1%h1%2/lmcth(2h/lm)hz94.7400020

14、98.111.381.1130.8320.31910.5251.2.3.1 設(shè)計(jì)洪水位情況下 查表得 ： c0.7mh 1.660.5250.72.885mh設(shè)1.2.3.2 校核洪水位情況下 hdv0gd/v02lm10%hh1%h1%2/lmcth(2h/lm)hz97.93400012272.56.8240.5880.8320.31910.319查表得 c0.5mh 1.6640.3190.52.483 mh校綜上： 設(shè)計(jì)情況：=186.703.685190.99m壩頂 校核情況： 189.82.483192.28 m 取得壩頂高程為: 192.5 m壩頂由此計(jì)算得到的拱壩壩高為192.

15、592100.5mh 第二章第二章 大壩工程量比較大壩工程量比較2.1 大壩剖面設(shè)計(jì)計(jì)算2.1.1 混凝土重力壩設(shè)計(jì)壩前最大水深189.89297.8mh 最大壩高 192.592100.5mh 2.1.1.1 基本剖面（1）. 按應(yīng)力條件確定壩底最小寬度 （2-1）)(10chb式中 c=24kn/m3 ；0=10kn/m3； 1=揚(yáng)壓力折減系數(shù),取 0.3（河床壩段=0.20.3，岸坡壩段=0.30.4） 。則 97.867.3524(0.25)10bm（2）.按穩(wěn)定條件確定壩底最小寬度 （2-2）10ckhbf式中 k=1.05(查水工建筑物表 4-1)；f=0.7 ； =0 ； 1=0

16、.25。則 1.05 97.868.09240.700.2510bm綜合（1） 、 （2） ，取兩值中的較大值，取壩底最小寬度 b=68.5m2.1.1.2 實(shí)用剖面（1）.壩頂寬度：取壩高的 810%，即（810）%100.5=(8.0410.5)m，取為 10.0m。（2）.下游坡度： (1)/70/97.80.715mb h且壩底寬約為壩高 0.7-0.9 倍，則取 m=0.80。（3）.上游折坡點(diǎn)：上游設(shè)折坡，折坡點(diǎn)距壩底的高度取為壩高的（）范圍內(nèi)，即（313231）100.5=(33.567)m,取為 54m，上游折坡點(diǎn)高程為折 =146m。32（4）.上游坡度：上游折坡的坡度取為

17、1:0.15。（5）.壩底寬度：壩底寬度為 。 54 0.1597.8 0.886.34m2.1.1.3 排水裝置設(shè)計(jì)洪水最大下泄流量 6600m3/s，則 z下=114.4m，下游水深 114.4-92=22.4m ，水頭 。186.7 114.472.3mh 基礎(chǔ)帷幕灌漿廊道上游壁到上游壩面的距離應(yīng)不小于 0.05-0.10 倍水頭，且不小于 4-5m，即（0.050.1） 72.3=（3.7717.23）m，取 5m，寬取 2.5m，高取 3m，廊道底離壩底距離不小于 1.5 倍底寬，取 5m?；A(chǔ)排水廊道兼作灌漿廊道寬取 2.0m，高取 2.5m。壩內(nèi)縱向排水廊道上游壁到上游壩面不小于

18、（0.050.10）倍水頭，并不小于 3m，即（0.050.1） 72.3=（3.7717.23）m,取帷幕排水廊道距上游壩面距離為 5m。2.1.1.4 荷載計(jì)算圖 2-2 壩體自重計(jì)算圖 圖 2-3 壩底揚(yáng)壓力計(jì)算圖表 2-1 荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算表(設(shè)計(jì)水位狀況)水平應(yīng)力（kn/m）鉛直應(yīng)力（kn/m）力臂力矩荷載（kn/m）（m）+ （逆時針）-（順時針）自重w1w2w35248.82412069850.540.4730.072.323212418.9725288.4162262.6w水上w水下5483.7171439.6637.20217474.8 55659.6水壓力p上p下43988.

19、482461.331.577.4718377.71388569.7揚(yáng)壓力u1u2u3u43821.16413.52503.618972.738.474.9936.120146997.732003.3790430.10浪壓力pl23.16952200.2泥沙壓力pn22347.17.8318385.3表 2-2 荷載設(shè)計(jì)值計(jì)算表(校核水位狀況)水平應(yīng)力（kn/m）鉛直應(yīng)力（kn/m）力臂力矩荷載（kn/m）（m）+ （逆時針）-（順時針）自重w1w2w35248.82412069850.540.4730.072.323212418.9725288.4162262.6w水上w水下5625.8420

20、2239.6637.20223120.875212.3水壓力p上p下47951.42535.832.6437.50719036.31565277.6揚(yáng)壓力u1u2u3u43916.26652.7259719226.838.474.9936.120150656.233196.9793803.60泥沙壓力pn12347.067.8318377.52.1.1.5 穩(wěn)定校核用定值安全系數(shù)計(jì)算法沿壩基面的抗滑穩(wěn)定分析：若認(rèn)為壩體與基巖膠結(jié)較差，用下式計(jì)算 (2-3)()fwukp為作用于滑動面以上的力在鉛直方向投影的代數(shù)和；w為作用于滑動面以上的力在水平方向投影的代數(shù)和；pu 為作用于滑動面上的揚(yáng)壓力；

21、f 為滑動面上的抗剪摩擦系數(shù)，f=0.7；k 為按抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，查水工建筑物表 4-1 有k=1.10，1.05。若認(rèn)為壩體與基巖膠結(jié)良好，按下式計(jì)算 （2-4）()fwuc akp為作用于滑動面以上的力在鉛直方向投影的代數(shù)和，用標(biāo)準(zhǔn)值；w為作用于滑動面以上的力在水平方向投影的代數(shù)和，用標(biāo)準(zhǔn)值；pu 為作用于滑動面上的揚(yáng)壓力；為滑動面上的抗剪摩擦系數(shù), =0.75；ff為壩體與壩基連接面的抗剪斷凝聚力, =0.5mpa； c ca 為壩體與壩基連接面的面積；為按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，查水工建筑物表 4-1k有=3.0、2.5。k第一種方法偏于安全。

22、（1）設(shè)計(jì)狀況 ()fwukp 0.7 72314.881.15.4408.86k1 10所以在設(shè)計(jì)水位情況下，壩體抗滑穩(wěn)定滿足要求。（2）偶然狀況= =k=1.0()fwukp0.7 68792.311.0346657偶然狀況的抗滑穩(wěn)定系數(shù)偏小，不滿足要求，故需采用一些工程措施，因?yàn)閴位鶐r較堅(jiān)硬，可將壩基開挖成若干傾向上游的斜面，在壩踵和壩趾設(shè)置深入基巖的齒墻，以增強(qiáng)壩基抗滑穩(wěn)定性。2.1.1.6 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= （2-26bmbw5） y= （2-26bmbw6）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

23、上全部荷載對截面形心的力矩總和（逆時針正） ； b計(jì)算截面沿上下游方向的寬度。（1） 設(shè)計(jì)狀況m=mg+mu+mp= -396250.3 knm (計(jì)入揚(yáng)壓力)w=74488.4kn(計(jì)入揚(yáng)壓力) a. y=0.544mpa 26bmbwy=1.182 mpa 26bmbwb.邊緣剪應(yīng)力 和 （m=0.8 n=0.15）=-0.544 0.15=-0.082mpanppyu)(=ymppuy)( m1.182 0.80.9456mpac.鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力和和(計(jì)入泥沙壓力)x x2=-0.544 0.152 =-0.0122mpanppppuux)()(=y 2)()(mppppuyux

24、 22m1.182 0.80.756mpad.上游邊緣主應(yīng)力和12 21(1)()1.15 0.5440.626mpayunpp n=0 mpaupp2e. 下游邊緣主應(yīng)力和 1 2 221(1)()1.935mpayumpp m=0 mpa (2)校核狀況 = -510397.76 knm (計(jì)入揚(yáng)壓力)gupmmmm =74474.4kn(計(jì)入揚(yáng)壓力) wa.y=0.452mpa 26bmbwy=1.273mpa 26bmbwb.邊緣剪應(yīng)力 和 （m=0.74 n=0.15）=0.076 mpanppyu)(=0.84 mpa()yupp mc.鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力和和(計(jì)入泥沙壓力)x

25、 x2=0.948 mpanppppuux)()(=0.895 mpa2)()(mppppuyux d.上游邊緣主應(yīng)力和120.441 mpa 21)()1 (nppnuy=0 mpaupp2e. 下游邊緣主應(yīng)力和 1 2 221(1)()1.946yumpp mmpa=0 upp2mpa綜上，設(shè)計(jì)狀況與偶然狀況下壩踵、壩趾處沒有出現(xiàn)過大拉應(yīng)力，且主壓應(yīng)力未大于允許壓應(yīng)力，故滿足應(yīng)力要求。2.2 大壩工程量比較2.2.1 重力壩工程量在146m 及176.64m 將壩體沿水平向分成三塊，從下往上依次為 i、ii、iii，工程量計(jì)算利用下式分別對三個壩塊進(jìn)行計(jì)算： （2-7）hmmblhmmbl

26、hv2122112336式中 v所求壩塊的體積，m3； h所求壩塊的高度，m； l1所求壩塊壩面長度，m； l2所求壩塊壩底長度，m； b所求壩塊壩頂寬度，m； m1、m2所求壩塊上、下游坡度。表 2-3 重力壩分塊工程量計(jì)算列表l1l2bm1m2hvi2057835.040.150.854434414.7ii2592051000.831.3252917.0iii297259100015.242256 3iiiiii 729587.7mvvvv2.2.2 拱壩工程量拱壩工程量計(jì)算利用下式分別對四個壩塊進(jìn)行計(jì)算： （2-8）2haa下上v其中 a/360（r外2-r內(nèi)2） 第 i 層拱圈的中心角

27、； r1第 i 層拱圈的外半徑，m； r2第 i 層拱圈的內(nèi)半徑，m。相關(guān)數(shù)據(jù)壩體分塊表 2-4 拱壩各高程拱圈面積計(jì)算列表高程(m)r內(nèi)(m)r外(m)中心角（）v (m3)192.5195.75204.25103166.175154.4375167.562510385890141.45128.125145.87510297350116.72584.8125107.1875104996909255.582.57280430385890973509969080430363360mv 2.2.3 重力壩與拱壩工程量比較經(jīng)比較，拱壩較重力壩可節(jié)約工程量：()/(729587.7363360 )/7

28、29587.750.2%vvv第三章 第一主要建筑物的設(shè)計(jì)3.1 拱壩的型式尺寸及布置3.1.1 壩型選擇壩型選擇雙曲拱壩。3.1.2 拱壩的尺寸3.1.2.1 壩頂?shù)暮穸?tc 根據(jù)結(jié)構(gòu)、人防、運(yùn)用等要求并考慮改善壩體應(yīng)力，初步設(shè)計(jì)，采用下列經(jīng)驗(yàn)公式： （3-1）14 . 201. 0lhtc tmin=35m式中 h壩高（m） ，h=100.5m； b1壩頂高程處兩拱端新鮮基巖之間的直線距離（m） ，b1=310m。 1min0.01(2.4 )0.01(100.5744)8.445mt35mhb 取 tc=8.5m3.1.2.2 壩底的厚度 tb ( 拱壩在高程上分為 5 層) （3-2

29、） anbhllkt11式中 l1壩頂高程處兩拱端新鮮基巖之間的直線距離（m） ，l1=310m； ln-1壩體倒第二層拱圈處兩拱端新鮮基巖之間的直線距離（m） ，ln-1=163m； h壩體高度，m； k=0.0035；拱的允許壓應(yīng)力（mpa ） ，國內(nèi)a一般取 4-7mpa。 a 0.0035310 163 100.5/6.5525.52mbt 取 tb=25.7m3.1.2.3 上游面的曲線采用二次拋物線 （3-221hyxhyxz3）式中：，1122xx22121btx其中、為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)， （1=0.60.65，2=0.30.6） 。12取 10.62，20.30， h=100.5m，則

30、2x0.30 25.7/(2 0.62 1)=32.1251x2 0.62 32.12539.835則上游面的曲線方程為: 239.83532.125yyzhh 3.1.2.4 下游面的曲線tc，tb沿高程線性內(nèi)插，然后光滑修勻。設(shè)第 i 層拱圈的厚度為 ti , 則 （3-icbc 8.525.78.5 /100.58.50.17144iittttyy4） 下游面曲線方程為izzt 表 3-1 拱冠梁端面的幾層典型拱圈的幾何尺寸層數(shù)高程上游面坐標(biāo)下游面坐標(biāo)壩體厚度1.00192.500.008.508.502.00167.38-7.954.8512.803.00142.25-11.895.2

31、117.104.00117.13-11.819.5921.405.0092.00-7.7117.9925.70檢驗(yàn)倒懸度：見附圖，均滿足小于 1：3 的要求。 表 3-2 各層拱圈特性參數(shù)高程拱圈厚平均半徑中心角右半中心角左半中心角1/2 弦長岸坡平均坡度（m）（m）（m）（）（）（）（m）（）192.58.5200103515215545167.12512.8169974849126.545142. 2517.1140974849104.545117.12521.4116104545071.5459225.77175373842.545 192.50167.38142.2592.00117.

32、13-20.00-10.000.0010.0020.00系列2系列1 圖 3-1 拱冠梁橫剖面示意圖（單位：m）3.2 荷載組合3.2.1 正常水位+溫降3.2.2 設(shè)計(jì)水位+溫升3.2.3 校核水位+溫升3.2.4 正常水位+溫降+地震3.3 拱壩的應(yīng)力計(jì)算3.3.1 對荷載組合 1，2，3 使用 fortran 程序進(jìn)行電算3.3.1.1 正常水位+溫降n= 5 u= 0.20 at=-47.00 bt= 3.39 rg= 2.40 fs=10.00 rs= 0.85 ec=2200000.0 ef=2200000.0 gc=0.000008 hw= 9.25 hs= 77.00 x1=

33、39.835 x2= 32.125 輸出結(jié)果： 235.11 140.17 103.59 277.39 .00 .00 .00 .00 282.01 108.05 50.75 239.57 60.17 50.29 -13.20 115.16 281.29 53.20 -4.87 200.47 87.08 115.51 14.59 169.10 207.04 -19.61 -54.53 124.15 45.25 229.90 133.97 118.30 93.52 -57.19 -40.45 47.91 -74.19 406.77 333.57 -34.82 .044624 .000308 .0

34、0 -7.94 7.94 .00 .036674 .000371 15.88 -.12 15.05 .95 .026313 .000463 41.00 16.33 21.92 2.76 .013924 .000429 66.13 37.67 22.17 6.29 .003475 .000192 105.31 68.07 23.25 14.00 1600.63 .00 571.43 1608.72 -17.03 -1046.10 2524.50 .00 2372.84 2563.29 -86.21 -4184.27 2939.32 .00 5544.11 3045.15 -236.13 -927

35、1.87 2155.04 .00 8600.69 2343.56 -459.26 -13267.57 703.13 .00 8112.45 951.15 -746.26 -9497.343.3.1.2 設(shè)計(jì)水位+溫升n= 5 u= 0.20 at= 47.00 bt= 3.39 rg= 2.40 fs=10.00 rs= 0.85 ec=2200000.0 ef=2200000.0 gc=0.000008 hw= 5.80 hs= 77.00 x1= 39.835 x2= 輸出結(jié)果： 282.66 215.40 189.49 312.63 .00 .00 .00 .00 303.03 169.

36、37 125.35 268.07 87.06 24.96 -13.20 115.16 296.55 111.27 64.10 228.58 120.00 84.62 14.59 169.10 226.67 37.85 8.77 155.79 81.46 194.11 133.97 118.30 122.88 -10.40 4.40 80.63 -5.12 329.83 333.57 -34.82 .031764 .000125 .00 -10.46 10.46 .00 .028333 .000215 19.33 .88 17.86 .58 .021538 .000347 44.45 16.42

37、 25.64 2.39 .011748 .000350 69.57 36.67 27.62 5.28 .003180 .000160 108.76 63.91 32.88 11.98 2120.83 .00 404.86 2126.56 -12.07 -741.17 3044.99 .00 1823.09 3074.80 -66.23 -3214.84 3551.48 .00 4503.58 3637.45 -191.81 -7531.71 2954.92 .00 7164.75 3111.97 -382.58 -11052.45 1654.33 .00 7174.02 1873.66 -65

38、9.94 -8398.713.3.1.3 校核水位+溫升n= 5 u= 0.20 at= 47.00 bt= 3.39 rg= 2.40 fs=10.00 rs= 0.85 ec=2200000.0 ef=2200000.0 gc=0.000008 hw= 2.7 hs=77.00 x1=39.835 x2= 32.125輸出結(jié)果： 312.79 236.09 206.54 346.96 .00 .00 .00 .00 332.71 183.45 134.29 294.33 93.61 20.26 -13.20 115.16 320.47 118.08 66.55 246.99 117.01

39、90.79 14.59 169.10 240.78 38.45 7.28 165.54 66.79 212.15 133.97 118.30 127.89 -11.97 3.57 84.26 -28.44 357.05 333.57 -34.82 .036209 .000169 .00 -11.53 11.53 .00 .031631 .000265 22.42 2.18 19.53 .71 .023518 .000396 47.55 17.33 27.61 2.62 .012583 .000383 72.68 37.80 29.24 5.63 .003334 .000172 111.86 6

40、5.01 34.18 12.67 2337.37 .00 461.67 2343.90 -13.76 -845.17 3327.53 .00 2035.96 3360.82 -73.97 -3590.21 3820.13 .00 4919.44 3914.04 -209.52 -8227.19 3121.22 .00 7677.81 3289.51 -409.98 -11843.92 1708.92 .00 7528.03 1939.08 -692.50 -8813.153.3.2 對荷載組合 4 進(jìn)行手算3.3.2.1 拱冠梁法計(jì)算拱梁荷載分配(1)變形協(xié)調(diào)方程為： （3-5）1nijjii

41、iiiija xpxct式中：i1，2，3，n,拱冠梁與水平拱交點(diǎn)的序號，即拱的層數(shù)； j單位荷載作用點(diǎn)的序號； pi作用在第 i 層拱圈中面高程上總的水平徑向荷載強(qiáng)度，包括水壓力、泥沙壓力等； xi拱冠梁在第 i 層上所分配到的水平徑向荷載強(qiáng)度，為未知數(shù)；（pi-xi）第 i 層拱圈所分配到的水平徑向均布荷載強(qiáng)度； xj梁在 j 點(diǎn)所分配到的荷載強(qiáng)度；aij梁在 j 點(diǎn)的單位荷載所引起 i 點(diǎn)的徑向變位，稱為梁的“單位變位” ；i單位徑向均布荷載作用在第 i 層水平拱圈時，在拱冠處所引起的徑向變位，稱為拱“單位變位” ；ci第 i 層拱圈由于該層均勻溫度變化ti=1時在拱的徑向位移；ti第

42、i 層拱圈均勻溫度變化值； 作用于梁上豎直方向荷載引起的拱冠梁上 i 截面的水平徑向變位。i(2)計(jì)算步驟：a.拱圈變位系數(shù) i的計(jì)算及均勻溫降ti時的 citi的計(jì)算： （3-6）iire式中：可由拱圈的 a、t/r 查附錄表 1（黎展眉編拱壩 ）得出；i ec混凝土的彈性模量，取 2.2104mpa； r第 i 層拱圈的平均半徑,m。 （3-7）1iiccr c 式中：可由拱圈的 a、t/r 查附錄表 1（黎展眉編拱壩 ）得出；ic r第 i 層拱圈的平均半徑，m； c混凝土線脹系數(shù)，取 110-5；ti第 i 層拱圈的均勻溫度下降值，由式ti =47/（t+3.39）(oc)計(jì)算得出,詳

43、見說明書 ； t第 i 層拱圈的拱厚,m。表 3-2 各層拱圈的 i 與 citi的結(jié)果（不除 ec）i 計(jì)算均勻溫降ti時 citi的計(jì)算截面高程拱厚 t半徑r厚徑比t/r半中心角 iiti系數(shù)c icciti截面編號(m)(m)(m)/（）/(m/mpa)（c）（10-5）/(m)1192.58.52000.042552-52.112-10422.43.951-1.8419-0.01462167.37512.81690.075748-27.517-4650.372.9861-1.7597-0.00893142.2517.11400.122148-17.493-2449.022.2521-1

44、.6297-0.00514117.12521.41160.184546-11.324-1313.581.9351-1.3902-0.003159225.7710.362037-4.599-326.5291.6161-0.695-0.0008（注: 1、ec混凝土的彈性模量，取 2.2104mpa；） 2、查資料，巖石的彈性模量 er=2.2104 mpa。 ）b.垂直荷載作用下引起的梁的徑向變位 bi的計(jì)算: i.垂直荷載作用下，拱冠梁各截面的 m/ eci（彎矩以順時針為正） ，見表 3-3。表 3-3 拱冠梁基本尺寸、垂直荷載及其彎矩計(jì)算表(不除 ec) 水重作用下拱冠梁的 m/eci 圖

45、列表截面號壩厚 t水重彎矩 mi慣性矩 im/i18.50051.177080212.832.29562-159174.7627-0.90981317.1112.0336-846.89416.6843-2.03245421.4-16.197-949.21816.6953-1.16226525.7- 圖 3-3 水重的 m/i 圖（單位：t/m3)ii.垂直荷載（壩重、水荷載）作用下由于彎矩引起的徑向變位 biibii= iiy（3-8）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。表 3-4 豎直方向荷載引起拱冠梁的徑向變位biec(mt） 垂

46、直荷載(水重)作用下由于彎矩引起的變位截面坐標(biāo)iyi iiybii110-16.9595.04-2225.125-16.9569.915-1185.065.2153.235277.354440.1336.5551466.95236.9614.155523.16882225.12501082.4163350.25-16.9544.79-759.1915.2128.11146.453140.1311.43458.68593350.25-154.0524475.375-16.9519.665-333.3225.212.98515.551854475.375-317.7755100.50iii.拱冠梁

47、在梁基力系作用下基巖變位引起的徑向變位拱冠梁在地基力系作用下，地基產(chǎn)生角變 f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 = （3-8） ibfifrh 式中: f拱冠梁在梁基力系作用下，地基產(chǎn)生的角變位； i 截面距梁基高度；ih f徑向變位。 根據(jù)地基在外力作用下的變位公式得，2cxfvm，由于垂直荷載作用下 vc=0，僅有徑向彎矩 mx,所以，2xcfmrvrxfm，且，；2xfmr23cossin22sin 2tekf，。fekr3tekf 5n=1, mx= 2966.67tm , 則rcee 225.625.62 1

48、0.008509/25.7cccnee te20.740.74 10.028794/25.7cccnee te則 =ibfifrhfixrhm =1627.805 0.007709/1627.805 0.027407/12.549/44.613/icciccheehee表 3-5 梁力系作用下基巖變位引起的徑向變位ec(mt）ib由于梁基變形產(chǎn)生的拱冠梁徑向變位 bi=xhi+f截面號mxt2hixfbi1-2966.678.50.0085090.028794100.5-25.2429-85.4216-2622.332-2966.6712.80.0085090.02879475.375-25.

49、2429-85.4216-1988.113-2966.6717.10.0085090.02879450.25-25.2429-85.4216-1353.884-2966.6721.40.0085090.02879425.125-25.2429-85.4216-719.655-2966.6725.70.0085090.0287940-25.2429-85.4216-85.42iv.垂直荷載作用下引起的拱冠梁處的徑向變位 bi將 bii和 bi迭加得 bi + iibbib（3-9） 表 3-6 垂直荷載作用下引起的拱冠梁處的徑向變位 biec(mt）截面號bi1-5538.242-3070.52

50、3-1199.834-4015-85.42c.梁變位系數(shù) aij的計(jì)算查表得各塊的變位系數(shù) ,1,2 見附表第二頁，查表所得的各塊的變位系數(shù) ,1,2拱冠梁變位系數(shù) aij的計(jì)算表 3-7 拱冠梁變位系數(shù) aij的計(jì)算表(單位：m/mpa)(不除-1/ec)a116633.254a213933.161a311892.631a41654.617a5178.379a129046.359a224759.064a323029.177a421094.650a52144.354a134325.425a233108.288a331880.058a43771.672a53126.325a141541.418a

51、241153.451a34813.512a44439.002a54108.099a15236.513a25191.872a35147.255a45102.638a5547.995d.第 i 層截面處水平徑向總荷載 pi的計(jì)算正常水位 183.25m,，水庫泥沙淤積高程 115.5m , 泥沙壓力： （3-10）2452snnntghp式中 0=1.0 t/m3，n=0.85 t/m3 ,s=10o, hn=115.5-92=23.5m靜水壓力： （3-11）iihp0則 1p032w1ph183.25 167.37515.875 t / m33w2ph183.25 142.2541 t / m

52、34w3ph183.25 142.12561.125 t / m35ww4ph183.259291.25 t / m22o2oo35nnnsph tg45/ 2 0.85 23.5 tg4510 / 26.658t / m355w5np p p91.256.65897.908 / t m統(tǒng)計(jì)見下表：表 3-8 水平徑向總荷載 pi計(jì)算結(jié)果截面12345水頭(m)015.8754166.12591.25pi(106n)015.8754166.12597.908注:第 5 截面 pi為水平壓力及泥沙壓力之和。e.根據(jù)i11i22i33i44i55iiiiiia xa x a x a x a x x

53、pab列出五元一次方程組：1234517055.5x9046.36x4325.42x1541.42x236.513x26474123453933.16x9409.43x3108.29x1153.45x191.872x90289.8123451892.63x3029.18x4329.08x813.512x147.255x11051412345654.617x1094.65x771.672x1752.58x102.638x93324.41234578.3792x144.354x126.325x108.099x374.525x33639.4應(yīng)用高斯方程求解此五元一次方程組 求解得： 梁所受的荷載：單

54、位（t/m3） 表 3-9 梁、拱荷載計(jì)算結(jié)果表截面編號12345pi（含水壓，泥沙）t015.8754166.12597.908梁荷載 xit-8.10.19518.1544.273拱荷載 pi-xit8.115.1822.521.92524.91f.計(jì)算拱冠梁受水平荷載作用下的彎矩 m水平，受垂直荷載及水平和水平荷載共同作用下的彎矩 m 以及應(yīng)力的計(jì)算x1- 圖 3-4 拱冠梁受水平荷載 xi圖（單位：tm）表 3-10 截面受水平荷載及豎向荷載所產(chǎn)生的彎矩（單位：tm）截面12345水平荷載產(chǎn)生彎矩0-1682.16-2191.679743.5649025.02水重產(chǎn)生彎矩0-159-8

55、46.89-949.212966.67自重產(chǎn)生彎矩01448.244039.98-2273.06-24352.6總彎矩 m（以順時針為正）0-392.921001.426521.2927639.05表 3-11 拱冠梁受水平荷載 xi及在垂直荷載（自重）作用下的應(yīng)力計(jì)算截面編號2345截面積 a（m2）12.817.121.425.7彎矩 m(tm)-392.921001.426521.2927639.05軸力 n（t）674.41688.092832.333930.024t（m）12.817.121.425.7=n/a+6m/t2u(t/m2)38.29812119.2217.79403.9

56、97=n/a-6m/t2u(t/m2)67.0768878.1702346.91-98.158由混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范（sd145-85）規(guī)定：對于基本荷載組合，允許拉應(yīng)力為1.2 mpa；對于特殊荷載組合，允許拉應(yīng)力為 1.5 mpa。當(dāng)考慮地震荷載時，允許拉應(yīng)力可適當(dāng)提高，但不超過 30。由表 3-11 可知，最大拉應(yīng)力發(fā)生在第 5 截面的上游處，即5=-98.1584t/m2=-0. 98158 mpa -1.2 mpa,所以拉應(yīng)力滿足u要求。 3.3.2.2 拱梁應(yīng)力分配(1)拱冠梁所受應(yīng)力及在水壓溫降作用下引起的拱圈應(yīng)力表水平荷載及均勻溫降下各層拱圈應(yīng)力計(jì)算按下式水壓： (t/m2) （

57、3- p12）溫降： (t/m2) （3-ctec13）表 3-12 均勻溫降產(chǎn)生的拱圈應(yīng)力(單位:t/m )2拱冠拱端上游下游上游下游截面水平荷載 ecct186.90.16214.077-0.182-15.816-0.32-27.8080.32728.416265.6920.19813.007-0.372-24.437-0.621-40.7940.56537.115349.5440.38419.025-0.545-27.001-0.849-42.0620.7235.671442.570.4217.879-0.731-31.118-1.003-42.6970.76332.480535.552

58、0.1535.439-0.772-27.44-0.805-28.6190.30410.807表 3-13 水壓產(chǎn)生的拱圈應(yīng)力(單位:t/m )2拱冠拱端截面水平荷載上游下游上游下游18.1030.65248.2621.88177.2518.33148.5134.37278.42215.6818.28286.718.05126.284.3467.9922.36350.56322.5012.69285.533.1470.680.214.6616.14363.21421.939.12199.910.337.15-1.72-37.6811.87260.27524.914.18104.04-1.20-2

59、9.95-1.30-表 3-14 正常+溫降產(chǎn)生的拱圈應(yīng)力(單位:t/m )2拱冠拱端上游下游上游下游截面1262.3339161.4292120.6974306.83762299.7145101.837927.20013387.67763304.552143.68218-37.3994398.87864217.788-23.9659-80.3806292.75085109.4762-57.3918-61.0282134.7416(2)地震內(nèi)力及應(yīng)力表a.地震內(nèi)力表表 3-15 縱向地震慣性力拱冠左拱端右拱端h0v0molhalvalmarharvarma截面( t )( t )( tm)(

60、t )( t )( tm)( t )( t )( tm)1177.770247.49255.2726.15426.46255.2726.15426.462222.640356.86310.4920.0127.04310.4820.0127.043230.210582.98332.7910.12-468.91332.7810.12-468.924207.140862.99315.84-17.07-1196.75315.84-17.07-1196.75537.740324.6372.67-33.72-589.5272.67-33.72-589.52表 3-16 縱向地震激蕩力拱冠左拱端右拱端h0v