水利樞紐畢業(yè)設(shè)計計算書Word版（共21頁）

1、PAGE PAGE 1非溢流壩設(shè)計（一）、初步擬定壩型的輪廓尺寸(1)壩頂高程的確定校核洪水位情況下：波浪高度 2hl=0.0166V5/4D1/3=0.0166185/441/3=0.98m波浪長度 2Ll=10.4(2hl)0.8=10.40.980.8=10.23m波浪中心線到靜水面的高度 h0=(2hl)2/ 2Ll=3.140.982/10.23=0.30m安全超高按級建筑物取值 hc=0.3m壩頂高出水庫靜水位的高度 h校=2hl+ h0+ hc=0.98+0.30+0.3=1.58m設(shè)計洪水位情況下：波浪高度 2hl=0.0166(1.5V)5/4D1/3=0.0166(1.51

2、8)5/441/3=1.62m波浪長度 2Ll=10.4(2hl)0.8=10.41.620.8=15.3m波浪中心線到靜水面的高度 h0=(2hl)2/ 2Ll=3.141.622/15.3=0.54m安全超高按級建筑物取值 hc=0.4m壩頂高出水庫靜水位的高度 h設(shè)=2hl+ h0+ hc=1.62+0.54+0.4=2.56m兩種情況下的壩頂高程分別如下：校核洪水位時： 225.3+1.58=226.9m設(shè)計洪水位時： 224.0+2.56=226.56m壩頂高程選兩種情況最大值226.9 m，可按227.00m設(shè)計，則壩高227.00-174.5=52.5m。(2)壩頂寬度的確定本工

3、程按人行行道要求并設(shè)置有發(fā)電進水口，布置閘門設(shè)備，應(yīng)適當(dāng)加寬以滿足閘門設(shè)備的布置，運行和工作交通要求，故取8米。(3)壩坡的確定考慮到利用部分水重增加穩(wěn)定，根據(jù)工程經(jīng)驗，上游坡采用1：0.2，下游坡按壩底寬度約為壩高的0.70.9倍，擋水壩段和廠房壩段均采用1：0.7。(4)上下游折坡點高程的確定理論分析和工程實驗證明，混凝土重力壩上游面可做成折坡，折坡點一般位于1/32/3壩高處，以便利用上游壩面水重增加壩體的穩(wěn)定。根據(jù)壩高確定為52.5m，則1/3H=1/352.5=17.5m，折坡點高程=174.5+17.5=192m；2/3H=2/352.5=35m，折坡點高程=174.5+35=20

4、9.5m，所以折坡點高程適合位于192m209.5m之間，則取折坡點高程為203.00m。擋水壩段和廠房壩段的下游折坡點在統(tǒng)一高程216.5m處。(5)壩底寬度的確定由幾何關(guān)系可得壩底寬度為T=（203-174.5）0.2+8+(216.5-174.5) 0.7=43.1m(6)廊道的確定壩內(nèi)設(shè)有基礎(chǔ)灌漿排水廊道，距上游壩面6.1m，廊道底距基巖面4m，尺寸2.53.0m（寬高）。(7)非溢流壩段縱剖面示意圖（二）、基本組合荷載計算及穩(wěn)定分析由上述非溢流剖面設(shè)計計算得知校核洪水位情況下的波浪三要數(shù)：波浪中心線到靜水面的高度h0=0.3m 波浪高度2hl=0.98m 波浪長2Ll=10.23m

5、因為gD/v2=9.814000/182=121.11m ,在20250m之間所以波高應(yīng)安轉(zhuǎn)換為累計頻率1%時的波高：2hl（1%）=0.981.24=1.22m 。又因為半個波長Ll=10.23/2=5.12H（壩前水深H=50.8m），所以浪壓力Pl按深水波計算。式中：其中灌漿處及排水處揚壓力折減系數(shù)取=0.25水重度=9.81KN/m3混泥土等級強度C10混泥土重度24KN/m3壩前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m3水下淤沙內(nèi)摩擦角=18。（1）正常洪水位情況 正常洪水位情況下荷載計算示意圖正常洪水位情況下的荷載計算過程見附表1 附表1 非溢流重力壩基本荷載計算表上游水位：2

6、17.00m 下游水位:180.00m 壩高：52.5m -計算情形： 正常洪水位217.00m情況荷 載符號 計 算 公 式垂直力(KN)水平力(KN)對壩底面中點的偏心距(m)力矩(KNm) 正負(fù)自 重W1 1/25.728.5241949.4017.75 34601.85 W2 852.52410080.0011.85 119448.00 W3 1/229.4422414817.601.95 28894.32 水平 水壓力P1 1/29.8142.528859.6614.17 125541.33 P2 1/29.815.52148.38 1.83 271.53 垂直 水壓力Q1 5.71

7、49.81782.8418.70 14639.07 Q2 1/25.728.59.81796.8219.65 15657.46 Q3 1/23.855.59.81103.8620.27 2105.31 揚壓力U1 43.15.59.812325.460.00 0.00 U2 1/236.159.259.811640.172.55 4182.44 U3 6.959.259.81630.6618.08 11402.34U4 1/26.9527.759.81945.9919.23 18191.40浪壓力P111/29.81(5.12+0.3+1.22)5.12166.7539.60 6603.47

8、P12 1/29.815.122128.58 39.09 5026.26 水平泥沙壓力Pn1 1/29.5202tg(45-18/2)1002.946.67 6689.61垂直泥沙壓力Pn21/24209.5380.0020.22 7683.60 合 計28910.525542.88276.96 10029.35 203610.21197327.76 總 計W=23368.24P=9752.39M=6282.45注：垂直力以為正，為負(fù)；水平力以為正，為負(fù)；力矩以順時針為正，逆時針為負(fù)抗滑穩(wěn)定分析0.9（23368.24-5542.88）70043.1 9752.394.743.0 ，滿足抗滑穩(wěn)

9、定要求。（2）校核洪水位情況校核洪水位情況下荷載計算示意圖校核洪水位情況下的荷載計算過程見附表2附表2非溢流重力壩基本荷載計算表 上游水位：225.30m 下 游水位:190.65m 壩高：52.5m 計算情形：校核洪水位225.30m情況荷 載符號 計 算 公 式垂直力(KN)水平力(KN)對壩底面中點的偏心距(m)力矩(KNm) 正負(fù)自 重W1 1/25.728.5241949.4017.75 34601.85 W2 852.52410080.0011.85 119448.00 W3 1/229.4422414817.601.95 28894.32 水平 水壓力P1 1/29.8150.8

10、212658.0416.93214342.80P2 1/29.8116.1521279.335.386887.08垂直 水壓力Q1 5.722.39.811246.9518.70 23317.95 Q2 1/25.728.59.81796.8219.65 15657.46 Q3 1/211.3116.159.81895.9317.7815931.13揚壓力U1 43.116.159.816828.400.00 0.00 U2 1/236.158.679.811537.332.55 3920.19U3 6.958.679.81591.1218.08 10687.38 U4 1/26.9525.9

11、89.81885.6519.23 17031.08浪壓力P111/29.81(5.12+0.3+1.22)5.12166.7539.60 6603.47 P12 1/29.815.122128.5839.09 5026.26 水平泥沙壓力Pn1 1/29.5202tg(45-18/2)1002.946.67 6689.61垂直泥沙壓力Pn29.51/2420380.0020.22 7683.60 合 計30166.709842.491407.9213827.73304099.98212622.20總 計W=20324.20P=12419.82M=91477.78注：垂直力以為正，為負(fù)；水平力以

12、為正，為負(fù)；力矩以順時針為正，逆時針為負(fù)?？够€(wěn)定分析0.9（20324.20-9842.49）70043.1 12419.823.192.5，滿足抗滑穩(wěn)定要求。四、應(yīng)力分析（運行期）（一）正常洪水位情況下1、水平截面上的正應(yīng)力 2、剪應(yīng)力上游面水壓力強度：下游面水壓力強度 ： 剪應(yīng)力：3、水平應(yīng)力4、主應(yīng)力 （二）校核洪水位情況下1、水平截面上的正應(yīng)力2、剪應(yīng)力上游面水壓力強度：下游面水壓力強度 ： 剪應(yīng)力3、水平應(yīng)力4、主應(yīng)力 五、內(nèi)部應(yīng)力計算（一）正常洪水位情況下坐標(biāo)原點設(shè)在下游壩面，由偏心受壓公式可以得出系數(shù)a和b，如下具體壩內(nèi)應(yīng)力計算過程見附表3（二）校核洪水位情況下坐標(biāo)原點設(shè)在下游

13、壩面，由偏心受壓公式可以得出系數(shù)a和b，如下具體壩內(nèi)應(yīng)力計算過程見附表4附表3 非溢流壩壩內(nèi)應(yīng)力分析計算表 正常洪水位情況下 選取點距壩址距離X01020304043.1 a=W/B-6M/B521.89 512.89512.89512.89512.89512.89 b=12M/B0.94 0.940.940.940.940.94 水平截面正應(yīng)力y = a+bX521.89 522.29 531.69 541.09 550.49 553.40 a1=d327.56 327.56 327.56 327.56 327.56 327.56 b1=(-1/B)（6P/B+2u+4d）-61.47 -6

14、1.47 -61.47 -61.47 -61.47 -61.47 c1=1/B(6P/B+3u+3d)1.24 1.24 1.24 1.24 1.24 1.24 壩內(nèi)剪應(yīng)力=a1+b1X+c1X327.56 -163.14 -405.84 -400.54 -147.24 -18.36 a2=xd283.25 283.25 283.25 283.25 283.25 283.25 b2=(xu-xd)/B4.47 4.47 4.47 4.47 4.47 4.47 壩內(nèi)水平正應(yīng)力x=a2+b2X283.25 327.95 372.65 417.35 462.05 475.91 壩內(nèi)主應(yīng)力751.18

15、 615.01 865.73 884.51 660.01 557.53 壩內(nèi)主應(yīng)力 539.37 471.28 596.64 606.04 493.78 422.55 第一主應(yīng)力方向35029373927403636381235附表4 非溢流壩壩內(nèi)應(yīng)力分析計算表 校核洪水位情況下 選取點距壩址距離X01020304043.1 a=W/B-6M/B176.09 176.09176.09176.09176.09176.09 b=12M/B13.71 13.7113.7113.7113.7113.71 水平截面正應(yīng)力y = a+bX176.09 313.19 450.29 587.39 724.49

16、 766.99 a1=d12.36 12.36 12.36 12.36 12.36 12.36 b1=(-1/B)（6P/B+2u+4d）-39.69 -39.69 -39.69 -39.69 -39.69 -39.69 c1=1/B(6P/B+3u+3d)0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 壩內(nèi)剪應(yīng)力=a1+b1X+c1X12.36 -294.54 -421.44 -368.34 -135.24 -26.43 a2=xd167.08 167.08 167.08 167.08 167.08 167.08 b2=(xu-xd)/B8.33 8.33 8.33 8.33 8

17、.33 8.33 壩內(nèi)水平正應(yīng)力x=a2+b2X167.08 250.38 333.68 416.98 500.28 526.10 壩內(nèi)主應(yīng)力184.74 577.99 817.44 880.25 788.05 769.86 壩內(nèi)主應(yīng)力 158.43 295.18 414.90 446.31 400.20 391.11 第一主應(yīng)力方向 34584157410338282512612六、壩內(nèi)應(yīng)力分析圖根據(jù)壩內(nèi)應(yīng)力分析計算成果，可做出壩內(nèi)應(yīng)力分布圖，如下所示：（1）正常洪水位情況下（2）校核洪水位情況下二、溢流壩設(shè)計孔口型式及尺寸擬定已知：校核洪水位時泄流量為3340 m/s設(shè)計洪水位時泄流量26

18、00 m/s設(shè)：單寬流量為q=80 m/sm閘門孔口數(shù)為5孔，每孔凈寬為8m。前緣凈寬 校核洪水位時： L=Q溢/q=3340/80=41.75（m） 設(shè)計洪水位時： L=Q溢/q=2600/80=32.5（m）綜上所述，取L=40m堰頂高程由資料可知，堰頂高程為213.00m。溢流壩的堰面曲線設(shè)計頂部曲線段開敞式溢流堰面曲線，采用冪曲線時按下式計算： 定型設(shè)計水頭，按堰頂最大作用水頭的75%-95%計算，m； n、K 與上游壩面坡度有關(guān)的指數(shù)和系數(shù)； x、y 溢流面曲線的坐標(biāo)，其原點設(shè)在顏面曲線的最高點。按85%計算，則：上游壩面鉛直：k=2 , n=1.85x-y關(guān)系如下表：x012345

19、678910y00.0680.2450.5190.8831.3351.872.4883.1853.964.812原點上游曲線段R1=0.5Hd=0.510.46=5.23(m), 0.175Hd=0.17510.46=1.83(m)；R2=0.2Hd=0.210.46=2.09(m), 0.276Hd=0.27610.46=2.89(m)；R3=0.04Hd=0.0410.46=0.42(m), 0.282Hd=0.28210.46=2.95(m)。堰面曲線與直線段的切點坐標(biāo)上游坡度垂直： A=1.096 B=0.592 a=1.1765 b=2.176直線段與溢流曲線的切點坐標(biāo)： 1=arc

20、tan1.43=55切點高程 = 堰頂高程 - = 213-13.49=199.51(m)底部反弧段取 =0.95時，壩頂水面流速為V1H0=校核洪水位-坎頂高程=225.3-191.65=33.65(m)因為q=80 m/sm,則q/V1=80/28.1=2.85所以 h=2.85m。又因為R=（410）h，所以取R=6h=62.85=17.1(m)取挑射角2=20則：圓心高程=坎頂高程+Rcos2=191.65+17.1cos20=207.72 (m)圓心縱坐標(biāo)y0=堰頂高程-圓心高程=213-207.72=5.25（m）反弧段和直線段的切點坐標(biāo)：圓心坐標(biāo)：E點坐標(biāo)（坎頂坐標(biāo)）：離心力作用

21、點坐標(biāo)： 溢流壩段縱剖面示意圖 根據(jù)溢流壩的堰面曲線設(shè)計數(shù)據(jù)畫出溢流壩段的縱剖面示意圖，如下： 溢流壩段縱剖面示意圖 三、基本組合荷載計算及穩(wěn)定分析波浪三要數(shù)： 波浪中心線到靜水面的高度h0=0.3m 波浪高度 2hl=0.0166V5/4D1/3=0.0166185/441/3=0.98m波浪長度 2Ll=10.4(2hl)0.8=10.40.980.8=10.23m因為gD/v2=9.814000/182=121.11m ,在20250m之間所以波高應(yīng)安轉(zhuǎn)換為累計頻率1%時的波高：2hl（1%）=0.981.24=1.22m 。又因為半個波長Ll=10.23/2=5.12H（壩前水深H=5

22、0.8m），所以浪壓力Pl按深水波計算。式中：灌漿處及排水處揚壓力折減系數(shù)取=0.25水重度=9.81KN/m3混泥土等級強度C10混泥土重度24KN/m3壩前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/ m3水下淤沙內(nèi)摩擦角=18。（1）基本組合荷載計算在CAD中繪制溢流壩段縱剖面圖，并利用面域查出一個壩段壩體面積A1=1179.90m,壩體重心距壩踵X1=21.67m；一個閘墩面積A2=181.75 m，閘墩重心距壩踵X2=11.93m。溢流壩段基本組合荷載計算過程見附表5，基本組合荷載示意圖如下： 溢流壩段基本組合荷載計算示意圖附表5 溢流重力壩基本荷載計算表 上游水位：225.30m 下游

23、水位:190.65m 溢流壩高：38.5m 計算情形：校核洪水位225.30m情況荷 載符號 計 算 公 式垂直力(KN)水平力(KN)對壩底面中點的偏心距(m)力矩(KNm) 正負(fù)自重W1119.27242862.48 12.11 34658.91 W21179.902428317.60 2.46 69661.30 水平 水壓力P1 1/29.8150.8212658.04 16.93 214342.80 P2 1/29.8116.1521279.33 5.38 6887.08 垂直 水壓力Q1 5.722.39.811246.95 21.19 26416.62 Q2 1/25.728.59.81796.82 22