拱坝课程设计报告Word文档格式.docx

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2.2荷载及荷载组合

荷载应按实际情况进行分析，决定计算内容、荷载组合根据实际情况分析选取二种控制性的组合进行设计计算。

有关荷载资料及设计系数如下，未经列出者由设计人自行拟定。

1、坝体自重，混凝土容重

2、上游砂压力，泥砂干容重

，空隙率n=0.4，淤砂内摩擦角

3、温度荷载：

均匀温度变化t；

按经验公式估算

4、混凝土线膨胀系数

5、混凝土弹性模量

2.3坝顶布置要求

1、坝顶交通要求，有公路通过桥面宽6米。

2、坝顶泄洪要求，经水库调洪演算采用坝顶溢流挑流消能，设四孔每孔净宽九米的溢流段每孔设平板闸门一扇。

2.4设计内容和要求

1、选择拱坝的布置型式。

2、进行坝体平面布置及断面初选。

3、通过拱冠梁法对坝体应力及坝肩稳定进行分析计算。

4、通过消能计算评价所选定的消能防冲措施的安全可靠性。

5、通过设计成果分析，对所选定的拱坝体型布置提出评价或修改意见。

第三章课程设计报告内容

3.1坝型选择

该枢纽坝址为V形河谷，由坝址地形地质资料可知其地质条件较好，由地形图可知两岸有厚实的山体。

在基岩上筑坝，可能选择的坝型有：

土石坝、浆砌石重力坝、宽缝重力坝、实体重力坝、拱坝。

参照坝址地形地质资料和坝址地形图及河谷地质剖面图可知，该处具备建造拱坝的良好条件。

拱坝系两向或三向应力状态，材料强能充分利用，依靠岸坡维持安全性高，坝型轻韧，抗震性能好，坝的体积小，混凝土用量少。

拱坝工程量小，施工速度快，投资少；

虽然拱坝对地质地形条件要求较重力坝为高，但该地区的地质地形条件较为理想。

综上所述，在此修建拱坝较为合理。

3.2工程等级确定

为了贯彻执行国家的技术和经济政策，达到既安全又经济的目的，应该对水利枢纽按其规模和效益的大小进行分等，对枢纽中的建筑物再按其作用和重要性的大小进行分级，并对不同级别的建筑物规定有不同的要求。

根据表3-1可对水工建筑物分等；

表3-2可对主要建筑物和次要建筑物确定级别。

表3-1水利水电工程分等指标表

工程等别

水库总库容（亿m3）

防洪

治涝

灌溉

供水

发电

保护城镇及工矿企业的重要性

保护农田（万亩）

治涝面积（万亩）

灌溉面积（万亩）

供水对象重要性

装机容量

（万kW）

Ⅰ

>

10

特别重要

500

200

150

120

Ⅱ

10~1.0

重要

500~100

200~60

150~50

120~30

Ⅲ

1.0~0.10

中等

100~30

60~15

50~5

30~5

Ⅳ

0.10~0.01

一般

15~3

5~0.5

5~1

Ⅴ

0.01~0.001

<

5

3

0.5

1

注1.水库总库容指水库最高水位以下的静库容。

2.治涝面积和灌溉面积均指设计面积。

由设计资料知

水库总库容2.1千万方,根据工程分等指标表判定的工程等别为三等；

防洪灌溉面积2万亩根据工程分等指标表判定的工程等别为三等；

水力发电装机容量1万千瓦根据工程分等指标表判定的工程等别为四等；

取其最高等别：

最后确定的工程等别为三等。

表3-2永久性水工建筑物的级别

永久性建筑物级别

临时性建筑物级别

主要建筑物

次要建筑物

2

4

由于确定了水利工程等别为Ⅲ级，查表3-2可知，主要建筑物级别确定为3级，次要建筑物级别确定为4级。

本设计未设计临时性水工建筑物。

3.3拱坝几何尺寸的确定

1、拱圈形式的选择

由于拱圈曲率的变化对坝肩稳定和拱端应力产生较大的影响，实际工程中，一般通过选择不同形式的拱圈，达到既满足稳定又满足应力的要求。

常见的拱圈的型式有变厚拱、等截面圆弧拱圈、抛物线、椭圆、双曲线、多心圆、对数螺线、统一二次曲线等变曲率拱型。

它们各适用于不同的地形地质条件。

其中拱圈形状以变厚拱最为理想，但等截面圆弧固有丰富的使用经验，设计和施工都较为方便，故本设计采用等截面圆弧拱圈，设计该拱坝优先考虑双曲拱坝。

2、坝址坝高的确定

已知坝体高程为320m，河谷高程为260m，所以坝体高程约为60m，为中坝。

根据拱坝建基面设计准则：

中坝应尽量开挖至微风化或弱风化中、下部的岩体。

但由于这样的开挖使建基面开挖过深，所以根据坝体地址剖面图定出建基面开挖至强风化层下界线。

结果开挖如下图示：

图3-1坝基开挖示意图

河床向下开挖5m，坝基开挖后坝底高程为555m，坝顶高程为320m，故坝高为65m。

3、确定可利用基岩等高线

根据坝址地形图和地质剖面图，在地质剖面图上确定出的开挖线，量出在每个高程处地面线与开挖线之间的距离，由原来的坝址地形图上的对应的等高线沿着占孔线进行平移，即可得出坝址可利用的基岩等高线。

4、拟定坝顶拱圈中心角（常是最大中心角）与坝轴线半径

坝顶拱圈中心角常视作一个控制性数据，它会影响整个坝的曲率，曲率不够会导致拱中产生不利的拉应力，在“V”型河谷中拱坝的较低部位常出现这样的情况。

一般情况下顶拱的最大实用中心角约为90o~110o在或110o左右为宜。

初选时可取R轴＝0.6L1；

即2Ø

A110o

为使拱坝布置对称于河谷，建议以顶拱圈圆心与

坝高拱圈的圆心联线为基准线来试探，在试探过程中要更多地照在

坝高各拱环的对称性。

并尽可能使该部位能获较优的中心角和与两岸等高线的夹角不小于35o。

结果作图可得L=180m，本设计拟定坝顶拱圈的中心角2

为107.5o，顶拱半径取125m，如图3-2。

图3-2顶拱圈布置图

5、初步拟定拱冠梁尺寸

（一）顶拱厚度的确定

在选择拱冠梁的顶部厚度时，应考虑工程规模和有运用要求，已知坝顶交通要求，有公路通过桥面宽6米。

根据美国垦务局建议公式：

故取顶拱厚度6米。

（二）底拱厚度的确定

在一般情况下，河谷宽度L与最大坝高对应的坝底厚度T和最大坝高H的比值如表3-3：

表3-3拱坝特征参数

坝型

薄拱坝

中厚拱坝

重力拱坝

L/H

1.5

1.5~3.0

3.0~4.5

T/H

0.2

0.2-0.35

0.35

已知L=180，H=65，L/H=180/65=2.77，属于1.5~3.0之间，那么T/H在0.2~0.35之间取值。

即T=13~22.75m，取T=15m。

（三）拱冠梁剖面的确定

采用美国垦务局推荐的适合于双曲拱坝的参考剖面其参考尺寸见表3-4。

美国垦务局经验公式为：

式中

——坝顶高程处拱端可利用基岩面间的河谷宽度，m；

——坝底以上0.15H处拱端可利用基岩面间的河谷宽度，m。

我国《水工设计手册》的公式是根据混凝土强度确定的，美国垦务局的公式是根据已建拱坝设计资料总结出来的，二者可互作参考。

表3-4和图3-3是美国垦务局推荐的拱冠梁剖面形式及各部位尺寸，其中

、

用前面公式计算，三个控制厚度确定后，即可用光滑曲线绘出拱冠梁剖面，用作初选时参考。

这种剖面主要适用于双曲拱坝。

表3-4拱冠梁剖面参考尺寸

高程

坝顶

0.45H

坝底

上游偏距

0.95

0.67

下游偏距

0.33

将地形图上可利用的基岩线确定后，再确定每一层拱圈对应的水平弦长，定出半径后（用半中心角控制，如顶拱的半中心角在80°

～110°

之间，底拱的半中心角在40°

～80°

之间，半径的连线为一光滑的曲线）经过应力控制的优化后得到拱坝体型。

在确定每一层拱圈的半径、半中心角及圆心位置时，应该注意和遵循以下原则：

a、沿坝高每隔10米左右取一层，本设计全坝高65米，分成8层拱圈，每层10米，底拱层5米。

b、为使各拱圈的布置应尽量接近对称河谷，各拱圈的左右半中心角相差应控制在3度以内。

c、为保证坝面在水平和铅直方向都是光滑的，园心的轨迹线宜是光滑的连续曲线并必须位于基准面上（基准面为穿过拱冠梁与拱坝轴线园心的铅直面）。

由以上原则确定其各拱圈布置如图3-4所示：

图3-3拱冠梁剖面示意图

图3-4拱圈布置示意图

（四）检查调整

1、在不同高程沿径向（指该高程拱圈的径向）切取若干垂直剖面检查两岸悬臂梁轮廓是否光滑连续是否有过大的倒悬度（不超过0.3）。

切剖面检查倒悬度时可用切剖面公式：

——起算层外（内）半径

也可直接在拱圈平面布置图上量出，画出其对应的剖面图。

以下采用直接丈量法，得到各高程处垂直剖面图，如图3-5所示。

图3-5各高程处垂直剖面图

2、将各层拱圈的半径、中心角与园心位置分别按高程点绘，各联成曲线以检查其是否平顺光滑。

如图3-6.

图3-6拱圈中心角线示意图

3、检查坝底与基岩接触面的轮廓线是否光滑连续，无突变。

本设计满足要求。

4、绘制沿拱轴线展开的纵剖面图检查沿河谷开挖表面的坡度是否连续均匀变化以求得到光滑的纵剖面展开图，拱圈布置图大致如图3-7示。

图3-7拱圈布置图

经过以上各个步骤的调整拱坝设计已符合基本要求；

拱圈几何参数如表3-5所示：

表3-5拱圈几何参数

拱圈厚T

圆心距Lc

拱圈半径

拱圈中心角

R外

R内

R平均

Ø

右

左

计算

320

6.0

0.00

131

125

128

53.75

310

9.12

50.9

111.6

102.5

107.05

51.35

51.6

51.48

300

11.61

46.1

93.1

81.4

87.25

49.4

50.1

49.74

290

13.47

40

75.8

62.4

69.1

44.94

45.89

45.42

280

14.69

30

62

47.3

54.65

40.95

40.91

41.43

270

15.29

25

48.9

33.7

41.3

39

40.5

39.75

260

15.25

15

39.2

24

31.6

34.1

34.2

34.15

255

35

20

27.5

32.29

2.29

3.4拱冠梁法计算坝体应力

表3-6计算工况参数

工况

上游水位

下游水位

淤沙高程

温升

温降

正常水位

316

283

设计水位

316.8

269

校核水位

319

270.5

材料参数

坝体材料E

坝基E

砼线膨胀系数

坝体容重

沙浮容重

沙内摩擦角

18.5E4

2E5

1E-5

2.446

0.827

16

拱圈数：

8

电算可采用拱冠梁法程序计算各高程拱圈的拱冠与拱端应力。

根据以上数据，结合拱冠梁程序数据说明，确定各个工况下的输入数据：

（1）正常工况

输入：

10DATA100,1,1

20DATA316.8,260,283,1

30DATA1.85E5,2E5,1E-5,2.446,0.827,16

40DATA8

50DATA1,320,131,125,141.05,53.75

60DATA2,310,111.62,102.5,115.54,51.475

70DATA3,300,93.05,81.44,92.46,49.735

80DATA4,290,75.84,62.38,72.52,45.415

90DATA5,280,61.98,47.28,57.45,41.43

100DATA6,270,48.94,33.65,45.05,39.74

110DATA7,260,39.23,23.97,37.52,34.15

120DATA8,255,35,20,35,32.29

（2）设计工况

10DATA100,1,2

20DATA316.8,269,283,1

（2）校核工况

10DATA100,1,2

20DATA316.8,270.5,283,1

电算结果

1、正常工况：

GC-100FA-1JSQX-1

*****

V=82926（M^3）

IXWLSLX

（T/M^2）（MM）（KG/CM^2）（KG/CM^2）

1-6.224173.1100

2-3.688141.42.9712.929

31.46111.351.196.26

45.08983.311.4089.719

59.19657.871.66913.282

618.31235.292.47316.18

736.40615.36.4321.698

853.6526.56-3.87527.419

IGGSGGXGDSGDX

（KG/CM^2）（KG/CM^2）（KG/CM^2）（KG/CM^2）

115.78711.1439.31617.716

216.6668.1275.16919.955

317.6184.861.16722.057

418.96.441-3.53224.443

518.517-3.284-6.08423.628

615.018-4.21-4.89518.322

78.368-3.173-2.3129.377

83.946-1.437-.7684.22

IGDMGDHGDV

（T-M）（T）（T）

1-251.984810.953-6.032

2-1024.841145.689-31.324

3-2346.5231348.19-93.469

4-4223.6191407.293-242.725

5-5350.3061289.461-449.006

6-4523.1141026.538-554.07

7-2268.306539.088-464.43

8-935.294258.862-244.263

2、设计工况：

GC-100FA-1JSQX-2

（T/M^2）（MM）（KG/CM^2）（KG/CM^2）

1-6.225173.1300

2-3.68141.3.972.93

31.493111.11.1846.266

45.18682.921.3859.743

59.44457.361.613.357

618.88934.692.2816.398

731.93814.84.11421.274

849.4086.23-3.91926.82

IGGSGGXGDSGDX

115.78911.1449.31700117.718

216.6538.1215.16619.94

317.584.851.16622.009

418.875.441-3.51424.332

518.357-3.252-6.02723.422

614.766-4.133-4.80618.013

78.091-3.057-2.2259.066

83.754-1.352-.7184.014

1-252.016811.057-6.033

2-1024.0231144.819-31.299

3-2341.2651345.295-93.259

4-4204.1271401.051-241.605

5-5303.1831278.537-445.052

6-4445.6441009.699-544.58

7-2191.105521.936-448.624

8-887.325247.208-231.735

3、校核工况：

GC-100FA-1JSQX-3

1-6.919193.7400

2-2.646157.82.9432.888

32.051123.5.966.584

45.24591.4.81910.494

59.1762.42.74614.461

618.45937.071.18917.733

732.02115.44-1.24222.824

850.5076.32-5.49928.642

IGGSGGXGDSGDX

（KG/CM^2）（KG/CM^2