所以浪压力Pl按深水波计算。
式中:
其中灌浆处及排水处扬压力折减系数取α=0.25
水重度Υ=9.81KN/m3
混泥土等级强度C10
混泥土重度24KN/m3
坝前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/m3
水下淤沙内摩擦角Φ=18°。
(1)正常洪水位情况
正常洪水位情况下荷载计算示意图
正常洪水位情况下的荷载计算过程见附表1
附表1-------------···---非溢流重力坝基本荷载计算表
上游水位:
217.00m--------下游水位:
180.00m--------坝高:
52.5m-------------------------计算情形:
正常洪水位217.00m情况
荷载
符号
计算公式
垂直力(KN)
水平力(KN)
对坝底面中点的偏心距(m)
力矩(KN·m)
↓
↑
←
→
正
负
自重
W1
1/2×5.7×28.5×24
1949.40
17.75
34601.85
W2
8×52.5×24
10080.00
11.85
119448.00
W3
1/2×29.4×42×24
14817.60
1.95
28894.32
水平水压力
P1
1/2×9.81×42.52
8859.66
14.17
125541.33
P2
1/2×9.81×5.52
148.38
1.83
271.53
垂直水压力
Q1
5.7×14×9.81
782.84
18.70
14639.07
Q2
1/2×5.7×28.5×9.81
796.82
19.65
15657.46
Q3
1/2×3.85×5.5×9.81
103.86
20.27
2105.31
扬压力
U1
43.1×5.5×9.81
2325.46
0.00
0.00
U2
1/2×36.15×9.25×9.81
1640.17
2.55
4182.44
U3
6.95×9.25×9.81
630.66
18.08
11402.34
U4
1/2×6.95×27.75×9.81
945.99
19.23
18191.40
浪压力
P11
1/2×9.81×(5.12+0.3+1.22)×5.12
166.75
39.60
6603.47
P12
1/2×9.81×5.122
128.58
39.09
5026.26
水平泥沙压力
Pn1
1/2×9.5×202×tg(45°-18°/2)
1002.94
6.67
6689.61
垂直泥沙压力
Pn2
1/2×4×20×9.5
380.00
20.22
7683.60
合计
28910.52
5542.88
276.96
10029.35
203610.21
197327.76
总计
∑W=23368.24
∑P=9752.39
∑M=6282.45
注:
垂直力以↓为正,↑为负;水平力以→为正,←为负;力矩以顺时针为正,逆时针为负
②抗滑稳定分析
=[0.9×(23368.24-5542.88)+700×43.1]/9752.39
=4.74>[3.0],满足抗滑稳定要求。
(2)校核洪水位情况
校核洪水位情况下荷载计算示意图
1校核洪水位情况下的荷载计算过程见附表2
附表2----------···-----非溢流重力坝基本荷载计算表
上游水位:
225.30m-------下游水位:
190.65m--------坝高:
52.5m--------------------------计算情形:
校核洪水位225.30m情况
荷载
符号
计算公式
垂直力(KN)
水平力(KN)
对坝底面中点的偏心距(m)
力矩(KN·m)
↓
↑
←
→
正
负
自重
W1
1/2×5.7×28.5×24
1949.40
17.75
34601.85
W2
8×52.5×24
10080.00
11.85
119448.00
W3
1/2×29.4×42×24
14817.60
1.95
28894.32
水平水压力
P1
1/2×9.81×50.82
12658.04
16.93
214342.80
P2
1/2×9.81×16.152
1279.33
5.38
6887.08
垂直水压力
Q1
5.7×22.3×9.81
1246.95
18.70
23317.95
Q2
1/2×5.7×28.5×9.81
796.82
19.65
15657.46
Q3
1/2×11.31×16.15×9.81
895.93
17.78
15931.13
扬压力
U1
43.1×16.15×9.81
6828.40
0.00
0.00
U2
1/2×36.15×8.67×9.81
1537.33
2.55
3920.19
U3
6.95×8.67×9.81
591.12
18.08
10687.38
U4
1/2×6.95×25.98×9.81
885.65
19.23
17031.08
浪压力
P11
1/2×9.81×(5.12+0.3+1.22)×5.12
166.75
39.60
6603.47
P12
1/2×9.81×5.122
128.58
39.09
5026.26
水平泥沙压力
Pn1
1/2×9.5×202×tg(45°-18°/2)
1002.94
6.67
6689.61
垂直泥沙压力
Pn2
9.5×1/2×4×20
380.00
20.22
7683.60
合计
30166.70
9842.49
1407.92
13827.73
304099.98
212622.20
总计
∑W=20324.20
∑P=12419.82
∑M=91477.78
注:
垂直力以↓为正,↑为负;水平力以→为正,←为负;力矩以顺时针为正,逆时针为负。
2抗滑稳定分析
=[0.9×(20324.20-9842.49)+700×43.1]/12419.82
=3.19>[2.5],满足抗滑稳定要求。
四、应力分析(运行期)
(一)正常洪水位情况下
1、水平截面上的正应力
2、剪应力
上游面水压力强度:
下游面水压力强度:
剪应力:
3、水平应力
4、主应力
(二)校核洪水位情况下
1、水平截面上的正应力
2、剪应力
上游面水压力强度:
下游面水压力强度:
剪应力
3、水平应力
4、主应力
五、内部应力计算
(一)正常洪水位情况下
坐标原点设在下游坝面,由偏心受压公式可以得出系数a和b,如下
具体坝内应力计算过程见附表3
(二)校核洪水位情况下
坐标原点设在下游坝面,由偏心受压公式可以得出系数a和b,如下
具体坝内应力计算过程见附表4
附表3
非溢流坝坝内应力分析计算表
正常洪水位情况下
选取点距坝址距离X
0
10
20
30
40
43.1
a=∑W/B-6∑M/B²
521.89
512.89
512.89
512.89
512.89
512.89
b=12∑M/B³
0.94
0.94
0.94
0.94
0.94
0.94
水平截面正应力σy=a+bX
521.89
522.29
531.69
541.09
550.49
553.40
a1=τd
327.56
327.56
327.56
327.56
327.56
327.56
b1=(-1/B)×(6∑P/B+2τu+4τd)
-61.47
-61.47
-61.47
-61.47
-61.47
-61.47
c1=﹙1/B²﹚×(6∑P/B+3τu+3τd)
1.24
1.24
1.24
1.24
1.24
1.24
坝内剪应力τ=a1+b1X+c1X²
327.56
-163.14
-405.84
-400.54
-147.24
-18.36
a2=σxd
283.25
283.25
283.25
283.25
283.25
283.25
b2=(σxu-σxd)/B
4.47
4.47
4.47
4.47
4.47
4.47
坝内水平正应力σx=a2+b2X
283.25
327.95
372.65
417.35
462.05
475.91
坝内主应力
751.18
615.01
865.73
884.51
660.01
557.53
坝内主应力
539.37
471.28
596.64
606.04
493.78
422.55
第一主应力方向
﹣35°0′
29°37′
39°27′
40°36′
36°38′
12°35′
附表4
非溢流坝坝内应力分析计算表
校核洪水位情况下
选取点距坝址距离X
0
10
20
30
40
43.1
a=∑W/B-6∑M/B²
176.09
176.09
176.09
176.09
176.09
176.09
b=12∑M/B³
13.71
13.71
13.71
13.71
13.71
13.71
水平截面正应力σy=a+bX
176.09
313.19
450.29
587.39
724.49
766.99
a1=τd
12.36
12.36
12.36
12.36
12.36
12.36
b1=(-1/B)×(6∑P/B+2τu+4τd)
-39.69
-39.69
-39.69
-39.69
-39.69
-39.69
c1=﹙1/B²﹚×(6∑P/B+3τu+3τd)
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
0.90
坝内剪应力τ=a1+b1X+c1X²
12.36
-294.54
-421.44
-368.34
-135.24
-26.43
a2=σxd
167.08
167.08
167.08
167.08
167.08
167.08
b2=(σxu-σxd)/B
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
8.33
坝内水平正应力σx=a2+b2X
167.08
250.38
333.68
416.98
500.28
526.10
坝内主应力
184.74
577.99
817.44
880.25
788.05
769.86
坝内主应力
158.43
295.18
414.90
446.31
400.20
391.11
第一主应力方向
﹣34°58′
41°57′
41°03′
38°28′
25°12′
6°12′
六、坝内应力分析图
根据坝内应力分析计算成果,可做出坝内应力分布图,如下所示:
(1)正常洪水位情况下
(2)校核洪水位情况下
二、溢流坝设计
一、孔口型式及尺寸拟定
已知:
校核洪水位时泄流量为3340m³/s
设计洪水位时泄流量2600m³/s
设:
单宽流量为q=80m³/s·m
闸门孔口数为5孔,每孔净宽为8m。
①前缘净宽
校核洪水位时:
L=Q溢/q=3340/80=41.75(m)
设计洪水位时:
L=Q溢/q=2600/80=32.5(m)
综上所述,取L=40m
2堰顶高程
由资料可知,堰顶高程为213.00m。
二、溢流坝的堰面曲线设计
①顶部曲线段
开敞式溢流堰面曲线,采用幂曲线时按下式计算:
定型设计水头,按堰顶最大作用水头的75%-95%计算,m;
n、K—与上游坝面坡度有关的指数和系数;
x、y——溢流面曲线的坐标,其原点设在颜面曲线的最高点。
按85%计算,则:
上游坝面铅直:
k=2,n=1.85
x-y关系如下表:
x
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
y
0
0.068
0.245
0.519
0.883
1.335
1.87
2.488
3.185
3.96
4.812
3原点上游曲线段
R1=0.5Hd=0.5×10.46=5.23(m),0.175Hd=0.175×10.46=1.83(m);
R2=0.2Hd=0.2×10.46=2.09(m),0.276Hd=0.276×10.46=2.89(m);
R3=0.04Hd=0.04×10.46=0.42(m),0.282Hd=0.282×10.46=2.95(m)。
4堰面曲线与直线段的切点坐标
上游坡度垂直:
A=1.096B=0.592a=1.1765b=2.176
直线段与溢流曲线的切点坐标:
θ1=arctan1.43=55°
切点高程=堰顶高程-=213-13.49=199.51(m)
5底部反弧段
取=0.95时,坝顶水面流速为V1
H0=校核洪水位-坎顶高程=225.3-191.65=33.65(m)
因为q=80m³/s·m,则q/V1=80/28.1=2.85
所以h=2.85m。
又因为R=(4—10)h,所以取R=6h=6×2.85=17.1(m)
取挑射角θ2=20°
则:
圆心高程=坎顶高程+Rcosθ2=191.65+17.1cos20°=207.72(m)
圆心纵坐标y0=堰顶高程-圆心高程=213-207.72=5.25(m)
反弧段和直线段的切点坐标:
圆心坐标:
E点坐标(坎顶坐标):
离心力作用点坐标:
⑥溢流坝段纵剖面示意图
根据溢流坝的堰面曲线设计数据画出溢流坝段的纵剖面示意图,如下:
溢流坝段纵剖面示意图
三、基本组合荷载计算及稳定分析
波浪三要数:
波浪中心线到静水面的高度h0=0.3m
波浪高度2hl=0.0166V5/4D1/3=0.0166×185/4×41/3=0.98m
波浪长度2Ll=10.4×(2hl)0.8=10.4×0.980.8=10.23m
因为gD/v2=9.81×4000/182=121.11m,在20~250m之间
所以波高应安转换为累计频率1%时的波高:
2hl(1%)=0.98×1.24=1.22m。
又因为半个波长Ll=10.23/2=5.12所以浪压力Pl按深水波计算。
式中:
灌浆处及排水处扬压力折减系数取α=0.25
水重度Υ=9.81KN/m3
混泥土等级强度C10
混泥土重度24KN/m3
坝前淤沙浮容重0.95T/m3=9.5KN/m3
水下淤沙内摩擦角Φ=18°。
(1)基本组合荷载计算
在CAD中绘制溢流坝段纵剖面图,并利用面域查出一个坝段坝体面积A1=1179.90m²,坝体重心距坝踵X1=21.67m;一个闸墩面积A2=181.75m²,闸墩重心距坝踵X2=11.93m。
溢流坝段基本组合荷载计算过程见附表5,基本组合荷载示意图如下:
溢流坝段基本组合荷载计算示意图
附表5溢流重力坝基本荷载计算表
上游水位:
225.30m下游水位:
190.65m溢流坝高:
38.5m计算情形:
校核洪水位225.30m情况
荷载
符号
计算公式
垂直力(KN)
水平力(KN)
对坝底面中点的偏心距(m)
力矩(KN·m)
↓
↑
←
→
正
负
自重
W1
119.27×24
2862.48
12.11
34658.91
W2
1179.90×24
28317.60
2.46
69661.30
水平水压力
P1
1/2×9.81×50.82
12658.04
16.93
214342.80
P2
1/2×9.81×16.152
1279.33
5.38
6887.08
垂直水压力
Q1
5.7×22.3×9.81
1246.95
21.19
26416.62
Q2
1/2×5.7×28.5×9.81
796.82
22.14
17637.55
扬压力
U1
48.07×16.15×9.81
7615.80
0.00
0.00
U2
1/2×41.12×8.67×9.81
1748.68
3.38
5907.05
U3
6.95×8.67×9.81
591.12
20.56
12153.35
U4
1/2×6.95×25.98×9.81
885.65
21.72
19234.58
浪压力
P11
1/2×9.81×(5.12+0.3+1.22)×5.12
166.75
39.60
6603.47
P12
1/2×9.81×5.122
128.58
39.09
5026.26
水平泥沙压力
Pn1
1/2×9.5×202×tg²(45°-18°/2)
1002.94
6.67
6689.61
垂直泥沙压力
Pn2
9.5×1/2×4×20
380.00
22.72
8631.70
合计
33603.85
10841.25
1407.9