混凝土重力坝.docx

1、混凝土重力坝混凝土重力坝电算课程设计学生姓名:学 号:专业班级：2010 级水利班指导教师:二O三年六月二一日1课程设计目的 22课程设计的任务和内容 23课程设计的要求成果 24 基本资料 35课程设计报告内容 46课程设计总结 247 结论 24参考文献 2425附录 I 主要电算成果原始文件1.课程设计的目的1、巩固和加强学生对水工建筑物这门课程知识的理解；借助课设这一 环节，培养学生综合运用已所学的理论知识和专业知识来解决基本工程设计问题 的初步技能。2、学会初步设计重力坝基本剖面，通过稳定、强度分析，拟定坝体经济断 面；计算坝体应力，并满足规范要求；培养设计计算、绘图、编写设计文件和

2、应 用计算机的能力。3、在课设中查阅和应用相关参考文献和资料， 培养按规范设计的良好习惯。2.课程设计的任务和内容1 、设计任务： 碧流河水库混凝土挡水段第 28 号坝段剖面设计。2、设计内容：1 )通过稳定、强度分析，拟定坝体经济断面尺寸；2) 通过坝基水平截面处坝体内部应力分析， 定出坝体混凝土分区方案；3) 坝体细部构造设计：廊道布置、坝体止水、坝体排水及基础防渗和 排水等。3.课程设计的要求成果1) 设计计算说明书一份；2) A3 设计图纸二张。4.基本资料1、 流域概况及枢纽任务 碧流河水库位于碧流河中游干流上， 坐落在新金县双塔镇与庄河县荷花山镇 的交界处沙河口，距大连 170 公

3、里。总库容亿 m3 。是一座以供水为主，兼顾防 洪、灌溉、发电、养鱼等综合利用的大 II 型水库，是大连城市用水的主要水源。2、地形地质坝址处的岩体可大致分为新鲜岩石、 微风化及覆盖层。 河槽高程为 m ，河槽 处为半风化的花岗岩，风化层厚度为 2 m ，基岩具有足够的抗压强度，岩体较 完整，无特殊不利地质构造。两岸风化较深呈带状，覆盖层较少，坝址两岸均为 花岗岩，岩石坚硬，裂隙不发育。河床可利用基岩高程定为 m 。坝基的力学参数：坝与基岩之间抗剪断系数为 f 0.93, c 430kPa ；坝与 基岩之间抗剪摩擦系数值为；基岩的允许抗压强度 15000kPa 。地震的基本烈度为 7 度，设计

4、烈度为 8 度。3、建筑材料 砂料、卵石在坝址上、下游均有，坝址下游 5km 以内砂储量丰富，可供建 筑使用。4、特征水位 经水库规划计算，坝址上、下游特征水位如下：P=% 校核洪水位为 m ，相应下游水位为 m ；P=1% 设计洪水位为 m ，相应下游水位为 m ； 正常挡水位为 m ，相应下游水位为 m； 死水位为 m ； 淤沙高程为 m ； 总库容亿 m3.5、气象坝址洪水期多年平均最大风速 19.7m/ s ，洪水期 50 年重现期最大风速27m/s，坝前吹程校核洪水位时 D 1500m,设计洪水位时D 1300m。6、其它有关资料淤沙干容重 sd 14kN /m3 ，空隙率 n 0.

5、4，淤沙内摩擦角 160 。坝体材料为混凝土 , 其容重采用 c 24kN/m3。5 课程设计报告内容确定工程等别根据SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准，该工程拟建的水库 总库容亿m3，属于U等、大型工程。相应的其主要建筑物等级为 2级，次要 建筑物等级为3级。非溢流坝的剖面设计基本剖面尺寸的拟定假定基本剖面为三角形，坝顶与校核洪水位齐平，在自重、扬压力、静水压 力3项主要荷载作用下，满足强度和稳定要求，并使工程量最小的三角形剖面。 剖面，如图5-1所示：UT。图5-1 重力坝基本三角形剖面图1 ）按满足强度条件确定坝底的最小宽度2 H2w 丁2c 3自c当库满时:只要 在01

6、之间，即上游坡度取正坡，坝基面不出现拉应力。yu上游不出现拉应力，可令式5-2中yu 0，求得坝底宽度为:J9： 35.9.81的最小底宽:2)按满足稳定条件确定坝底的最小宽度 T，水深H取校核水位对应的水深水位与水深关系如表5-1所示：表5-1 水位与水深关系表水位参数(m)坝基底咼程上游水位下游水位上游水深下游水深校核洪水位设计洪水位正常畜水位由上求得T35.02m，可得：P1 2 1 2-wH - 9.81 51.90 13212.16kN/m2 2TH 51.90 35.02W ( c w ) (24 9.81 0) 21810.46kN/m1 1U wHT 0.25 9.81 51.

7、90 35.02 2228.76kN / m2 2f( W U) cA 0.93 (21810.46 2228.76) 430 35.02 1K 2.518P 13212.16安全系数：校核洪水位下，规范要求最小安全系数为，显然上述结果满足要求。下游坡度 1: m H : (1)T 51.90:35.02 1:0.675。取 m 0.7。坝顶高程的确定拟设置防浪墙，则防浪墙顶高程按式 5-5、5-6计算，并取其中的大值:防浪墙顶高程 设计洪水位防浪墙顶高程 校核洪水位(5-5) h h1% hz hc(5-6)库区所在位置属高山峡谷地区，按 5-7、5-8、5-9式计算波浪要素，以下式子由官厅

8、水库公式中取 g 9.81m/s2化简得。另外官厅水库公式适用范围为0 20m/s且D 20km，本设计中洪水期50年重现期最大风速27m/s，超出范围，但是仍然认为适用。h 0.0166 o543(5-7)(5-8)(5-9)Lm 10.4(h)0.8cthHLm计算风速0设计情况取洪水期50年重现期最大风速27m/s，校核情况取洪 水期多年平均最大风速19.7m/s。当 聖 250时，认为h为累计频率为5%勺波高0%。当丄 虹 0 时，hi% 2.42hm、h5% 1.95hm，所以，0% 1.42讥。 H H m安全加高hc对于2级坝，校核情况取m、设计情况取m。根据已给的设计洪水位及校

9、核洪水位， 考虑风浪及安全加高等，确定坝顶及防浪墙顶高程。计算如表5-2所示：表5-2 防浪墙顶咼程计算表计算项目单位设计洪水校核洪水静水位m水深Hm计算风速Vom/s27吹程Dkm计算波高hm计算平均波Lfm波浪中心线咼于静水 位hzmgD 20hm hhi%m安全加高hcm hm防浪墙顶咼程m由表5-2可以确定防浪墙顶高程为m ,取坝顶以上防浪墙高度为 m，那么 坝顶高程为m，相应坝高为m，属于中坝。坝顶宽度坝顶需要行走门式起重机，门机轨距m ,且考虑到交通要求、防浪墙及下游 侧栏杆的布置。因此，取坝顶宽度 B为10m。拟定坝体实用剖面为方便布置进口控制设备并利用水重帮助坝体稳定， 上游面

10、宜采用部分折坡 坝面，上游坡度n=，折坡点定高度m ;下游坡度m=,上游最高水位为m。又坝 体基本三角形顶点在校核洪水位附近。那么拟定坝底宽度：T 0.2 30 51.90 0.7 42.33m确定荷载组合结合本设计实际情况，经分析研究，参照规范规定，写出各工况荷载组合表如表5-3 :表5-3 荷载组合表荷载组合主要考虑情况何载作用力附 注自 重静水压力扬 压 力淤 沙 压 力浪 压 力冰 压 力地震荷 载动水压力其他 荷 载基本组合(1)正常蓄水位情况VVVVVXXXV(2)设计洪水位情况VVVVVXXXV特殊组合(1)校核洪水情况VVVVVXXXV(2)地震情况VVVVVXVXV说明：1地

11、震情况结合正常蓄水位设计；2. “V”表示考虑了对应的荷载，“X”表示没有考虑对应的荷载。荷载计算-H2X &如图5-2所示，取单宽坝段计算。荷载及力臂正方向如图 5-2所示1U11U21U4/图5-2 荷载计算简图各工况按式5-10至5-27分别计算各项荷载,并计算各何载对计算截面形心的力矩。自重：G12nHc(5-10)G2 BH c(5-11)G3-mH2 c2(5-12)水重：wnH(nH H) w(5-13)W2丄 n H 2 w2(5-14)W3-mH22 w2(5-15)上游水压力：P1 H 2H1 w2(5-16)下游水压力：P21H 22 w2(5-17)扬压力：U1H2T

12、w(5-18)U2(H1-H2)wt(5-19)U31(H1-H2)2w(Tt)(5-20)U411(1- )(H1-H22) wt(5-21)水平泥沙压力：PSH1-sbhstan2(45 )2 2(5-22)竖直泥沙压力：Fsv丄 h 2 sb nhs2(5-23)(5-24)浪压力(深水波)： R -wLm (0% hz)4校核工况荷载计算及组合见表5-5。表5-5 校核工况荷载计算组合表组合情 况校核洪水位坝段最大剖 面截面坝基面骨口. 序号荷载名称计算 式荷载(每米长)力臂(m)力矩(kN m)水平(kN)垂直(kN)+-1自重G5-10370762自重G5-111276153自重G

13、5-12-429234水重W5-13234155水重W5-14169216水重W5-15-144767上游水压力R5-16-2285708下游水压力F25-1760899扬压力U5-1810扬压力U25-19-1039511扬压力U35-20-435312扬压力U5-21-1653613水平泥沙FSh5-22-661614垂直泥沙FSv5-23675115浪压力P5-24-129416其他总计-107296结合理正软件的重力坝设计功能，对手算结果进行校核。输入基本参数，并 设置各分项系数为1,可得各项荷载的标准值。对电算结果整理得表 5-6 :表5-6 荷载电算成果表荷载组合1：持久状况-基本

14、组合-正常蓄水位作用力名称水平力（kN）竖向力（kN）弯矩(kN m)坝体自重0-26600121800静水压力（上游）11350-1948-145700静水压力（下游）-4469扬压力（浮托力）039450扬压力（渗透力）03234-33170淤沙压力浪压力0-2428总计11930-22020-63860荷载组合2:持久状况-基本组合-防洪作用力名称水平力（kN）竖向力（kN）弯矩(kN m)坝体自重0-26600121800静水压力（上游）12410-2078-169500静水压力（下游）-1118-8181扬压力（浮托力）062700扬压力（渗透力）02949-30250淤沙压力-34

15、1浪压力0-2546总计12310-20580-88540荷载组合3:偶然状况-偶然组合-校核洪水位作用力名称水平力（kN）竖向力（kN）弯矩(kN m)坝体自重0-26600121800静水压力（上游）13210-2172-188200静水压力（下游）-1178-8386扬压力（浮托力）064360扬压力（渗透力）03050-31280淤沙压力-341浪压力0-1412总计13030-20450-107400荷载组合41:偶然状况-偶然组合-地震作用力名称水平力（kN）竖向力（kN）弯矩(kN m)坝体自重0-2660121800静水压力（上游）11350-1948-145700静水压力（下

16、游）-4469扬压力（浮托力）039450扬压力（渗透力）03234-33170淤沙压力-341浪压力0-1233地震惯性力18620-47490地震动水压力（上游）0-14580总计14430-22020-124700稍有差别分析的原因是：浪压力计 不过浪压力本身就不大，其差值更经分析，荷载手算与电算结果基本一致 算有所差别，其原因可能是计算方法不一样 小，可认为手算结果是可靠。综上所述，荷载计算基本可靠。坝体抗滑稳定分析对几种荷载组合情况分别进行稳定分析。按照规范规定的抗剪断强度计算公f W cA式K ，各情况下安全系数计算见表 5-7。式中：f为坝体混凝P土与基岩接触面的抗剪断摩擦系数取

17、；c为坝体混凝土与基岩接触面的抗剪断凝聚力取430kPa ； W为作用于坝体全部荷载对滑动平面的法向分值； P为作用于坝体全部荷载对滑动平面的切向分值。表5-7 各工况抗滑稳定分析成果表工况计算式手算K电算K要求K结论正常畜水3抗滑稳定满足要求设计洪水f W cA3抗滑稳定满足要求校核洪水KP抗滑稳定满足要求地震情况抗滑稳定满足要求由表5-7可知，该坝体在各个工况下抗滑稳定均满足规范要求。 且电算结果与手算结果基本一致。因此，就稳定性而言，设计断面是合理的。坝体应力分析说明采用材料力学法进行计算，并且仅对坝基面进行应力分析，考虑扬压力 坝体边缘应力分析(5-27)yd TT2u (PuPjuy

18、u)nd ( ydPudPd)mxu ( PuPuu)unxd ( PdPud)dm1u (1n2)yu (Pu1d (1m2)yd (Pd2u PuPuu2d 巳1Pld(5-28)(5-29)(5-31)(5-30)Pud)m2Puu) n2不考虑地震荷载时，另地震动水压强部分等于0即可各工况计算结果见表5-8 :1u 、 1d 、 2u 、 2d ?yuPd荷载组合项 目上游坝踵处下游坝址处yuuxu1u2uyddxd1d2d正 常计算3071030表5-8 单位：kPa各工况坝体边缘应力分析手算成果表设计校核地震值782012501106620由电算得出结果，如表5-9。应力单位均为M

19、Pa表5-9 坝体边缘应力电算成果表正常正应力x正应力y剪应力主应力1主应力2（坝踵）（坝址）设计正应力x正应力y剪应力主应力1主应力2（坝踵）（坝址）校核正应力x正应力y剪应力主应力1主应力2（坝踵）（坝址）地震正应力x正应力y剪应力主应力1主应力2（坝踵）（坝址）坝踵坝 趾处属V区混凝土，采用强度 标号为 C15。其轴心抗压强度 fc 7.2MPa。安全系数K正常水位和设计水位下取 4、校核情况取。相应的容 许压应力分别为1.8MPa和2.06MPa。经分析，运用期坝踵铅直应力 yu不出现拉应力，坝趾最大铅直应力校核时为MPa、设计时为MPa，均不超过其容许应力。因此，非地震工况下坝体边缘

20、 应力满足规范要求。地震情况下，坝踵也无拉应力，坝趾处压应力为 MPa，没的超过容许应力，坝址处没有出现了主拉应力，故可认为是安全的。坝体边缘应力手算与成果电算无太大出入，应力分析结果可靠。坝体内部应力分析况对y坐标正方向及计算点位置如图 5-3所示:分别进行计算0XX34）用上、下游边缘处yuyd的边界条件定系数a、b，列出方程式如下:垂直正应力y分布图5-3 坝体应力计算简图842.40-16.975X3）列表计算各计算点的值如表5-10 :表5-10 y计算表计算点编号01r 2345坐标x=(m)02Sy(kN/m )代入数值得:589.68-11.822x20.053x4 ）画出分布

21、图如图5-4:图5-4 y分布图3 ）列表5-11计算各计算点的值表5-11 计算表计算点编号012345坐标x=(m)0t(kN/m 2)分布图图5-54 ）画出分布图如图5-5 :2）用上、下游边缘处xuxd的边界条件定系数32、b2，列出方程式;水平正应力x分布412.78-7.492x3 ）列表5-12计算各计算点的值表5-12 x计算表计算点编号012345坐标x=(m)0Sx(kN/m2)4 ）画出截面x分布图如图5-6 :5 4321 0图5-6 x分布图主应力计算与分布x代入公式计算!、 2，将计算成果列表5-13如下;将各点的计算点编号012345坐标x=(m)0Sy(kN/

22、m2)t(kN/m 2)Sx(kN/m2)S1(kN/m2)S2(kN/m2)y表5-13 应力分析成果表3 )计算主应力方向1 2 2从铅直线到主应力 1的夹角 arctg( )，即tg2 。顺2 y x y x时针为下。将 值列表5-14计算如下：表5-14 值计算表计算点编号012345坐标x=(m)02t(kN/m 2)Sy-S x2(kN/m )2ff400(kN/m2)4 ）绘制各点主应力图，以矢量表示其大小和方向，如图 5-7 :图5-7 坝基主应力图max所在平面与主应力面成45，计算结果见表5-15 :计算点编号012345坐标x=(m)0max2表5-15 主剪应力计算成果

23、表计算主剪应力：2t ma(kN/m )校核工况电算、手算比较：计算结果见表 5-16 :表5-16 校核工况电算、手算计算成果表计算方 法X坐标正应力x正应力y剪应力主应力1主应力2手算00电算0 :0 :手算电算手算电算手算电算小结校核工况下，坝体上游面的铅直应力没有出现拉应力；坝体最大主应力为MPa小于容许应力MPa。因此，坝体内部应力满足要求。综上所述，总体设计 基本合理。坝体混凝土分区设计结合坝体应力分析成果及上下游水位特性， 可将非溢流坝段宜分成五区，即 I、U、M、W、V区。各分区混凝土强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗裂和低热 性等级要求确定如表5-17 ;各分区范围如图5-8所示：表5-17 坝体混凝土分区性能表分区强度抗渗抗冻抗冲刷抗侵蚀低热分区宽度(m)IC10W2F50-+2nC10