水工建筑物重力坝设计计算书.docx

1、水工建筑物重力坝设计计算书一、 非溢流坝设计（一）、初步拟定坝型的轮廓尺寸(1)坝顶高程的确定校核洪水位情况下：波浪高度 2hl=4D1/3=185/441/3=波浪长度 2Ll=(2hl)=波浪中心线到静水面的高度 h0=(2hl)2/ 2Ll=安全超高按级建筑物取值 hc=坝顶高出水库静水位的高度 h校=2hl+ h0+ hc=+=设计洪水位情况下：波浪高度 2hl=5/4D1/3=18)5/441/3=1.62m波浪长度 2Ll=(2hl)=15.3m波浪中心线到静水面的高度 h0=(2hl)2/ 2Ll=安全超高按级建筑物取值 hc=坝顶高出水库静水位的高度 h设=2hl+ h0+ h

2、c=+=2.56m两种情况下的坝顶高程分别如下：校核洪水位时： +=设计洪水位时： +=226.56m坝顶高程选两种情况最大值 m，可按设计，则坝高。(2)坝顶宽度的确定本工程按人行行道要求并设置有发电进水口，布置闸门设备，应适当加宽以满足闸门设备的布置，运行和工作交通要求，故取8米。(3)坝坡的确定考虑到利用部分水重增加稳定，根据工程经验，上游坡采用1：，下游坡按坝底宽度约为坝高的倍，挡水坝段和厂房坝段均采用1：。(4)上下游折坡点高程的确定理论分析和工程实验证明，混凝土重力坝上游面可做成折坡，折坡点一般位于1/32/3坝高处，以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定。根据坝高确定为，则1/3H=

3、1/3=，折坡点高程=+=192m；2/3H=2/3=35m，折坡点高程=+35=，所以折坡点高程适合位于192m之间，则取折坡点高程为。挡水坝段和厂房坝段的下游折坡点在统一高程处。(5)坝底宽度的确定由几何关系可得坝底宽度为T=（）+8+ =(6)廊道的确定坝内设有基础灌浆排水廊道，距上游坝面6.1m，廊道底距基岩面4m，尺寸（宽高）。(7)非溢流坝段纵剖面示意图（二）、基本组合荷载计算及稳定分析由上述非溢流剖面设计计算得知校核洪水位情况下的波浪三要数：波浪中心线到静水面的高度h0=0.3m 波浪高度2hl=0.98m 波浪长2Ll=10.23m 因为gD/v2=4000/182=121.1

4、1m ,在20250m之间所以波高应安转换为累计频率1%时的波高：2hl（1%）=1.22m 。又因为半个波长Ll=2=H（坝前水深H=50.8m），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=水重度=m3混泥土等级强度C10混泥土重度24KN/m3坝前淤沙浮容重m3= m3水下淤沙内摩擦角=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： -下游水位: -坝高： - -计算情形： 正常洪水位情况荷 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(

5、m)力矩(KNm) 正负自 重W1 1/224 W2 824 W3 1/24224 水平 水压力P1 1/2 P2 1/2 垂直 水压力Q1 14 Q2 1/2 Q3 1/2 扬压力U1 U2 1/2 U3 U4 1/2 浪压力P111/2+ P12 1/2 水平泥沙压力Pn1 1/2202tg(45-18/2) 垂直泥沙压力Pn21/2420 合 计 总 计W=P=M=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，逆时针为负抗滑稳定分析（）700 ，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

6、坝基本荷载计算表 上游水位： -下 游水位: 坝高： 计算情形：校核洪水位情况荷 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(KNm) 正负自 重W1 1/224 W2 824 W3 1/24224 水平 水压力P1 1/2P2 1/2垂直 水压力Q1 Q2 1/2 Q3 1/2扬压力U1 U2 1/2 U3 U4 1/2 浪压力P111/2+ P12 1/2 水平泥沙压力Pn1 1/2202tg(45-18/2) 垂直泥沙压力Pn21/2420 合 计总 计W=P=M=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

7、分析（）700 ，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

8、 选取点距坝址距离X010203040 a=W/B-6M/B b=12M/B 水平截面正应力y = a+bX a1=d b1=(-1/B)（6P/B+2u+4d） c1=1/B(6P/B+3u+3d) 坝内剪应力=a1+b1X+c1X a2=xd b2=(xu-xd)/B 坝内水平正应力x=a2+b2X 坝内主应力 坝内主应力 第一主应力方向35029373927403636381235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X010203040 a=W/B-6M/B b=12M/B 水平截面正应力y = a+bX a1=d b1=(-1/B)（6P/B+2u+4

9、d） c1=1/B(6P/B+3u+3d) 坝内剪应力=a1+b1X+c1X a2=xd b2=(xu-xd)/B 坝内水平正应力x=a2+b2X 坝内主应力 坝内主应力 第一主应力方向 34584157410338282512612六、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3340 m/s设计洪水位时泄流量2600 m/s设：单宽流量为q=80 m/sm闸门孔口数为5孔，每孔净宽为8m。前缘净宽 校核洪水位时： L=Q溢/q=3340/80=（m） 设

10、计洪水位时： L=Q溢/q=2600/80=（m）综上所述，取L=40m2 堰顶高程由资料可知，堰顶高程为。二、 溢流坝的堰面曲线设计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=x-y关系如下表：x012345678910y03 原点上游曲线段R1=(m), =(m)；R2=(m), =(m)；R3=(m), =(m)。4 堰面曲线与直线段的切点坐标上游坡度垂直： A= B= a=

11、 b=直线段与溢流曲线的切点坐标： 1=55切点高程 = 堰顶高程 - = =(m)5 底部反弧段取 =时，坝顶水面流速为V1H0=校核洪水位-坎顶高程=因为q=80 m/sm,则q/V1=80/=所以 h=。又因为R=（410）h，所以取R=6h=6=(m)取挑射角2=20则：圆心高程=坎顶高程+Rcos2=+= (m)圆心纵坐标y0=堰顶高程-圆心高程=（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： 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

12、中心线到静水面的高度h0= 波浪高度 2hl=4D1/3=185/441/3=波浪长度 2Ll=(2hl)=因为gD/v2=4000/182=121.11m ,在20250m之间所以波高应安转换为累计频率1%时的波高：2hl（1%）=1.22m 。又因为半个波长Ll=2=H（坝前水深H=50.8m），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=水重度=m3混泥土等级强度C10混泥土重度24KN/m3坝前淤沙浮容重m3= m3水下淤沙内摩擦角=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=,坝体重心距坝踵X1=；一个闸墩面积

13、A2= m，闸墩重心距坝踵X2=。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： 下游水位: 溢流坝高： 计算情形：校核洪水位情况荷 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(KNm) 正负自重W124 W224 水平 水压力P1 1/2 P2 1/2 垂直 水压力Q1 Q2 1/2 扬压力U1 U2 1/2 U3 U4 1/2 浪压力P111/2+ P12 1/2 水平泥沙压力Pn1 1/2202tg(45-18/2) 垂直泥沙压力Pn21/2420 合 计 总 计W=P=M=（2）抗滑稳定分析0.9（）700 ，满足抗滑稳定要求。（3）上下游边缘应力计算 根据材料力学可知，C20混凝土抗压强度为20MPa，抗拉强度为,所以坝体应力满足稳定要求。四、消能防冲设计鼻坎高程为：反弧半径： R=挑射角： =20挑距： L=L+L由上诉可知：V1= m/s; h1=hcos = h2 = 冲刷坑深度：取冲刷坑系数为k=，q=80 m/sm，H=所以最大冲刷坑水垫厚度：冲刷坑深度：所以： 满足要求