【正文】 指向相反，數值達到極限值。 抗剪強度公式計算時： ??K =。 ③ 以無限域的孔口計算。本設計主要是混凝土拱壩設計方面的問題，要求設計成果合理， 各項指標達到國家規(guī)范要求。并于 1936 年建成了高 221 米的胡佛重力拱壩。 中華人民共和國成立后，水利事業(yè)突飛 猛進地發(fā)展，取得了舉世矚目的成就。截止到 1988 年底的不完全統(tǒng)計，已建成 15 米壩高以上的各類拱壩已達 800 座，約占全世界已建拱壩總數 1/4 強。褒河規(guī)劃作五級開發(fā)，其中樞紐在最下游。為此，樞紐定為：渠首電站、攔河壩（拱壩）、中孔泄洪、底孔、電站引水渠道等。 褒河 庫區(qū)壩址為“ U”形河谷，水面寬 40m ，水深 2～ 7m ，河床砂礫石 2～ 8m ，壩址 兩岸山坡陡峭， 590m 高程以上強風化巖石厚度為 5m ，以下為 3～ 5m ，河床 2～4m 。多年平均徑流量 138 億立米，多年平均流量 sm/3 。第四紀松散堆積物為砂質粘土沖擊礫石，區(qū)內無大斷裂。 工程規(guī)劃 根據梯級水庫運用規(guī)劃，褒河 正常高水位定為 618 米，相應庫容 億立米。可能最大洪水流量 10 000 sm/3 。 東干渠進口高程 ，引用流量 30 sm/3 ，灌溉 27 萬畝農田。 混凝土容重 24 3/mkN ，彈模 16GPa ，線膨脹系數 ，泊松比 。承擔褒河 水利樞紐工程的水電三局擁有較強的技術力量和機械設備。土料很少，運距約 4kM 。當壩體材料以土和砂礫 為 主時，稱土壩 、以石渣、卵石、爆破石料為主時，稱堆石壩；當兩類當地材料均占相當比例時，稱土石混合壩。 （ 3）壩身是土石散粒體結構，有適應變形的良好性能，因此對地基的要求低。 壩身不能泄流 (過水土石壩除外 )，須另外設置溢洪道，泄洪安全性不可靠，施工導流也不方便。 支墩壩 與其他壩型比較，支墩壩特點是： ① 面板是傾斜的，可利用其上的水重幫助壩體穩(wěn)定； ② 通過地基的滲流可以從支墩兩側敞開裸露的巖面逸出，作用于支 墩底面的揚壓力較小，有利于壩體穩(wěn)定； ③ 地基中繞過面板底面的滲流，滲透途徑短，水力坡降大，單位巖體承受的滲流體積力也大，要求面板與地基的連接以及防滲帷幕都必須做得十分可靠 。現在在下面的小節(jié)重點比較重力壩和拱壩的選擇。 ? 對 大壩工程的總投資，拱壩可節(jié)約 15%左右。 ? 拱是推力結構，主要產生軸向壓力，有利于充分發(fā)揮材料的抗壓性能。 ? 計算方法多采用材力法和有限元法，計算繁瑣，但計算機和計算程序的普及與推廣已大大的解決這一難題。 樞紐布置方案的選擇 壩軸線的選擇 這里添加大本上的關于壩址選擇的一段文字 從地形圖可確定三種修建 拱 壩的壩址。 ? 圖 31中 3處的位置 ① 離兩山包較遠，未能充分利用山包 的抗滑能力。 ? 圖 31中 1的位置 ① 充分利用 了 抗滑作用，且壩軸線不長。 其他樞紐布置 主要建筑物有：混凝土雙曲拱壩、岸邊引水式電站、東西干渠渠首電站和反調節(jié)池等。由于該河道為順時針彎曲的彎道河流，左岸為凹岸，如畢業(yè)設計 8 果在左岸開鑿隧洞，其洞線很長，不經濟。為便于電站進水口與下游電站廠房的布置和水流條件，隧洞的進出口不能太過靠近大壩，進口距大壩 200m 左右，出口距大壩 300m 左右，在距大壩 50m 左右的地方修建電站引水口，利用彎道和 導流 隧洞連接。在隧洞的出口電站前面 修建一個直徑為 10m 的壓力前池。因此渠道的引水洞和引水隧洞在 空間上交叉，引水隧洞在渠道引水道的上面。而泄洪建筑物的布置是拱壩設計的關鍵，拱壩泄洪分壩外泄洪與壩體泄洪兩種。 ? 對壩體的應力影響較小。 ? 對于調洪庫容較小的水庫，還可以通過超標準洪水，有利于工程安全。 壩頂泄流由于水舌跌落較近，入對角大。采用挑流形式與尾水相接時，挑距較大，對壩體安全更為有利，但壩面溢流存在水流同心集中的特點，水舌寬度沿程縮窄，無疑下游要增設消能設備，加大工程量，同時由于壩面泄流的挑距近，沖刷力大，難于 滿足安全泄流的要求。 （ 4） 壩身開孔泄洪 壩身開孔泄洪就是在壩體上一定的位置開設孔口用來滿足泄洪要求。 ? 如采用挑流消能，則一般起挑流速大，挑距遠，有利于壩體安全。 畢業(yè)設計 10 ? 如果水庫的調節(jié)性能不好，當發(fā)生超標準洪水時，可能漫頂，不利于安全，為此，最好設置必要的表孔泄流并結合排漂。并采用中孔，底孔 聯合泄流。 畢業(yè)設計 11 4 拱壩設計 拱壩 布置 . 拱壩布置的 基本原則 拱壩布置的總要求是：應在滿足樞紐布置、運用施工要求、壩肩巖體穩(wěn)定的前提下，通過調整其外形與尺寸，使壩體材料強度得到充分的發(fā)揮，拉應力控制在允許范圍內，并方便施工，工程量小。 3） 布置頂拱。 本次設計我們大體選擇如下： ? 對與 U 形河谷，拱壩頂底跨度接近，剛度相差不大，因而沿水深增加的水壓力需要由懸臂梁增加截面厚度承擔壩體應力，從這個方面說較適合單曲拱壩的修建。 故，本設計選用雙曲拱壩 （變 外 半徑等中心角） 。故以 處為壩底高程，則壩高為 （ ? =620532=88m ）。 拱冠梁 斷面尺寸擬定 拱圈形式選擇 在拱壩的應力計算和拱壩的平面布置的時候一般把拱分成 5~7 層。從地形圖上可得 拱圈弦長 ： 6L = ?？捎上?面的經驗公式的求 cT cT =(H +L ) （ 4?1） cT =(2 aR +H ) （ 4?2） cT =+(L +3H ) （ 4?3） 式中 H—— 最大壩高 。 壩底厚度 BT 求壩底厚度 BT 的時候用下面的經驗公式。 2L —— 為 處拱圈的弦長， 現取為與 cL 同長 。 由 4?6得： BT = 0 .3 5 ( 2 0 0 2 0 0 ) 8 8500? ? ?= 畢業(yè)設計 14 yx由 4?5得到的數據太小，現在不考慮，只比較 4 6中的數據要折減，故選擇 BT = 米。 具體的分類標準請參照參考書。 圖 4 1 美國墾務局方案三點定圓表格 高程 上游偏距 上游坐標 下游偏距 下游坐標 壩頂 0 （ 0， 0） （ ， 0） BT = (， ) 0 (0,) 壩底 BT = (,88) BT = (,88) 方案二：任德林方案 表 4 2中拿出 88 與 處的上下游偏距來求三點定圓方程。 3 任德林方案的數據表 高程 上游偏距 上游坐標 下游偏距 下游坐標 壩頂 0 （ 0， 0） （ ， 0） (， ) (,) 壩底 (,88) (,88) 從表 4為了滿足倒懸度小而應力條件又不至于太差，采用折中方案。 4 折 中方案的三點定圓數據表 高程 上游偏距 上游坐標 下游偏距 下游坐標 壩頂 0 （ 0， 0） （ ， 0） (， ) (,) 壩底 (,88) (,88) 把折中方案的上下游坐標代進圓的方程 222 )()( Rbyax ???? 得： 畢業(yè)設計 16 xyH上游面：2 2 22 2 22 2 2(1 5 . 6 8 6 ) ( 4 8 . 4 )(1 1 . 6 8 2 ) ( 8 8 )a b Ra b Ra b R? ???? ? ? ??? ? ? ? ?? ? abR????????? 所以上游面的圓方程為： 2 2 2( 9 4 .2 5 ) ( 5 7 .2 9 ) 1 1 0 .2 9xy? ? ? ?。239。239。 ? abR236。239。 =239。 由 BT ， cT ， H以及上下游面的圓弧方程可繪制出拱冠梁剖面圖 。 則可求的 0abc????????? 圖 4 5 倒懸度比較表 高程 折中方案 拋物線方案 畢業(yè)設計 17 上游偏距 倒懸度 上游偏距 倒懸度 壩頂 0 小 0 大 小 大 壩底 11 ? 從上表中可以看出，拋物線方案中的拱冠梁剖面比折中方案的胖，造成了材料的浪費。 拱壩的平面 布置 基本原則及假定 基本原則 ? 控制梁的自重拉應力不超過允許值，一般為 ~. ? 控制壩面倒懸度不超過允許值，整體為 :1，局部在（ ~） :1 范圍內。 ? 沿用前面的 6拱 5不等段法，各高程處的拱厚為 1T =， 2T =， 3T =米， 4T =， 5T =， 6T =22米 拱圈中心角的確定 在外荷載和河谷形狀都相同的情況下，拱圈中心角 A?2 越大，拱端應力越小，應力條件越好。但從穩(wěn)定條件考慮，選用過大的中心角將較難滿足壩肩的穩(wěn)定要求。 ~80176。 本設計根據以上情況及地質地形資料，定底拱中心角 =頂拱中心角 =80176。 6 中心角選取和內外半徑計算表 高程 ? 620 600 580 560 540 532 拱圈厚 T 5． 0 22 初擬中心角 ? 80176。 80176。 表 4 131． 0 119． 2 600 75176。 64． 9 560 75176。 53． 28 31． 28 532 75176。 124． 1 112． 42 600 90176。 79． 3 560 90176。 50． 696 28． 696 532 90176。 560 80176。 ? 定出拱壩的對稱中心線，該中心線即為頂拱外弧對應弦的垂直平分線。） ? 根據頂拱的厚度可以繪制出內弧。 ? 懸臂梁截片檢查，由于該拱壩對稱性較好，在左不拱切取三個懸臂（不包括拱冠梁），檢查壩面是否光滑，倒懸度是否滿足施工要求。 上面五 個方案的平面布置圖如附圖所示。 特殊荷載主要有：地震荷載，包括動水壓力和地震慣性力，地震動土壓力。 ? 水重：一般假定有梁承擔，通過梁的變化考慮對拱的影響。 ? 靜水壓力、泥沙壓力、浪壓力中靜水壓力是壩體最主要的荷載。從輪廓線、切片的倒懸度以及工程量判斷，得出其中較優(yōu)秀的方案。由于拱壩應力計算程序在進行計算的同時，也算出了壩體工程量。做法：在頂拱的垂直平分線上量取該處的偏距（ 12T =10m ，13T = ， 14T = ， 15T = ， 16T = 。 ~35176。 34 532 80176。 600 80176。 51． 4 29． 86 540 90176。 103． 8 87． 47 580 90176。 方 案 四 620 90176。 55． 7 33． 9 540 75176。 109． 9 93． 7 580 75176。 147． 79 142． 99 方 案 二 620 75176。 外半徑 uR 131． 0 109． 9 84． 2 55． 7 內半徑 dR 119． 3 93． 6 64． 7 34． 2 31． 28 注 ： uR =2sin2?L， dR = uR T 現把四 個方案各拱圈各層中心角和半徑列表如表 4 80176。 拱圈內外半徑如表 4 拱壩的最大應力常出現在壩高的 21~31 拱圈處。 ~110176。 時，拱圈截面將不出現拉應力。 ? 壩體與基巖的接觸線應 光滑連續(xù)。 ? 折中方案為圓弧曲面比拱壩施工簡單。 5 所示 。 方案三：上游面定為二次拋物線 cbyayx ??? 2 ，把他得到的曲面與折中方案的比較，簡圖如圖 4238。239。239。239。 + + =237。239。 4 所示 。 3中的坐標可以看出來，美國墾務局的方案求的拱冠梁較瘦，應力條件好，倒懸度高。數據如表 4其中離壩頂 處的數據由 60 之間的數據內插而得。 1 所示。 ? 壩體輪廓線應光滑連續(xù)。 拱壩的類型可以分為四種。 6式的數據。 由 4?4 得： BT =88 （ 0. 63 220 0 2 88()88 10 00?? ） = 由 4?5 得： 2L 可擬 2L = 1L ，再折減。 BT =（ 10002)( HHL ? ） H （ 4?4） 美國墾 務局經驗公式： BT = 3 12 221 )1 2 2(0 0 1 HHLHL （ 4?5） 朱伯芳經驗公式： BT = ? ?? HLLK n )( 11 ?? （ 4?6） 式中 L、 H 的意義同前 。等于 cL aR —— 頂拱 軸半 徑， 初估 時可 取 aR = （ ~ ） L 。 拱冠梁斷面尺寸擬定 （ 1）壩頂厚度 選擇 cT 時，應該考慮工程的規(guī)模，交通和運行要求。則每截面的高程分別為