【文章內(nèi)容簡介】 受力，同時也會引起震動。⑵ 閘門和起閉設(shè)備的容量一般較大，檢修較困難。⑶ 如果水庫的調(diào)節(jié)性能不好，當(dāng)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時，可能漫頂，不利于安全，為此，最好設(shè)置必要的表孔泄流并結(jié)合排漂。 隨著應(yīng)力實驗技術(shù)的發(fā)展，對一些壩身開孔工程的模擬實驗表明，壩身開孔除對孔口周圍的局部應(yīng)力有影響外，對整個壩體的應(yīng)力影響不大，此外，隨著閘門制造技術(shù)的發(fā)展以及大容量起閉設(shè)備的制造，修建大孔口或深孔泄流已成為一種慣例。 壩身開孔泄流，一般布置于河心或?qū)ΨQ的布置于河心中央的兩側(cè)。 由以上分析并根據(jù)褒河庫區(qū)地質(zhì)、地形資料，擬建一般拱壩。并采用中孔，底孔聯(lián)合泄流。 另外，由于時間的關(guān)系，本次設(shè)計未進行調(diào)洪驗算。所以中孔泄洪的形式、尺寸、高程、數(shù)目均沿用原設(shè)計。壩頂高程也沿用原設(shè)計，確定為 。m畢業(yè)設(shè)計（論文） 104 拱壩設(shè)計 拱壩體型設(shè)計 基本原則⑴ 對與 U 形河谷，拱壩頂?shù)卓缍冉咏?，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?dān)壩體應(yīng)力，從這個方面說較適合單曲拱壩的修建。但是，單曲拱壩厚度過大，應(yīng)力條件不好，造成了浪費不經(jīng)濟。雙曲拱壩雖然各層拱圈的剛度變化不大，但剛度條件已經(jīng)能夠滿足受力條件，且能充分發(fā)揮混凝土的強度。另外，雙曲拱壩根據(jù)地形條件變化明顯，開挖量比一般的單曲拱壩少。 但是，本設(shè)計要求做單曲拱壩。 從地形圖上可看出，該 U 形河谷對稱程度高，選擇圓弧拱就可以滿足設(shè)計的要求。故本設(shè)計采用等中心角、等外半徑的等截面圓弧單曲拱壩。⑵ 由于河床最低高程 ，基巖高程為 。故以 處為壩底高mm程，則壩高為 （ =620532=88 ） 。?⑶ 由已知資料中可知，590 高程上風(fēng)化層厚 5 ，590 高程以下為 3~5 米，則取 5 為開挖深度。故在拱壩開挖后的河谷地形等高線要比原地形等高線的相同處少 5m高程，也就是說，以前是 625 的高程，在開挖后變成了 620 高程。由于壩頂高程為 620 ，現(xiàn)在前面 31 圖中 1 處的適宜位置布置壩軸線，與 620 的等高線相交，量m出兩交點的連線長 = 。cLm 拱壩基本尺寸的擬定 拱壩分層 在拱壩的應(yīng)力計算和拱壩的平面布置的時候一般把拱分成 5~7 層。本設(shè)計采用 6拱圈 5 不等段，從上而下每段的高度分別是 20 、20 、20 、20 、8 。則每截mm面的高程分別為 、 、580 、 、 、 。這樣分段m是為便于地形圖上開挖后的河谷地形的繪制以及每層拱圈的拱端之間的弦長的求解。從地形圖上可得每層拱圈弦長： = , = , = , = , 2L34L5= 。上面的數(shù)據(jù)只能作為初步設(shè)計的數(shù)據(jù)，最后的各層拱圈的弦長得由拱壩平6L面布置上得到。 壩頂厚度 cT畢業(yè)設(shè)計（論文） 11選擇 時，應(yīng)該考慮工程的規(guī)模，交通和運行要求。如無交通要求， 一般取cT cT3~5 ，但至少不得小于 3 ?？捎上旅娴慕?jīng)驗公式的求 mmcT=( + ) （4?1） cHL=(2 + ) （4?2） aR=+( +3 ) （ 43） cT式中 ： ——最大壩高?！獕雾敻叱烫?，河谷開挖后兩拱端之間的直線距離， 。等于L mcL——頂拱軸半徑，初估時可取 =（~ ）L。本設(shè)計取aRaR= ==由 4?1 得 =(88+)=由 4?2 得 =(2130+88)=由 4?3 得 =+(+388)=由于該壩上沒有交通要求，根據(jù)上面的數(shù)據(jù)取 = 。cTm 壩底厚度 BT求壩底厚度 的時候用下面的經(jīng)驗公式。任德林公式：當(dāng) =60~100 ， =~ 時。HmHL/=（ ）H （4?4）BT102)(63.?美國墾務(wù)局經(jīng)驗公式：= （4?5 ）()L朱伯芳經(jīng)驗公式：= （ 4?6）BT???HLKn)(1??式中 、 的意義同前。LH——為第一層拱圈的弦長，等于 。1 c畢業(yè)設(shè)計（論文） 12——為 處拱圈的弦長，現(xiàn)取為與 同長。2LHcL——為到數(shù)第二層處的拱圈弦長，現(xiàn)取為與 同長。1?n由 4?4 得： =88（ ）=()1??m由 4?5 得： 可擬 = ，再折減。2L21 = =()?由《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》中查得 =5Mpa. 可擬 = ，再折減。??Min?2L21 由 4?6 得： = =(20)8??m由 4?5 得到的數(shù)據(jù)太小，現(xiàn)在不考慮，只比較 44 式和 46 式的數(shù)據(jù)。任德林方案適用于砌石壩，倒懸度小，應(yīng)力不易滿足條件；美國墾務(wù)局方案應(yīng)力易滿足條件，但壩體肥厚，倒懸度大。參考同類建筑和兩種方案故選擇 = 米。則厚BT高比 = =，屬于中厚拱壩。HT82 拱冠梁剖面設(shè)計 基本原則由于時間關(guān)系本次設(shè)計將上下游面圓心線簡化為一條直線，并將上游拱冠梁面定為鉛直面。這樣當(dāng)中心角確定后可計算出頂拱外半徑，再定底拱外半徑這樣根據(jù)各層拱圈厚和上游拱冠梁面為鉛直面按比例關(guān)系就可計算出各層拱圈內(nèi)外半徑。下游斜面斜率 K= 6 拱 5 不等段法，各層拱圈尺寸見下圖。畢業(yè)設(shè)計（論文） 13圖 41 方 案 四 拱 冠 梁 剖 面 圖 拱壩的平面布置 基本原則及假定 基本原則⑴ 控制梁的自重拉應(yīng)力不超過允許值，一般為 ~.⑵ 控制壩面倒懸度不超過允許值，整體為 :1，局部在（~）:1 范圍內(nèi)。⑶ 壩體輪廓線應(yīng)光滑連續(xù)。⑷ 壩體與基巖的接觸線應(yīng)光滑連續(xù)。 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 越大，拱端應(yīng)力越小，A?2應(yīng)力條件越好。若按與工程實際更為接近的兩端固端拱計算，當(dāng)中心角 ?120176。時，A2拱圈截面將不出現(xiàn)拉應(yīng)力。因此，從減少拱圈厚度，改善壩體應(yīng)力考慮，選較大的中心角是比較有利的。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。 現(xiàn)代拱壩設(shè)計中，頂拱圈的中心角多為 90176。~110176。之間，對于壩址河谷平面上是漏斗形，其中心角可適當(dāng)?shù)募哟蟮?110176。~120176。 本設(shè)計根據(jù)以上情況及地質(zhì)地形資料并結(jié)合設(shè)計要求，定各方案中心角為 96176。，100176。，104176。，110176。各方案保持拱壩在上下游面曲線與各拱圈的厚度不變，僅改變半徑，布置時保證兩個半中心角之差不超過 2176。完成上下游面圓心線坐標(biāo)圖與拱壩的平面布置圖共四個方案。拱面力求光滑，現(xiàn)把四個方案各自的中心角與各層拱圈內(nèi)外半徑列入表 41畢業(yè)設(shè)計（論文） 14表 41 四個方案的中心角及半徑匯集表方案高程中心角外半徑內(nèi)半徑方案高程中心角外半徑內(nèi)半徑620 96176。 135 130 620 100176。 131 126600 96176。 135 600 100176。 131 580 96176。 135 580 100176。 131 560 96176。 135 560 100176。 131 540 96176。 135 540 100176。 131 方案一532 96176。 135 113方案二532 100176。 131 109620 104176。 127 122 620 110176。 122 117600 104176。 127 600 110176。 122 580 104176。 127 580 110176。 122 560 104176。 127 560 110176。 122 540 104176。 127 540 110176。 122 方案三532 104176。 127 105方案四532 110176。 122 100注 = ， = (L=200)uR2sin?LduRT 拱圈的平面布置拱壩平面布置的方法及步驟如下：⑴ 定出壩址，可利用基巖面等高線地形圖，這個工作前面已經(jīng)作完。⑵ 定出拱壩的對稱中心線，該中心線即為頂拱外弧對應(yīng)弦的垂直平分線。做法：將頂拱外?。ü皦屋S線）和它的垂直平分線繪制在透明紙上，在地形圖上移動調(diào)整位置，使拱軸線與等高線在拱端處的夾角不小于 30176。~35176。，并使兩端夾角大致接近（其余各層拱圈也要求左右半中心角之差小于 2176。，且注意使拱軸的垂直平分線與河谷中心線大致重合。 ）⑶ 根據(jù)頂拱的厚度可以繪制出內(nèi)弧。畢業(yè)設(shè)計（論文） 15⑷ 其他拱圈的布置方法。做法：在頂拱弦長線的中點上量取各圈的弦長（ = , = , = , = , = 。 ） ，并于頂拱2Lm34Lm5L6m外弧交于一點，然后確定一點，量取各圈外半徑的長度，畫圓于頂拱垂直平分線交于一點則就確定了該層拱圈的圓心，再根據(jù)各圈的外、內(nèi)半徑畫出來該外弧和內(nèi)弧。⑸ 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。⑹ 根據(jù)以上布置的尺寸，計算壩體工程量，以做出不同方案比較的依據(jù)。由于拱壩應(yīng)力計算程序在進行計算的同時，也算出了壩體工程量。因此，這一步驟也可由計算機自動完成。上面四個方案的平面布置圖如附圖Ⅰ~Ⅴ所示。其中每個圖對應(yīng)一個方案。從輪廓線以及工程量判斷，得出其中較優(yōu)秀的方案。畢業(yè)設(shè)計（論文） 1642 方案四 平面布置圖畢業(yè)設(shè)計（論文） 175 拱壩應(yīng)力計算和內(nèi)力計算 荷載和荷載組合 荷載 基本荷載主要有：靜水壓力，泥沙壓力，浪壓力，自重，水重，揚壓力和溫度荷載。 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。在基本組合中，靜水壓力，泥沙壓力，浪壓力在拱梁分載法中由拱梁共同承擔(dān)。⑴ 自重：對于分塊澆注的混凝土壩，自重全部由懸臂梁承擔(dān)，并不影響水平徑向荷載的分配，單獨計算自重應(yīng)力。⑵ 水重：一般假定有梁承擔(dān)，通過梁的變化考慮對拱的影響。⑶ 揚壓力：對中厚拱壩和厚拱壩應(yīng)記入揚壓力作用，對薄拱壩可不計。當(dāng)揚壓力對拱座及壩基巖體穩(wěn)定影響較大時，必須計入其作用。⑷ 溫度荷載：包括沿截面厚度的平均溫度變化 ，等效線性溫差 ，非線性溫差mtdt。一般情況下 不考慮。對于一般中小型工程 也可不考慮。在本設(shè)計中只考慮 。ntnt d mt荷載的具體計算方法見應(yīng)力計算過程中的公式一欄。 荷載的組合 基本組合⑴ 水庫正常蓄水位+設(shè)計正常溫降情況 計算荷載有：自重，揚壓力，泥沙壓力，水壓力，溫降荷載。這種情況為壩體應(yīng)力控制條件。⑵ 水庫運行最低水位（死水位）+設(shè)計正常溫升情況 計算荷載有：自重，揚壓力，泥沙壓力，水壓力和相應(yīng)的設(shè)計正常溫升時的溫度荷載。這種情況為壩肩穩(wěn)定控制條件。 特殊組合⑴ 非常泄洪：校核洪水位+設(shè)計正常溫升情況 計算荷載有：自重，靜水壓力，泥沙壓力和設(shè)計正常溫升的溫度荷載。這種情況為壩肩穩(wěn)定的控制條件。⑵ 基本組合⑴+地震荷載由于時間關(guān)系，省略浪壓力和地震荷載。只計算基本組合⑴和特殊組合⑴。 應(yīng)力計算方法（拱冠梁法）畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 拱冠梁法的基本原理 拱冠梁法是一種簡化了的拱梁分載法，就是沿高程將壩體分成 5~7 層，在每層內(nèi)取 1 米高度的水平拱圈，以及取中面寬度為 1 米的拱冠梁作為計算單元。根據(jù)兩者交點處的徑向變位一致條件建立荷載分配方程組，求解拱梁中的徑向荷載分配比例，并假定荷載沿拱圈均勻分布。以一根在拱冠的懸臂梁分配到的荷載代表全部懸臂梁的受力情況，各拱圈分布到的荷載仍為徑向荷載，且從拱冠到拱圈均勻分布，采用分段施工時，則自重已由梁在封拱前單獨承擔(dān)，通過拱圈變位考慮對梁的影響，在進行拱梁分載后計算應(yīng)力時，自重、水沙重、揚壓力等全部由梁承擔(dān)。 拱冠梁法的主要步驟⑴ 選定若干拱圈（ 5~7 圈） ，分別計算各拱圈以及拱冠梁與各拱圈交點在單位徑向荷載作用下的變位，這些變位即為變位系數(shù)。⑵ 根據(jù)各個交點拱梁徑向變位協(xié)調(diào)的關(guān)系以及各點拱梁荷載之和應(yīng)等于總荷載強度的要求建立變位協(xié)調(diào)方程組。⑶ 將上述方程組聯(lián)立求解，可以得到各點的拱梁荷載分配。⑷ 根據(jù)求出的荷載分配值分別計算拱冠梁與各拱圈的內(nèi)力和應(yīng)力。拱冠梁法按其荷載分配的計算方法不同可分為試載法和解聯(lián)立方程法兩種。 應(yīng)力和內(nèi)力計算過程計算方法：利用 Excel 解聯(lián)立方程法。下面只打出所選方案的設(shè)計水位+溫降的應(yīng)力和校核水位+溫升的拱端的內(nèi)力。 計算拱冠梁在垂直力等作用下產(chǎn)生的徑向變位wi?⑴ 拱冠梁的截面常數(shù)、梁自重及其彎矩、水重及其彎矩、淤沙重及其彎矩、揚壓力及其彎矩等項目的計算，詳見表 51。參數(shù)意義如圖 51 所示。參數(shù)圖如圖 52所示。畢業(yè)設(shè)計（論文） 19重