【正文】 與 處的上下游偏距來求三點(diǎn)定圓方程。為便于分析比較，取數(shù)據(jù)的位置和美國墾務(wù)局方案一樣。數(shù)據(jù)如表 43 所示：表 43 任德林方案的數(shù)據(jù)表高程 上游偏距 上游坐標(biāo) 下游偏距 下游坐標(biāo)壩頂 0 （0，0） （，0） (，) (,)壩底 (,88) (,88)從表 41 以及表 43 中的坐標(biāo)可以看出來，美國墾務(wù)局的方案求的拱冠梁較瘦，應(yīng)力條件好，倒懸度高。任德林方案較胖，適合砌石壩設(shè)計(jì)，應(yīng)力條件差，倒懸度小。為了滿足倒懸度小而應(yīng)力條件又不至于太差，采用折中方案。在 ，壩底處，上H下游面的坐標(biāo)都采用兩者的平均值，故求的坐標(biāo)如表 44 所示。表 44 折中方案的三點(diǎn)定圓數(shù)據(jù)表高程 上游偏距 上游坐標(biāo) 下游偏距 下游坐標(biāo)壩頂 0 （0，0） （ ，0） (，) (,)壩底 (,88) (,88)畢業(yè)設(shè)計(jì)16xyH 把折中方案的上下游坐標(biāo)代進(jìn)圓的方程 得：22)()(Rbyax???上游面： 222()(4.)abR????????????所以上游面的圓方程為： 。2()(.)xy??下游面： 22()148..3()abR236。239。+=237。239。238。 =239。237。239。238。所以下游面圓的方程為： 。222167.(.6)8xy???由 ， ，H 以及上下游面的圓弧方程可繪制出拱冠梁剖面圖。 BTc從拱冠梁剖面上可量得： = ， = ， = ，1Tm23Tm= ， = ， =22 。4m56方案三：上游面定為二次拋物線 ，把他得到的曲面與折中方案的cbyax??比較，簡圖如圖 43 所示當(dāng) 時(shí)， =0 Hy1??dxy當(dāng) 時(shí)， 2BT當(dāng) 時(shí)， 0?yx1?=， 在 ~ 之間取值，1?2本設(shè)計(jì)取 =。 則可求的 圖 43 拋物線方案簡圖??????則上游面拋物線方程為： ???把該方案上游面和這種方案的上游面曲線比較，可得折中方案是比較合理的，起主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，如表 45 所示。表 45 倒懸度比較表畢業(yè)設(shè)計(jì)17折中方案 拋物線方案高程上游偏距 倒懸度 上游偏距 倒懸度壩頂 0 0小 大 壩底 小11大⑴ 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(fèi)。⑵ 拋物線方案局部倒懸度大，應(yīng)力條件差。⑶ 折中方案為圓弧曲面比拱壩施工簡單。從上面比較可以看出，這種方案是比較合理的。 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)。 假定 ⑴ 前面各拱圈拱端之間的距離在這里仍然適用。⑵沿用前面的 6 拱 5 不等段法，各高程處的拱厚為 = 米， = 米，1T2= 米， = 米， = 米， =22 米3T4TT6T 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，應(yīng)A?2力條件越好。若按與工程實(shí)際更為接近的兩端固端拱計(jì)算，當(dāng)中心角 ?120176。時(shí)，A2畢業(yè)設(shè)計(jì)18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(jì)中，頂拱圈的中心角多為 75176。~110176。之間，底拱中心角一般取 50176。~80176。 拱壩的最大應(yīng)力常出現(xiàn)在壩高的 拱圈處。 。213本設(shè)計(jì)根據(jù)以上情況及地質(zhì)地形資料，定底拱中心角=頂拱中心角=80176。拱圈內(nèi)外半徑如表 46 所示表 46 中心角選取和內(nèi)外半徑計(jì)算表高程 ?620 600 580 560 540 532拱圈厚 T5．0 22初擬中心角 ?80176。 80176。 80176。 80176。 80176。 80176。外半徑 131．0 109．9 84．2 55．7 內(nèi)半徑 119．3 93．6 64．7 34．2 31．28注： = ， = u2sin?LduRT現(xiàn)把四個(gè)方案各拱圈各層中心角和半徑列表如表 47 所示。表 47 五個(gè)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 80176。 147．79 142．99 620 75176。 600 80176。 131．0 119．2 600 75176。 138．1 126．42580 80176。 109．9 93．7 580 75176。 115．3 98．97560 80176。 64．9 560 75176。 88．7 69．16540 80176。 55．7 33．9 540 75176。 58．4 36．86方案一532 80176。 53．28 31．28方案二532 75176。 56．262 34．262620 85176。 620 90176。 13508方案 600 85176。 124．1 112．42方案 600 90176。 134．35 畢業(yè)設(shè)計(jì)19580 85176。 103．8 87．47 580 90176。 560 85176。 79．3 560 90176。 540 85176。 51．4 29．86 540 90176。 三532 85176。 50．696 28．696四532 90176。 620 80176。 600 80176。 580 80176。 560 80176。 540 80176。 34方案五532 80176。 53．28 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(gè)工作前面已經(jīng)作完。⑵ 定出拱壩的對(duì)稱中心線，該中心線即為頂拱外弧對(duì)應(yīng)弦的垂直平分線。做法：將頂拱外弧（拱壩軸線）和它的垂直平分線繪制在透明紙上，在地形圖上移動(dòng)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（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。⑷ 其他拱圈的布置方法。做法：在頂拱的垂直平分線上量取該處的偏距（ =1012T， = ， = ， = ， = 。 ） ，然后確定一點(diǎn)，再從該處m13T14m15T16m往回量取外半徑的長度，則就確定了該層拱圈的圓心，再根據(jù)中心角繪制出來該外弧和內(nèi)弧。⑸ 懸臂梁截片檢查，由于該拱壩對(duì)稱性較好，在左不拱切取三個(gè)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(jì)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(jì)算程序在進(jìn)行計(jì)算的同時(shí)，也算出了壩體工程量。因此，這一步驟也可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。上面五個(gè)方案的平面布置圖如附圖所示。其中每個(gè)圖對(duì)應(yīng)一個(gè)方案。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。畢業(yè)設(shè)計(jì)20 5 拱壩應(yīng)力計(jì)算和內(nèi)力計(jì)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(yáng)壓力和溫度荷載。特殊荷載主要有：地震荷載，包括動(dòng)水壓力和地震慣性力，地震動(dòng)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。⑵自重：對(duì)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(dú)計(jì)算自重應(yīng)力。⑶水重：一般假定有梁承擔(dān)，通過梁的變化考慮對(duì)拱的影響。⑶揚(yáng)壓力：對(duì)中厚拱壩和厚拱壩應(yīng)記入揚(yáng)壓力作用，對(duì)薄拱壩可不計(jì)。當(dāng)揚(yáng)壓力對(duì)拱座及壩基巖體穩(wěn)定影響較大時(shí)，必須計(jì)入其作用。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 。mtdtnt一般情況下 不考慮。對(duì)于一般中小型工程 也可不考慮。在本設(shè)計(jì)中只考慮 。nt d m荷載的具體計(jì)算方法見應(yīng)力計(jì)算過程中的公式一欄。地震荷載：拱壩的地震荷載主要包括地震慣性力、地震動(dòng)水壓力和地震動(dòng)土壓力。地震時(shí)，震波可能來自任何方向，但對(duì)拱壩影響而言，以水平方向的地震力為最大，其中又以順河流方向和垂直河流方向的地震力最為主要。 荷載的組合 基本組合⑴ 水庫正常蓄水位+設(shè)計(jì)正常溫降情況計(jì)算荷載有：自重，揚(yáng)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(yùn)行最低水位（死水位）+設(shè)計(jì)正常溫升情況計(jì)算荷載有：自重，揚(yáng)壓力，泥沙壓力，水壓力和相應(yīng)的設(shè)計(jì)正常溫升時(shí)的溫度畢業(yè)設(shè)計(jì)21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(jì)正常溫升情況計(jì)算荷載有：自重，靜水壓力，泥沙壓力和設(shè)計(jì)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(shí)間關(guān)系，省略浪壓力和地震荷載。只計(jì)算基本組合⑴和特殊組合⑴。 應(yīng)力計(jì)算方法（拱冠梁法） 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(jì)算單元。根據(jù)兩者交點(diǎn)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(shí)，則自重已由梁在封拱前單獨(dú)承擔(dān)，通過拱圈變位考慮對(duì)梁的影響，在進(jìn)行拱梁分載后計(jì)算應(yīng)力時(shí)，自重、水沙重、揚(yáng)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(jì)算各拱圈以及拱冠梁與各拱圈交點(diǎn)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(gè)交點(diǎn)拱梁徑向變位協(xié)調(diào)的關(guān)系以及各點(diǎn)拱梁荷載之和應(yīng)等于總荷載強(qiáng)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(diǎn)的拱梁荷載分配。⑷ 根據(jù)求出的荷載分配值分別計(jì)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(jì)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(jì)算過程計(jì)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(jì)水位+溫降的應(yīng)力和校核水位+溫升的拱端的內(nèi)力。畢業(yè)設(shè)計(jì)22 計(jì)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(yáng)壓力及其彎矩等項(xiàng)目的計(jì)算，詳見表 51。參數(shù)意義如圖 51 所示。⑵ 的計(jì)算表詳見表 52。wi?畢業(yè)設(shè)計(jì)23重 心上 核 點(diǎn) 形 心 中 心 下 游 水 位上 游 水 位 TKduab39。ge1hd下Dhu上下 a39。gTdD中 心形 心上 核 點(diǎn) ebh1udDSdSURr形 心 s=圖 51 拱冠梁參數(shù)意義示意圖畢業(yè)設(shè)計(jì)24截 面分類 名稱及算式 1 2 3 4 5 6計(jì)算高程 ?620 600 580 560 540 532拱厚 22外半徑 131．0 109．9 84．2 55．7 53．28外半徑 d 119．3 93．6 64．9 33．9 31．28平均半徑 r=（ + ）/ 125．1 101．75 44．95 42．28rT/ 中線弧長 S?1 1 1 1 1 1外弧長 rRuu? 內(nèi)弧長 Sdd? 梁截面面積 TA??4．8 22梁截面慣性矩 SrI????????21312)( 887．33形心偏心距 rTe21? 形心至上游面的距離 12eau? 11形心至下游面的距離 1eTd?? 115不拱 冠梁截面常數(shù)上核點(diǎn)至上游面的距離 rTuK62 畢業(yè)設(shè)計(jì)25表 51 垂直力的求解表表 51 垂直力的求解表截 面分類 名稱及算式 1 2 3 4 5 6下核點(diǎn)至下游面的距離 rTdK??62 形心至上核點(diǎn)的距離 )(uuae 分段高度 h?20 20 20 20 8分塊上游面水平投影 uT10 4．9 分塊頂?shù)仔涡牡乃骄嚯x 下上 uugaa?? 拱 冠梁截面常數(shù)分塊重心至分塊底形心水平距 ）（ 下上 下上 Tg?3)2(39。 分塊平均截面積 ）（ 下上 A?? 14 分塊重 mshW??3960 6720 8592 9840 4176分塊重對(duì)塊底形心的彎矩 39。39。 gssaM??11539 800 分塊累計(jì)彎矩 39。39。 ss??0 11539 20228 19398 5514 累計(jì)重量 ssW?0 3960 10680 19272 29112 332228塊頂自重對(duì)塊底形心的彎矩 下上 gsaM?0 0 10797 2050 55284 65589累計(jì)彎矩 ss??0 0 110796