褒河水庫(kù)單曲拱壩設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

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1、 1 目 錄 0 緒論 .1 1 概述 .2 2 已知資料 .3 2.1 流域概況 .3 2.2 水文氣象資料 .3 2.3 工程地質(zhì)資料 .3 2.4 工程規(guī)劃 .3 2.5 工程材料設(shè)計(jì)指標(biāo) .4 2.6 施工、天然建材、交通情況 .4 3 樞紐布置 .5 3.1 壩型的選擇 .5 3.1.1 土石壩.5 3.1.2 支墩壩.5 3.1.3 重力壩和拱壩.5 3.2 樞紐布置方案的選擇 .6 3.2.1 壩軸線(xiàn)的選擇.6 3.2.2 引水隧洞的布置.7 3.2.3 東、西干渠渠首布置.7 3.2.4 泄洪方案的選擇.7 3.2.4.1 壩頂泄流.8 3.2.4.2 壩面泄流.8 3.2.4

2、.3 滑雪道式泄流道.8 3.2.4.4 壩身開(kāi)孔泄洪.8 4 拱壩設(shè)計(jì).10 4.1 拱壩體型設(shè)計(jì) .10 4.1.1 基本原則.10 4.1.2 拱壩基本尺寸的擬定.10 4.1.2.1 拱壩分層.10 4.1.2.2 壩頂厚度 cT.10 4.1.2.3 壩底厚度 B.11 4.1.3 拱冠梁剖面設(shè)計(jì).12 4.1.3.1 基本原則.12 4.2 拱壩的平面布置 .13 4.2.1 基本原則及假定.13 4.2.1.1 基本原則.13 4.2.2 拱圈中心角的確定.13 2 4.2.3 拱圈的平面布置.14 5 拱壩應(yīng)力計(jì)算和內(nèi)力計(jì)算 .16 5.1 荷載和荷載組合 .16 5.1.1

3、荷載.16 5.1.2 荷載的組合.16 5.1.2.1 基本組合.16 5.1.2.2 特殊組合.16 5.2 應(yīng)力計(jì)算方法（拱冠梁法） .16 5.2.1 拱冠梁法的基本原理.16 5.2.2 拱冠梁法的主要步驟.17 5.3 應(yīng)力和內(nèi)力計(jì)算過(guò)程 .17 5.3.1 計(jì)算拱冠梁在垂直力等作用下產(chǎn)生的徑向變位 wi .17 5.3.2 計(jì)算拱冠梁?jiǎn)挝蝗切螐较蜃饔孟聫较蜃兾幌禂?shù) ija.27 5.3.3 拱冠梁徑向變位 i、 iC的求解 .34 5.3.4 拱梁分荷值的求解.35 5.3.5 拱冠梁應(yīng)力計(jì)算.36 5.3.6 拱圈應(yīng)力計(jì)算.38 5.4 其他方案的計(jì)算 .38 5.5 方案計(jì)

4、算結(jié)果和分析 .38 6 壩肩穩(wěn)定計(jì)算 .40 6.1 穩(wěn)定分析 .40 6.2 穩(wěn)定計(jì)算 .41 6.2.1 當(dāng)不考慮凝聚力 c時(shí).42 6.2.2 考慮凝聚力 c時(shí).43 6.3 計(jì)算成果和分析 .44 7 壩身孔口的設(shè)計(jì) .46 7.1 中孔的設(shè)計(jì) .46 7.2 底孔的設(shè)計(jì) .46 7.2.1 孔口的形狀和尺寸（體形設(shè)計(jì)）.46 7.2.1.1 進(jìn)口控制段.46 7.2.1.2 洞身段.47 7.2.1.3 出口控制段.47 7.2.2 底孔的應(yīng)力計(jì)算.47 7.2.2.l 作用于孔口的荷載.47 7.2.1.2 應(yīng)力計(jì)算.47 7.2.3 底孔的配筋計(jì)算.49 8 拱壩的構(gòu)造及結(jié)構(gòu)

5、.51 3 8.1 壩頂 .51 8.2 廊道與壩體排水 .51 8.3 壩體臨時(shí)收縮縫 .51 8.4 壩體內(nèi)廊道及交通 .52 9 拱壩的地基處理 .53 9.1 壩基開(kāi)挖 .53 9.2 拱端開(kāi)挖 .53 9.3 固結(jié)灌漿和接觸灌漿 .53 9.4 防滲帷幕 .53 9.5 壩基排水 .54 10 結(jié)論 .55 附錄及參考文獻(xiàn) .56 謝 辭 .57 1 0 緒論 本次設(shè)計(jì)為畢業(yè)設(shè)計(jì)，是對(duì)大學(xué)五年來(lái)所學(xué)知識(shí)的一次綜合性的總結(jié)概括；是考 察學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)踐能力的一次演練；是為學(xué)生走向工作崗位打下一定基礎(chǔ)的關(guān)鍵 一步；是學(xué)生走向社會(huì)工作的第一步；是了解自我，自我定位的好機(jī)會(huì)。本次設(shè)計(jì)的 主

6、要目的是讓學(xué)生們體會(huì)在工作實(shí)踐中所必須具備的精神，了解工程設(shè)計(jì)的過(guò)程程序， 鍛煉學(xué)生們的實(shí)踐能力，為走向工作崗位打下一定基礎(chǔ)。本設(shè)計(jì)主要是混凝土拱壩設(shè) 計(jì)方面的問(wèn)題，要求設(shè)計(jì)成果合理，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家規(guī)范要求。 拱壩是固接于基巖的空間殼體結(jié)構(gòu)，因在平面上呈凸向上游的拱形而得名，其拱 冠剖面呈豎直的或向上游凸出的曲線(xiàn)形。據(jù)現(xiàn)有資料，最早的圓筒面圬工拱壩可追溯 到羅馬帝國(guó)時(shí)代。到 20 世紀(jì)，美國(guó)開(kāi)始修建較高的拱壩。并于 1936 年建成了高 221 米的胡佛重力拱壩。1939 年意大利建成了高 75 米，設(shè)有墊座及周邊縫的奧西 列塔薄拱壩，對(duì)雙曲拱壩建設(shè)起到了很大的推動(dòng)作用。目前世界上最高的是格

7、魯及亞 的英古里拱壩，最大壩高 272 米，T/H=0.19 。 中華人民共和國(guó)成立后，水利事業(yè)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，取得了舉世矚目的成就。繼 葛洲壩水利樞紐建成后，三峽水利樞紐的開(kāi)工、南水北調(diào)工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)等壯舉進(jìn)一 步展示出人民水利蓬勃發(fā)展的強(qiáng)勁勢(shì)頭。目前，我國(guó)在水利工程規(guī)模、水利人才素質(zhì) 以及水利科技水平等方面已達(dá)到世界前列。中國(guó)的拱壩歷史：我國(guó)在拱壩建設(shè)取得了很 大的進(jìn)展。截止到 1988 年底的不完全統(tǒng)計(jì)，已建成 15 米壩高以上的各類(lèi)拱壩已達(dá) 800 座，約占全世界已建拱壩總數(shù) 1/4 強(qiáng)。中國(guó)之最：最高的拱壩臺(tái)灣省德基雙 曲拱壩，高 181 米， T/H=0.112 ；最高的砌石拱壩河

8、南省群英重力拱壩，高 100.5 米；最薄的砌石拱壩浙江省方坑雙曲拱壩，高 76 米，T/H 0.147 。 本設(shè)計(jì)主要是讓同學(xué)們了解工程設(shè)計(jì)的過(guò)程程序，知道工程實(shí)踐中所牽涉的工作 環(huán)節(jié)，應(yīng)注意的關(guān)鍵問(wèn)題，為以后走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)；同時(shí)鍛煉同學(xué)們的 實(shí)踐動(dòng)手能力和操作能力，改變思維方法，提高工作效率。 2 1 概述 褒河水庫(kù)位于陜西省漢中平原褒河下游。褒河規(guī)劃作五級(jí)開(kāi)發(fā)，其中樞紐在最下游。 漢中地區(qū)氣候溫和、濕潤(rùn)，土地開(kāi)闊肥沃，是著名的糧倉(cāng)，現(xiàn)有漢惠渠、褒惠渠 等渠道，均系無(wú)壩引水，故灌溉保證率低；本地區(qū)又屬三線(xiàn)，近年來(lái)大量工礦企業(yè)紛 紛建立，電力負(fù)荷急劇增長(zhǎng)，故在本地區(qū)修建褒河等一批

9、水利樞紐，開(kāi)發(fā)水力資源， 對(duì)于促進(jìn)工農(nóng)業(yè)發(fā)展都有著重要意義。 根據(jù)規(guī)模、效益，參照相關(guān)規(guī)范將褒河水庫(kù)定為三級(jí)，建筑物級(jí)別：主要建筑物 為三等，次要建筑物為四等，臨時(shí)建筑物為五等。 褒河水利樞紐主要任務(wù)為灌溉、發(fā)電，其次為防洪。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。 褒河水利樞紐對(duì)于漢中地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起著相當(dāng)重要的作用。 3 2 已知資料 2.1 流域概況 褒河屬于山溪性河流，發(fā)源于秦嶺南麓玉皇山及太白山，匯入漢江，整個(gè)流域面 積上寬下窄呈漏斗狀。流域內(nèi)植被尚好，水土流失不嚴(yán)重。 褒河水利樞紐控制流域面積 3 861平方公里，擬裝機(jī) 4.12萬(wàn)千瓦

10、，年發(fā)電量 1.42 億度，可將原灌區(qū) 19.5萬(wàn)畝農(nóng)田灌溉保證率由 50%提高到 73.8%，并擴(kuò)澆 32萬(wàn)畝耕地。 褒河庫(kù)區(qū)壩址為“U”形河谷，水面寬 40 ，水深 27 ，河床砂礫石 28 ，mm 壩址兩岸山坡陡峭，590 高程以上強(qiáng)風(fēng)化巖石厚度為 5 ，以下為 35 ，河床m 24 。迴水 17 ，面積 3.2 ，壩址附近平均水面寬度 300 。mk2k 2.2 水文氣象資料 褒河水庫(kù)壩址下游三公里河?xùn)|店站水文有 19351970 共 36年資料。 該地區(qū)多年平均降雨量為 905.6 ，其中 69 月雨量約占全年 75%。多年平m 均徑流量 138億立米，多年平均流量 43.6 。s/

11、3 多年平均輸沙率為 4.7 ，多年平均輸沙量為 148萬(wàn)噸。skg/ 多年平均氣溫 14.4，絕對(duì)最高氣溫 44，絕對(duì)最低氣溫 13.4；絕對(duì)最高 水溫 33.3，絕對(duì)最低水溫 0。 2.3 工程地質(zhì)資料 褒河庫(kù)區(qū)在褒河峽谷出口段，大地構(gòu)造上位于南秦嶺褶皺帶中斷南緣，庫(kù)區(qū)出露 地層為石炭系，三迭系前海相沉積物經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用而成的變質(zhì)巖，三迭系巖層為片 巖、片麻巖，并夾有大理巖、白云巖，分布于將軍鋪至青橋鋪一帶，石炭系巖層為片 巖及大理巖分布于壩區(qū)附近。第四紀(jì)松散堆積物為砂質(zhì)粘土沖擊礫石，區(qū)內(nèi)無(wú)大斷裂。 經(jīng)科學(xué)院西北地質(zhì)大隊(duì)判定該地區(qū)地震烈度為 7度。 庫(kù)區(qū)內(nèi)雖有大理巖等露頭，但兩岸山勢(shì)雄厚，

12、水平方向溶洞發(fā)育不深，壩址處基 巖透水性弱，單位吸水量小于 0.01升/秒，故不存在滲漏問(wèn)題。庫(kù)區(qū)內(nèi)岸坡地段基巖 裸露，不會(huì)產(chǎn)生塌岸。 2.4 工程規(guī)劃 根據(jù)梯級(jí)水庫(kù)運(yùn)用規(guī)劃，褒河正常高水位定為 618米，相應(yīng)庫(kù)容 1.05億立米。 死水位 595 。死庫(kù)容 0.443億立米。m 4 該水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水 =4290 ，校核洪水位 =5590 ?？赡茏畲蠛樗髁吭O(shè)Qsm/3校Qsm/3 10000 。sm/3 河床最低高程 535 ，基巖高程 532 。 三十年淤積高程 565 。 下游水位：設(shè)計(jì)洪水位：548.75 ，校核洪水位：550.05 電站進(jìn)口高程 567 ，最大引水流量 68.1 。sm

13、/3 東干渠進(jìn)口高程 588.5 ，引用流量 30 ，灌溉 27萬(wàn)畝農(nóng)田。西干渠進(jìn)口高m 程 592 ，引用流量 6 ，灌溉 5萬(wàn)畝農(nóng)田。ms/3 淤沙浮容重 7.5 ，水下摩擦角 10。kN 2.5 工程材料設(shè)計(jì)指標(biāo) 壩址區(qū)巖石容重模量 26.5 ，彈性模量 16 ，泊桑比 0.2，摩擦系數(shù)3/mkGPa 0.6。 混凝土容重 24 ，彈模 16 ，線(xiàn)膨脹系數(shù) 0.00001，泊松比 0.2。3/kNPa 2.6 施工、天然建材、交通情況 施工、交通情況。峽口地勢(shì)開(kāi)闊，有公路可通寶成鐵路線(xiàn)上略陽(yáng)。壩址下游 20 公里聯(lián)接寶成和襄與鐵道德陽(yáng)（平關(guān)）安（康）鐵路即將建成通車(chē)。承擔(dān)褒河水利樞 紐工

14、程的水電三局擁有較強(qiáng)的技術(shù)力量和機(jī)械設(shè)備。 天然建筑材料。壩址下游 3.58.0 的中灘、紅廟等儲(chǔ)有砂礫石 116萬(wàn) 。kM3m 礫石成分主要為花崗巖、石英巖，砂子以石英、長(zhǎng)石為主，質(zhì)地較好，交通運(yùn)輸便利。 土料很少，運(yùn)距約 4 。kM 5 3 樞紐布置 3.1 壩型的選擇 經(jīng)過(guò)各方面的分析比較，擬訂修建拱壩，下面從幾方面說(shuō)明修建拱壩的優(yōu)越性。 由地質(zhì)條件及地形資料可知能在這個(gè)壩址修建土石壩，重力壩，拱壩，支墩壩?，F(xiàn)分 別比較如下： 3.1.1 土石壩 土石壩僅靠壩身自重與地基接觸而產(chǎn)生的抗滑力維持穩(wěn)定，因存在滑坡的問(wèn)題， 土石壩在各種壩型中體積最大，底寬最長(zhǎng)，工程量也較大。 壩身不能泄流，須

15、另外設(shè)置溢洪道，泄洪安全性不可靠，施工導(dǎo)流也不方便。計(jì) 算方法多采用材力法，手算占相當(dāng)大的比例，為防止?jié)B透變形須設(shè)置防滲心強(qiáng)，防滲 材料的填筑受氣候條件的影響較大。另外，最主要原因?yàn)樵摰貐^(qū)的土料較少，沒(méi)有足 夠的筑壩材料。因此該壩址不選擇修建土石壩。 3.1.2 支墩壩 支墩壩與重力壩相比，混凝土用量小，能充分利用材料的強(qiáng)度，但側(cè)向穩(wěn)定性差， 對(duì)地基的要求比重力壩更加嚴(yán)格，鋼筋用量較多，施工散熱條件好，溫控措施簡(jiǎn)易， 但模板復(fù)雜，用量大，混凝土標(biāo)號(hào)要求高，每方混凝土的代價(jià)也高。且單寬流量較大， 但容易引起壩體振動(dòng)，如果要在這里修建大壩，選擇重力壩而不選擇支墩壩，故也不 修建支墩壩?，F(xiàn)在在下面的

16、小節(jié)重點(diǎn)比較重力壩和拱壩的選擇。 3.1.3 重力壩和拱壩 兩種壩型均可滿(mǎn)足樞紐布置的總體要求，也都適合壩址的地質(zhì)及地形條件。但 是從地形圖上可知道，該河谷為上寬下窄的喇叭形河口谷，修建拱壩更有優(yōu)勢(shì)，同時(shí) 拱壩方量比重力壩的少，可節(jié)省 1/31/2的方量。 拱壩的工期比重力壩約可節(jié)約 1/4。 對(duì)大壩工程的總投資，拱壩可節(jié)約 15%左右。 重力壩重要依靠自重產(chǎn)生的抗滑力維持穩(wěn)定，無(wú)疑壩體的工程量大，壩體內(nèi)鋼 筋用量較多，未能很好的利用混凝土的抗壓強(qiáng)度。 重力壩的底寬較大，揚(yáng)壓力大，對(duì)壩身穩(wěn)定不利，壩體過(guò)大，施工期溫度應(yīng)力、 收縮應(yīng)力較大。 6 123拱壩除了有上述優(yōu)點(diǎn)外，還有自身的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：

17、具有雙向傳力的性能，由拱梁共同承擔(dān)受力。 拱是推力結(jié)構(gòu)，主要產(chǎn)生軸向壓力，有利于充分發(fā)揮材料的抗壓性能。 拱壩具有較高的超載能力和抗震能力，可達(dá)到設(shè)計(jì)荷載的 511 倍。 不設(shè)永久性伸縮逢，整體性能好。當(dāng)外荷載增大或壩體的某一部位發(fā)生局部開(kāi)裂時(shí)，壩體的梁和拱將自行調(diào)節(jié)，抗?jié)B性能好，彈性韌性好，抗震性能高。 計(jì)算方法多采用材力法和有限元法，計(jì)算繁瑣，但計(jì)算機(jī)和計(jì)算程序的普及與推廣已大大的解決這一難題。 可壩身泄水。雖然拱壩的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但綜合比較后，選擇拱壩為設(shè)計(jì)壩型。由于該地的巖石均為一些片巖等整體性能不太好的巖石，又該處砌石料難找，而在該處交通發(fā)達(dá)，壩址下游 3.58.0公里處有足夠的沙礫石，

18、能充分提供筑混凝土壩的骨料，故在該處修建混凝土拱壩。3.2 樞紐布置方案的選擇3.2.1 壩軸線(xiàn)的選擇從地形圖可確定三種修建拱壩的壩址。現(xiàn)分析比較選擇中間合理的方案。由于在兩岸處都有一個(gè)凸出的山包， 而總體河流彎道為順時(shí)（ ） 。圖 3-1中 2處處于山包中間位置，該處不僅施工面狹窄開(kāi)挖量大，最主要的原因不利于壩端的抗滑穩(wěn)定。 圖 3-1中 3處的位置 離兩山包較遠(yuǎn)，未能充分利用山包 的抗滑能力。 該處軸線(xiàn)較長(zhǎng)，工程量大，造成 浪費(fèi)。 對(duì)于梯級(jí)開(kāi)發(fā)電站，造成了庫(kù)容 圖 3-1 壩址選擇地形圖 的浪費(fèi)。 在整體布置中，不利于隧洞的洞線(xiàn)布置，增加了洞線(xiàn)的長(zhǎng)度，從而增加了工程 量，增加了工期，造成浪

19、費(fèi)。 圖 3-1中 1的位置 充分利用了抗滑作用，且壩軸線(xiàn)不長(zhǎng)。 軸線(xiàn)與地形線(xiàn)垂直，能充分起抗滑作用。 7 有利于整體樞紐的布置。 綜合以上幾點(diǎn)，故選擇在 1處修建拱壩。 3.2.2 引水隧洞的布置 由于修建的是拱壩，而拱壩有一個(gè)突出的特點(diǎn)是不能分期修建，只能采用全斷面 截流后修筑。故必須在兩岸山體中開(kāi)挖隧洞作為施工導(dǎo)流和引水之用。 隧洞可布置在兩岸山體中。由于該河道為順時(shí)針彎曲的彎道河流，左岸為凹岸， 如果在左岸開(kāi)鑿隧洞，其洞線(xiàn)很長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)。且繞了幾個(gè)大彎，不滿(mǎn)足快速泄流和引 水的條件。 而右岸為凸岸，引水隧洞短而直，泄水迅速，經(jīng)濟(jì)合理，故擬在右岸修建隧洞。 引水隧洞為前期施工導(dǎo)流隧洞，為了

20、充分利用該導(dǎo)流隧洞，把該隧洞做成電站的 引水隧洞。為便于電站進(jìn)水口與下游電站廠(chǎng)房的布置和水流條件，隧洞的進(jìn)出口不能 太過(guò)靠近大壩，進(jìn)口距大壩 200 左右，出口距大壩 300 左右，在距大壩 50 左右mmm 的地方修建電站引水口，利用彎道和導(dǎo)流隧洞連接。水庫(kù)開(kāi)始蓄水前，電站進(jìn)水口與 隧洞連接的前部用混凝土塞子封堵。由于時(shí)間關(guān)系，引水隧洞不進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，采用 原設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，進(jìn)口高程為 544.0 ，電站引水口的進(jìn)口高程為 567.0 。隧洞直徑 采用經(jīng)驗(yàn)值，取為 7 。在隧洞的出口電站前面修建一個(gè)直徑為 10 的壓力前池。 3.2.3 東、西干渠渠首布置 東干渠引水口高程 588.5 ，引用流

21、量為 30 ，河流為東南走向，布置在河流msm/3 的左岸每一位置。根據(jù)壩軸線(xiàn)和地形地質(zhì)條件，擬利用引水渠引水到壩端，再以引水 道引水到下游東干渠渠首。 西干渠引水口高程 592.0 ，引用流量為 6 ，根據(jù)地形地質(zhì)條件及、引水隧s/3 洞及廠(chǎng)房的位置，西干渠渠首布置在壩端右岸下游 100 處，引水隧洞右側(cè)，為了不 影響電站進(jìn)水口的布置，故把西干渠的引水道進(jìn)口修建在壩體上面。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。為滿(mǎn)足水流運(yùn)行條件以 及引水方便，渠首引水道在壩身處直線(xiàn)引水到壩后利用彎道至西干渠渠首。 在本次設(shè)計(jì)中，隧洞、電站廠(chǎng)房、引水道都未進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)圖

22、紙上為一 個(gè)大體形象，多數(shù)引用了原設(shè)計(jì)。 3.2.4 泄洪方案的選擇 褒河水利樞紐的主要的任務(wù)是灌溉，其次是發(fā)電、防洪。而泄洪建筑物的布置是 拱壩設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，拱壩泄洪分壩外泄洪與壩體泄洪兩種。但拱壩多修建在峽谷河段上， 一般無(wú)合適的埡口可供利用，因此多數(shù)情況下采用壩體泄洪。而壩體泄洪有壩頂泄流、 壩面泄流、滑雪道式和壩身泄水孔等幾種，現(xiàn)對(duì)他們進(jìn)行分析比較。 8 3.2.4.1 壩頂泄流 壩頂泄流是指洪水經(jīng)過(guò)壩頂自由跌落或經(jīng)外懸臂挑坎往下游挑落的過(guò)流形式, 優(yōu) 點(diǎn)是： 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)施工較容易。 對(duì)壩體的應(yīng)力影響較小。 一般水頭不大，起閉設(shè)備易于檢修。 工程造價(jià)較低。 用表孔排水時(shí)還可以排漂。

23、 對(duì)于調(diào)洪庫(kù)容較小的水庫(kù)，還可以通過(guò)超標(biāo)準(zhǔn)洪水，有利于工程安全。 壩頂泄流的缺點(diǎn)是： 堰上水頭低時(shí)泄流能力小，溢流前沿較長(zhǎng)，而當(dāng)全線(xiàn)溢流時(shí)，又容易沖刷岸坡。 壩頂下泄水流的挑流速小，挑距近，容易沖刷壩腳，需對(duì)岸坡和壩腳采取一定 的保護(hù)措施。 不能適應(yīng)低水位的泄流要求，因而壩頂泄流孔口通常與底孔和隧洞配合使用。 壩頂泄流由于水舌跌落較近，入對(duì)角大。對(duì)壩基的沖刷力大，所以一般采用跌流 消力池或在下游設(shè)二道壩抬高水位，形成水墊消能。 3.2.4.2 壩面泄流 壩面泄流指水流過(guò)堰頂后繼續(xù)沿壩身下泄，最后以挑流或與下游尾水相接。與壩 頂溢流相比優(yōu)點(diǎn)之處不同在于壩面溢流的落差較大，流速較高。采用挑流形式與

24、尾水 相接時(shí)，挑距較大，對(duì)壩體安全更為有利，但壩面溢流存在水流同心集中的特點(diǎn)，水 舌寬度沿程縮窄，無(wú)疑下游要增設(shè)消能設(shè)備，加大工程量，同時(shí)由于壩面泄流的挑距 近，沖刷力大，難于滿(mǎn)足安全泄流的要求。 3.2.4.3 滑雪道式泄流道 滑雪道式泄流道，即緊接壩體之后用支墩或混凝土排架將“滑雪式”支撐起來(lái)泄 流。若將滑雪道布置在拱壩的兩側(cè)，由于拱壩有向心集中和河床狹窄的特點(diǎn)，因此水 舌能夠在空中沖擊消能。同時(shí)，滑雪式在高速水流的作用下，震動(dòng)的比較嚴(yán)重，因此 安全泄洪性不高。 3.2.4.4 壩身開(kāi)孔泄洪 9 壩身開(kāi)孔泄洪就是在壩體上一定的位置開(kāi)設(shè)孔口用來(lái)滿(mǎn)足泄洪要求。按孔口設(shè)置 的位置不同可以分為表孔

25、，中孔和深孔。壩身開(kāi)孔泄流除節(jié)省工程量，經(jīng)濟(jì)外還具有 以下的優(yōu)點(diǎn)： 泄流流量隨水位的變化關(guān)系不大。 若采用中、深孔泄流尚可結(jié)合施工導(dǎo)流或放空水庫(kù)，比單獨(dú)開(kāi)挖隧洞更經(jīng)濟(jì)。 如采用挑流消能，則一般起挑流速大，挑距遠(yuǎn)，有利于壩體安全。 如采用中，深孔泄洪，不但工程建成后可嚴(yán)格控制蓄水速率，泄洪時(shí)又可按預(yù) 報(bào)提前騰空庫(kù)容，保證安全泄洪。 壩身開(kāi)孔泄流的缺點(diǎn)是： 壩身開(kāi)孔過(guò)大或過(guò)多，不利于壩體受力，同時(shí)也會(huì)引起震動(dòng)。 閘門(mén)和起閉設(shè)備的容量一般較大，檢修較困難。 如果水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能不好，當(dāng)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，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(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)一些壩身

26、開(kāi)孔工程的模擬實(shí)驗(yàn)表明，壩身開(kāi)孔除對(duì) 孔口周?chē)木植繎?yīng)力有影響外，對(duì)整個(gè)壩體的應(yīng)力影響不大，此外，隨著閘門(mén)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(kāi)孔泄流，一般布置于河心或?qū)ΨQ(chēng)的布置于河心中央的兩側(cè)。 由以上分析并根據(jù)褒河庫(kù)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(shí)間的關(guān)系，本次設(shè)計(jì)未進(jìn)行調(diào)洪驗(yàn)算。所以中孔泄洪的形式、尺寸、 高程、數(shù)目均沿用原設(shè)計(jì)。壩頂高程也沿用原設(shè)計(jì)，確定為 620.0 。m 10 4 拱壩設(shè)計(jì) 4.1 拱壩體型設(shè)計(jì) 4.1.1 基本原則 對(duì)與 U 形河谷，拱壩頂?shù)卓缍冉咏?，剛度相差不大，因而沿水?/p>

27、增加的水壓力 需要由懸臂梁增加截面厚度承擔(dān)壩體應(yīng)力，從這個(gè)方面說(shuō)較適合單曲拱壩的修建。但 是，單曲拱壩厚度過(guò)大，應(yīng)力條件不好，造成了浪費(fèi)不經(jīng)濟(jì)。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(mǎn)足受力條件，且能充分發(fā)揮混凝土的強(qiáng)度。 另外，雙曲拱壩根據(jù)地形條件變化明顯，開(kāi)挖量比一般的單曲拱壩少。 但是，本設(shè)計(jì)要求做單曲拱壩。 從地形圖上可看出，該 U形河谷對(duì)稱(chēng)程度高，選擇圓弧拱就可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。 故本設(shè)計(jì)采用等中心角、等外半徑的等截面圓弧單曲拱壩。 由于河床最低高程 535.0 ，基巖高程為 532.0 。故以 532.0 處為壩底高mm 程，則壩高為 88.0 （ =620-53

28、2=88 ） 。 由已知資料中可知，590 高程上風(fēng)化層厚 5 ，590 高程以下為 35米，則 取 5 為開(kāi)挖深度。故在拱壩開(kāi)挖后的河谷地形等高線(xiàn)要比原地形等高線(xiàn)的相同處少 5m 高程，也就是說(shuō)，以前是 625 的高程，在開(kāi)挖后變成了 620 高程。由于壩頂高程 為 620 ，現(xiàn)在前面 3-1圖中 1處的適宜位置布置壩軸線(xiàn)，與 620 的等高線(xiàn)相交，量m 出兩交點(diǎn)的連線(xiàn)長(zhǎng) =200.0 。cLm 4.1.2 拱壩基本尺寸的擬定 4.1.2.1 拱壩分層 在拱壩的應(yīng)力計(jì)算和拱壩的平面布置的時(shí)候一般把拱分成 57層。本設(shè)計(jì)采用 6 拱圈 5不等段，從上而下每段的高度分別是 20 、20 、20

29、、20 、8 。則每截mm 面的高程分別為 620.0 、600.0 、580 、560.0 、540.0 、532.0 。這樣分段m 是為便于地形圖上開(kāi)挖后的河谷地形的繪制以及每層拱圈的拱端之間的弦長(zhǎng)的求解。 從地形圖上可得每層拱圈弦長(zhǎng)： =191.4 , =169.7 , =134.3 , =97.4 , 2L34L5 =73.6 。上面的數(shù)據(jù)只能作為初步設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，最后的各層拱圈的弦長(zhǎng)得由拱壩平6L 面布置上得到。 4.1.2.2 壩頂厚度 cT 11 選擇 時(shí)，應(yīng)該考慮工程的規(guī)模，交通和運(yùn)行要求。如無(wú)交通要求， 一般取cT cT 35 ，但至少不得小于 3 。可由下面的經(jīng)驗(yàn)公式的求 m

30、mcT =0.012( + ) （41） cHL =0.0145(2 + ) （42） aR =0.4+0.01( +3 ) （ 43） cT 式中 ： 最大壩高。 壩頂高程處，河谷開(kāi)挖后兩拱端之間的直線(xiàn)距離， 。等于L mcL 頂拱軸半徑，初估時(shí)可取 =（0.61 0.70）L。本設(shè)計(jì)取aRaR =0.65 =0.63202.0=130.0aL 由 41得 =0.012(88+200.0)=3.456cTm 由 42得 =0.0145(2130+88)=5.046 由 43得 =0.4+0.01(200.0+388)=5.04c 由于該壩上沒(méi)有交通要求，根據(jù)上面的數(shù)據(jù)取 =5.0 。cTm

31、4.1.2.3 壩底厚度 BT 求壩底厚度 的時(shí)候用下面的經(jīng)驗(yàn)公式。 任德林公式：當(dāng) =60100 ， =0.83.5 時(shí)。HmHL/ =（ 0.0382 ）H （44）BT102)(63. 美國(guó)墾務(wù)局經(jīng)驗(yàn)公式： = （45 ）B12310.2()L 朱伯芳經(jīng)驗(yàn)公式： = （ 46）BTHLKn)(1 式中 、 的意義同前。LH 為第一層拱圈的弦長(zhǎng)，等于 。1 c 12 為 0.15 處拱圈的弦長(zhǎng)，現(xiàn)取為與 同長(zhǎng)。2LHcL 為到數(shù)第二層處的拱圈弦長(zhǎng)，現(xiàn)取為與 同長(zhǎng)。1n 由 44得： =88（0.0382 ）=21.14BT0.6328()1m 由 45得： 可擬 = ，再折減。2L21 =

32、 =14.94BT81230.80() 由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)中查得 =5Mpa. 可擬 = ，再折減。Min2L21 由 46得： = =24.64B.35(20)8m 由 45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(mǎn)足條件；美國(guó)墾務(wù)局方案應(yīng)力易滿(mǎn)足 條件，但壩體肥厚，倒懸度大。參考同類(lèi)建筑和兩種方案故選擇 =22.0米。則厚BT 高比 = =0.25，屬于中厚拱壩。HT82 4.1.3 拱冠梁剖面設(shè)計(jì) 4.1.3.1 基本原則 由于時(shí)間關(guān)系本次設(shè)計(jì)將上下游面圓心線(xiàn)簡(jiǎn)化為一條直線(xiàn)，并將上游拱冠梁面定 為鉛直面。這樣當(dāng)中心角確定后可

33、計(jì)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(jì)算出各層拱圈內(nèi)外半徑。下游斜面斜率 K=0.20.本次設(shè)計(jì)采用 6拱 5不等段法，各層 拱圈尺寸見(jiàn)下圖。 13 圖 4-1 方 案 四 拱 冠 梁 剖 面 圖 4.2 拱壩的平面布置 4.2.1 基本原則及假定 4.2.1.1 基本原則 控制梁的自重拉應(yīng)力不超過(guò)允許值，一般為 0.30.5Mpa. 控制壩面倒懸度不超過(guò)允許值，整體為 0.3:1，局部在（0.20.25）:1 范圍內(nèi)。 壩體輪廓線(xiàn)應(yīng)光滑連續(xù)。 壩體與基巖的接觸線(xiàn)應(yīng)光滑連續(xù)。 4.2.2 拱圈中心角的確定 在外荷載和河谷形狀都相同的情況

34、下，拱圈中心角 越大，拱端應(yīng)力越小，A2 應(yīng)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 120時(shí)，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(guò)大的中心角將較難滿(mǎn)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 90110之間，對(duì)于壩址河谷平面上是 漏斗形，其中心角可適當(dāng)?shù)募哟蟮?110120。 本設(shè)計(jì)根據(jù)以上情況及地質(zhì)地形資料并結(jié)合設(shè)計(jì)要求，定各方案中心角為 96， 100，104，110。各方案保持拱壩在上下游面曲線(xiàn)與各拱圈的厚度不變，僅改變 半徑，布置時(shí)保證兩個(gè)半中心角之差不超過(guò) 2。

35、完成上下游面圓心線(xiàn)坐標(biāo)圖與拱壩的 平面布置圖共四個(gè)方案。拱面力求光滑，現(xiàn)把四個(gè)方案各自的中心角與各層拱圈內(nèi)外 半徑列入表 41 14 表 41 四個(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 96 135 130 620 100 131 126 600 96 135 126.14 600 100 131 122.14 580 96 135 122.27 580 100 131 118.27 560 96 135 118.41 560 100 131 114.41 540 96 135 114.55 5

36、40 100 131 110.55 方 案 一 532 96 135 113 方 案 二 532 100 131 109 620 104 127 122 620 110 122 117 600 104 127 118.14 600 110 122 113.14 580 104 127 114.27 580 110 122 109.27 560 104 127 110.41 560 110 122 105.41 540 104 127 106.55 540 110 122 101.55 方 案 三 532 104 127 105 方 案 四 532 110 122 100 注 = ， = - (

37、L=200)uR2sinLduRT 4.2.3 拱圈的平面布置 拱壩平面布置的方法及步驟如下： 定出壩址，可利用基巖面等高線(xiàn)地形圖，這個(gè)工作前面已經(jīng)作完。 定出拱壩的對(duì)稱(chēng)中心線(xiàn)，該中心線(xiàn)即為頂拱外弧對(duì)應(yīng)弦的垂直平分線(xiàn)。做法： 將頂拱外?。ü皦屋S線(xiàn)）和它的垂直平分線(xiàn)繪制在透明紙上，在地形圖上移動(dòng)調(diào)整位 置，使拱軸線(xiàn)與等高線(xiàn)在拱端處的夾角不小于 3035，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 2，且注意使拱軸的垂直平分線(xiàn)與河谷中心 線(xiàn)大致重合。 ） 根據(jù)頂拱的厚度可以繪制出內(nèi)弧。 15 其他拱圈的布置方法。做法：在頂拱弦長(zhǎng)線(xiàn)的中點(diǎn)上量取各圈的弦長(zhǎng) （ =191.4 , =

38、169.7 , =134.3 , =97.4 , =73.6 。 ） ，并于頂拱2Lm34Lm5L6m 外弧交于一點(diǎn)，然后確定一點(diǎn)，量取各圈外半徑的長(zhǎng)度，畫(huà)圓于頂拱垂直平分線(xiàn)交于 一點(diǎn)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(huà)出來(lái)該外弧和內(nèi)弧。 懸臂梁截片檢查，由于該拱壩對(duì)稱(chēng)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(mǎn)足施工要求。 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。 上面四個(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。

39、從輪廓 線(xiàn)以及工程量判斷，得出其中較優(yōu)秀的方案。 16 4-2 方案四 平面布置圖 17 5 拱壩應(yīng)力計(jì)算和內(nèi)力計(jì)算 5.1 荷載和荷載組合 5.1.1 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)。 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。 水重：一般假定有梁承擔(dān)，通過(guò)梁的變化考慮對(duì)拱的影響。 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

40、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(xiàn)性溫差 ，非線(xiàn)性溫差mtdt 。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 。ntnt d mt 荷載的具體計(jì)算方法見(jiàn)應(yīng)力計(jì)算過(guò)程中的公式一欄。 5.1.2 荷載的組合 5.1.2.1 基本組合 水庫(kù)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。 水庫(kù)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 荷載。這種情況為壩肩穩(wěn)定控制條件。 5

41、.1.2.2 特殊組合 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。 基本組合+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)算基本組合和特殊組合。 5.2 應(yīng)力計(jì)算方法（拱冠梁法） 18 5.2.1 拱冠梁法的基本原理 拱冠梁法是一種簡(jiǎn)化了的拱梁分載法，就是沿高程將壩體分成 57 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

42、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(guò)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)。 5.2.2 拱冠梁法的主要步驟 選定若干拱圈（ 57 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)。 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。 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。 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

43、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。 5.3 應(yīng)力和內(nèi)力計(jì)算過(guò)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。 5.3.1 計(jì)算拱冠梁在垂直力等作用下產(chǎn)生的徑向變位 wi 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(jiàn)表 51。參數(shù)意義如圖 51 所示。參數(shù)圖如圖 52 所示。 19 重 心上 核 點(diǎn) 形 心 中 心 下 游 水 位上 游 水 位 TKduabge1hd下Dhu上下 Tag中 心形 心上 核 點(diǎn) ebh1u-dDSdSURr形 心 s

44、=1.0ea 圖 51 拱冠梁參數(shù)意義示意圖 20 21 表 51 垂直力的求解表 截 面分 類(lèi) 名稱(chēng)及算式 1 2 3 4 5 6 計(jì)算高程 620 600 580 560 540 532 拱厚 T5 8.86 12.73 16.59 20.45 22 外半徑 uR122 122 122 122 122 122 內(nèi)半徑 d 117 113.14 109.27 105.41 101.55 100 平均半徑 r=（ + ）/2ud119.5 117.6 115.6 113.7 111.8 111rT/ 0.0418 0.0753 0.110 0.1459 0.1829 0.1981 中線(xiàn)弧長(zhǎng) S

45、1 1 1 1 1 1 外弧長(zhǎng) rRuu1.0209 1.038 1.055 1.073 1.091 1.099 內(nèi)弧長(zhǎng) Sdd0.979 0.962 0.945 0.927 0.908 0.901 梁截面面積 TA5 8.86 12.73 16.59 20.45 22 梁截面慣性矩 SrTI21312)( 10.42 57.93 171.74 379.83 710.70 884.43 形心偏心距 e210.017 0.056 0.117 0.202 0.312 0.363 形心至上游面的距離 12Tau 2.483 4.374 6.248 8.093 9.913 10.637 形心至下游面的

46、距離 1ed 2.517 4.486 6.482 8.497 10.537 11.363 拱 冠 梁 截 面 常 數(shù) 上核點(diǎn)至上游面的距離 rTuK62 1.655 2.917 4.167 5.399 6.615 7.099 22 續(xù)表 51 截 面分 類(lèi) 名稱(chēng)及算式 1 2 3 4 5 6 下核點(diǎn)至下游面的距離 rTdK62 1.678 2.991 4.323 5.668 7.031 7.584 形心至上核點(diǎn)的距離 )(uuae -0.83 -1.46 -2.08 -2.69 -3.29 -3.54 分段高度 h20 20 20 20 8 分塊上游面水平投影 uT 分塊頂?shù)仔涡牡乃骄嚯x 下

47、上 uugaa -1.89 -1.87 -1.85 -1.82 -0.72 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 Tg3)2( -0.86 -0.87 -0.88 -0.88 -0.36 分塊平均截面積 ）（ 下上 A216.93 10.80 14.66 18.52 21.23 分塊重 mshW3326 5182 7036 8889 4076自重及 其 彎 矩 分塊重對(duì)塊底形心的彎矩 gssaM -2851 -4529 -6206 -7814 -1455 分塊累計(jì)彎矩 ss 0 -2851 -7379 -13586 -21400 -22855 累計(jì)重量 ss

48、W0 3326 8508 15545 24434 28510 塊頂自重對(duì)塊底形心的彎矩 下上 gsaM 0 0 -6234 -15697 -28292 -17691 累計(jì)彎矩 ss0 0 -6234 -21931 -50223 -67913 自重總彎矩 ss 0 -2851 -13613 -35517 -71622 -90768 A 23 續(xù)表 51 截 面分 類(lèi) 名稱(chēng)及算式 1 2 3 4 5 6 截面至水面深度 uh0 18 38 58 78 86 平均水深 )(21下上 9 28 48 68 82 分塊上游面的水面寬度 uT 平均弧長(zhǎng) )(21下上 uuuSS 1.029 1.047 1

49、.064 1.082 1.095 分塊三角形水重 uuwaThW)(上下 塊頂上矩形水重 uubS上 分塊水重 wbawW 累積水重 （從上 而下） 三角形水重重心到塊底形心的距 離 31uugaTb下 矩形水重重心到塊底形心的距離 uugb下 三角形水重對(duì)塊底形心的彎矩 gawabWM 矩形水重對(duì)塊底形心的彎矩 gbb 上 游 壩 面 水 重 及 其 彎 矩 塊頂以上水重對(duì)塊底形心的彎矩 計(jì)算改正值 gwca上 24 每塊水重對(duì)底部形心的總彎 wcbwaMM 續(xù)表 51 截 面分 類(lèi) 名稱(chēng)及算式 1 2 3 4 5 6 累積水重的彎矩（從上向下） wM 截面至水面深度 dh0 0 0 0 8

50、.75 16.75 平均水深 )(21下上 0 0 0 4.375 12.75 分塊上游面的水面寬度 dT1.7 3.23 平均弧長(zhǎng) )(21下上 dddSS 0.971 0.954 0.936 0.918 0.904 分塊三角形水重 ddwaThW )(上下 0 0 0 68.28 116.797 塊頂上矩形水重 ddbS上 0 0 0 0 255.493 分塊水重 wbawW0 0 0 68.28 372.29 累積水重 （從 上而下） 0 0 0 0 68.28 440.566 三角形水重重心到塊底形心的距 離 31ddgaTb下 4.486 6.482 8.497 9.97 10.28

51、6 矩形水重重心到塊底形心的距離 2ddgb下 4.486 6.482 8.497 9.687 9.748 三角形水重對(duì)塊底形心的彎矩 gawabWM 0 0 0 680.8 1201.5 下 游 壩 面 水 重 及 其 彎 矩 矩形水重對(duì)塊底形心的彎矩 gbb 0 0 0 0 2490.6 25 塊頂以上水重對(duì)塊底形心的彎矩 計(jì)算改正值 gwcaWM上 0 0 0 0 -49.393 續(xù)表 51 截 面 分類(lèi) 名稱(chēng)及算式 1 2 3 4 5 6 每塊水重對(duì)底部形心的總彎矩 wcbwaMM 0 0 0 680.7 3642.7 累積水重的彎矩（從上向下） w 0 0 0 0 681 4323

52、浮托力 AhWdwu1 0 0 0 0 -1789 -3685 滲透壓力 )6()(21 rTduu 0 -898 -2593 -5098 -7534 -8125 揚(yáng)壓力 10 -898 -2593 -5098 -9323 -11810 浮托力對(duì)塊底形心彎矩 uM0 0 0 0 0 0 滲透壓力對(duì)塊底形心的力矩 uueWM1 0 1309 5396 13737 24848 28744 無(wú) 防 滲 排 水 時(shí) 的 揚(yáng) 壓 力 揚(yáng)壓力力矩 1u0 1309 5396 13737 24848 28744 排水點(diǎn)之上游面的距離 b 6.5 防滲排水后水頭折減系數(shù) 0.3 防滲排水減少的水頭 )1)(1

53、Tbhudu 28.93 防滲排水減少的彎矩 12Mu -318 揚(yáng) 壓 力 及 其 彎 矩 設(shè) 防 滲 排 水 時(shí) 的 揚(yáng) 防滲排水減少的滲透壓力的 力臂 uuabTe)(32 -1.14 26 壓 力 防滲排水減少的彎矩 22uueWM 361.7 續(xù)表 51 截 面 分類(lèi) 名稱(chēng)及算式 1 2 3 4 5 6 防滲排水時(shí)的揚(yáng)壓力 21uuW 0 -898 -2593 -5098 -9323 -12171 設(shè)防滲排水時(shí)的揚(yáng)壓力的彎矩 21uuM 0 1309 5396 13737 24848 28382 總垂直力 uws 0 2430 5917 10449 15181 16781總 計(jì) 總垂

54、直力彎矩 us 0 -1553 -8268 - 21836 - 46163 - 58103 注 1.單位：力為 ，彎矩為 ，長(zhǎng)度為 ，截面面積為 ，截面慣性矩為 。kNmk 2m4m 2.形心水平距離以塊頂形心對(duì)塊底形心偏向下游為正，偏向上游為負(fù)，力的符號(hào) 以向下為正，向上為負(fù)。彎矩：順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎磿r(shí)針?lè)较驗(yàn)樨?fù)。上下游面的 分段水平長(zhǎng)上游面以指向下游為正，指向上游為負(fù)，而下游面則相反。 3. 分別為水和混凝土的容重。mw, （2）根據(jù)五不等段徑向變位系數(shù) 系數(shù)表和五不等段拱冠梁?jiǎn)挝蝗切螐较蚝奢di 徑向變位系數(shù)的乘數(shù)值表 算出 與 。見(jiàn)表 52和表 53ijaij 52 垂直力作用下的徑向

55、變位系數(shù) 單位（wi ）mE/ w1w2w3 徑向變位 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 =01 2IhM 0.25 0 0 0 27 =-107212IhM1 -10721 0.25 -2680 0 =-192583I2 -38516 1 -19258 0.25 -4814.5 =-229964 2Ih 3 -68988 2 -45992 1 -22996 =-259825 2IhM 2.59 -67293 1.89 -49106 1.19 -30919 =-262786 2I 0.84 -22074 0.64 -16818 0.44 -11562 =-13085261 ThKn 4.4

56、-57574 3.4 -44489 2.4 -31404 =-177065 M 1 -1770 1 -1770 1 -1770 總 計(jì) -266936 -180113 -103465 續(xù)表 52 w4w5w6 徑向變位 系數(shù) 乘積 系數(shù) 系數(shù) 乘積 系數(shù) =01 2IhM =-107212 28 =-192583 2IhM =-229964 2I 0.25 -5749 =-259825 2IhM 0.49 -12731 0.04 -1039 =-262786 2I 0.24 -6307 0.04 -1051 =-13085261 ThKn 1.4 -18319 0.4 -5234 =-1770

57、65 M 1 -1770 1 -1770 1 -1770 總 計(jì) -44875.9 -9094.4 -1770 注： 1. = =1 =5.45 =2.72 =0.67 =n1K35Km4.028 2. 本表系數(shù)見(jiàn)砌石壩設(shè)計(jì) （廣西大學(xué)主編水利出版社出版）中表 3-3-9中 的方程計(jì)算。 5.3.2 計(jì)算拱冠梁?jiǎn)挝蝗切螐较蜃饔孟聫较蜃兾幌禂?shù) ija 徑向變位 ，由梁內(nèi)各截面彎矩引起的 、剪力引起的變位 、以及梁基產(chǎn)ijaMijMij 生的變位 、 ，所以拱冠梁在單位三角形徑向荷載作用下的徑向變位系數(shù) = +ijij ijaMij + + 。采用計(jì)算表格的形式，把他們列表計(jì)算，系數(shù)已經(jīng)給出，其

58、具體計(jì)算過(guò)Mijijij 程見(jiàn)表 53。 由表 53所列系數(shù)計(jì)算得 =4448.8( )， =11.205( ),共 36個(gè)徑向1amE6amE1 變位系數(shù)。詳見(jiàn)表 53中計(jì)算。 29 其中 、 、 、 、 采用與表 5-2相同。 、 、 見(jiàn)表 51中的常數(shù)計(jì)算1K35n iTiAiI 單元。 =20m、m=0.4；如： ，其余見(jiàn)表中算值。h 442023157.9hI 30 表 53 單位三角徑向荷載作用下徑向變位系數(shù)求解表 單位 mE/1 彎矩變位系數(shù) =229.8842 41Ih =77.723 412Ih =35.18412Ih=18.855 412Ih =15.2216 412Ih徑

59、向 變 位 系 數(shù) 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積1a 4 919.54 20 1554 48 1688.8 56.98 1074.2 20.5 3122 2 459.77 24 1865 72 2533.3 93.24 1757.8 34.27 521.713 0 0 4 310.9 36 1266.6 62.16 1171.9 24.19 368.24a 0 0 0 0 6 211.11 31.08 585.93 14.11 214.815 0 0 0 0 0 0 5.18 97.655 4.23 64.446 0 0 0 0 0 0 0 0 0.27 4.09

60、121a 1 229.88 10 777.2 32 1125.9 41.58 783.88 15.62 237.7 0.5 114.94 12 932.6 48 1688.8 68.04 1282.7 26.11 397.523 0 0 2 155.4 24 844.42 45.36 855.14 18.43 280.64a 0 0 0 0 4 140.74 22.68 427.57 10.75 163.725 0 0 0 0 0 0 3.78 71.262 3.23 49.16 0 0 0 0 0 0 0 0 0.21 3.11731a 0 0 2.5 194.3 16 562.95 26.

61、18 493.55 10.74 163.42 0 0 3 233.2 24 844.42 42.84 807.63 17.95 273.33 0 0 0.5 38.86 12 422.21 28.56 538.42 12.67 192.94a 0 0 0 0 2 70.368 14.28 269.21 7.392 112.535 0 0 0 0 0 0 2.38 44.868 2.22 33.756 0 0 0 0 0 0 0 0 0.14 2.143 31 續(xù)表 53 彎矩變位系數(shù) =229.92 41Ih =77.723 412Ih =35.18412Ih=18.855 412Ih =15

62、.2216 412Ih徑向 變位 系數(shù) 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積41a 0 0 0 0 4 140.7 10.8 203.2 5.856 89.132 0 0 0 0 6 211.1 17.6 332.6 9.792 149.043 0 0 0 0 3 105.6 11.8 221.7 6.912 105.2a 0 0 0 0 0.5 17.59 5.88 110.9 4.032 61.3745 0 0 0 0 0 0 0.98 18.48 1.21 18.416 0 0 0 0 0 0 0 0 0.077 1.16951a 0 0 0 0 0 0 0.88

63、16.59 0.976 14.862 0 0 0 0 0 0 1.44 27.15 1.632 24.8453 0 0 0 0 0 0 0.96 18.1 1.152 17.544a 0 0 0 0 0 0 0.48 9.049 0.672 10.235 0 0 0 0 0 0 0.08 1.508 0.202 3.0696 0 0 0 0 0 0 0 0 0.013 0.1951a62364a56 32 續(xù)表 53 剪力變位系數(shù) =135 23hA =94 23hA =72 243hA =59 253hA =55 263hA徑向 變 位 系 數(shù) 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積

64、 系數(shù) 乘積1a 0.5 67.5 0.5 47 0.5 36 0.35 20.65 0.1 5.45452 0.5 67.5 1 94 1 72 0.7 41.3 0.2 10.90913 0 0 0.5 47 1 72 0.7 41.3 0.2 10.9094a 0 0 0 0 0.5 36 0.7 41.3 0.2 10.90915 0 0 0 0 0 0 0.35 20.65 0.14 7.63646 0 0 0 0 0 0 0 0 0.04 2.181821a 0.25 33.75 0.5 47.14 0.5 36.16 0.35 20.65 0.1 5.4545 0.25 33.7

65、5 1 94.29 1 72.33 0.7 41.3 0.2 10.90923 0 0 0.5 47.14 1 72.33 0.7 41.3 0.2 10.9094a 0 0 0 0 0.5 36.16 0.7 41.3 0.2 10.90925 0 0 0 0 0 0 0.35 20.65 0.14 7.63646 0 0 0 0 0 0 0 0 0.04 2.181831a 0 0 0.25 23.5 0.5 36.16 0.35 20.65 0.1 5.45452 0 0 0.5 23.5 1 72.33 0.7 41.3 0.2 10.9093 0 0 0.25 23.5 1 72.3

66、3 0.7 41.3 0.2 10.9094a 0 0 0 0 0.5 36.16 0.7 41.3 0.2 10.90935 0 0 0 0 0 0 0.35 20.65 0.14 7.63646 0 0 0 0 0 0 0 0 0.04 2.1818 33 續(xù)表 53 剪力變位系數(shù) =135 23hA =94 23hA =72 243hA =59 253hA =55 263hA徑向 變位 系數(shù) 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積 系數(shù) 乘積41a 0 0 0 0 0 0 0 0 0.08 4.42 0 0 0 0 0.3 21.6 0.35 20.65 0.1 5.454543 0 0 0 0 0.5 36.164 0.7 41.3 0.2 10.909a 0 0 0 0 0.5 36.164 0.7 41.3 0.2 10.90945 0 0 0 0 0.3 21.6 0.7 41.3 0.2 10.9096 0 0 0 0 0 0 0.35 20.65 0.14 7.636451a 0 0 0 0 0 0 0 0 0.04 2.18182 0 0 0 0 0 0 0