浅中孔泄洪薄拱坝设计计算书

- 1 - 河海大学 毕业设计计算书 浅中孔泄洪薄拱坝设计 专业年级 05 水工 2 班 学 号 05021215 姓 名 曾 红 指导老师 包 腾 飞 - 2 - 目录 第一章 调洪演算.- 4 - 1.1 调洪演算的原理- 4 - 1.2 泄洪方案的选择- 4 - 1.2.1 对以下三种方案进行调洪演算：.- 4 - 1.2.2 对三种方案进行比较.- 7 - 1.2.3 对第二种方案计算坝顶高程.- 8 - 1.2.4 方案二结论- 9 - 第二章 大坝工程量比较.- 10 - 2.1 大坝剖面设计计算- 10 - 2.1.1 混凝土重力坝.- 10 - 图 1-1 重力坝剖面图.- 11 - 第三章 第一建筑物大坝的设计计算.- 15 - 3.1 拱坝的剖面设计以及拱坝的布置以及工程量的比较- 15 - 3.1.1 坝型选择双曲拱坝.- 15 - 3.1.2 拱坝的尺寸.- 15 - 3.1.3 工程量的计算与比较.- 17 - 3.2 荷载组合- 18 - 3.3 拱坝的应力计算.- 18 - 3.3.1 对荷载组合，使用 FORTRAN 程序进行电算.- 18 - 3.3.2 对荷载组合进行手算.- 21 - 3.4 坝肩稳定验算- 31 - 3.4.1 计算原理.- 31 - 3.4.2 验算工况.- 33 - 3.4.3 验算步骤- 33 - 第四章 泄水建筑物的设计.- 37 - 4.1 泄水建筑物的型式尺寸.- 37 - 4.2 坝身进水口设计.- 37 - 4.2.1 管径的计算- 37 - 4.2.2 进水口的高程.- 37 - 4.3 泄槽设计计算.- 38 - 4.3.1 坎顶高程.- 38 - - 3 - 4.3.2 坎上水深 hc - 38 - 4.3.3 反弧半径 R- 38 - 4.3.4 坡度（直线段）：.- 39 - 4.3.5 挑射角 =20o.- 39 - 4.4 导墙设计.- 39 - 4.5 消能防冲计算.- 40 - 4.5.1 水舌挑距- 40 - 4.5.2 冲刷坑深度.- 40 - 4.5.3 消能率计算.- 41 - 参考文献.- 43 - - 4 - 第一章 调洪演算 1.1 调洪演算的原理 先对一种泄洪方案，求得不同水头下的孔口泄洪能力，并作孔口泄洪能力 曲线，再假定几组最大泄流量，对设计（校核）洪水过程线进行调洪演算，求 得这几组最大泄流量分别对应的水库存水量，查水位库容曲线，得出这几组最 大泄流量分别对应的上游水位，并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述 两条曲线相交得出一交点，此交点坐标即为设计（校核）情况下的孔口最大泄 流量及相应的水库水位，再对其它泄洪方案按同样的方法进行调洪演算，最后 选定的泄洪方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值，库水位又相对比较低。 1.2 泄洪方案的选择 1.2.1 对以下三种方案进行调洪演算： 4 表孔+2 中孔 2 浅孔+2 中孔 4 中孔 方案一：4 表孔+2 中孔 表孔: 堰顶高程 179m，孔宽 12m （1-1） 3 2 1 2QmBgH m=0.48 , B=412=48m 中孔: 进口高程 135m, 出口高程 130m, 孔口宽 7.5m, 高 7.5m （1-2） 20 2 a QBgH 闸门开度 a=7.5m, 孔口宽度 B=27.5=15m, （1-3） 0 0.960.227 a H - 5 - 表 1-1 四表两中 水位 182186190194 水头 371115 表孔泄流量 530.290511890.0753723.245928.828 中孔 U 0.92723710.92973330.9318760.933736 中孔泄流量 3003.31223133.11873257.7763377.85 总泄流量 3533.60275023.19376981.0169306.678 起调流量 3533.6m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，4 表孔 +2 中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出： 180 182 184 186 188 190 192 194 196 0200040006000800010000 水位流量曲线 设计曲线 焦点 校核曲线 焦点2 最大泄洪流量:：设计 6320 m3/s 校核 7250m3/s 最高水位： 设计 188.35m 校核 190.55m 方案二:：2 浅孔+2 中孔 浅孔:：进口高程 164 米, 出口高程 154 米, 孔口宽 8.5 米, 高 8.0 米 10 2 a QBgH （1-4） 0 0.960.227 a H 其中：a=8m , B=8.52=17m 中孔:：进口高程 135 米, 出口高程 130 米, 孔口宽 7.5 米, 高 7.5 米 20 2 a QBgH 0 0.960.227 a H 其中：a=7.5m, B=7.52=15m 表 1-2 2 浅+2 中 - 6 - 水位 182186190194 中孔水头 48.552.556.560.5 中孔 u 0.9272371130.9297333330.9318761060.933735537 中孔泄流量 3001.7810413131.5214313256.1153376.128049 浅孔水头 24283236 浅孔 u 0.8843333330.8951428570.903250.909555556 浅空泄流量 2609.8168212953.3810733278.0195173587.523691 总泄流量 5949.5978636422.9025046872.1345177301.65174 起调流量 5949.6m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线，2 浅 孔+2 中孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出： 180 182 184 186 188 190 192 194 196 020004000600080001000012000 水位流量 库容水位 焦点1 校核水位流量 焦点2 最大泄洪流量:：设计 6300 m3/s 校核 7380m3/s 最高水位:： 设计 188.65m 校核 190.73m 方案三： 4 中孔 中孔:：进口高程 135 米, 出口高程 130 米, 孔口宽 7.0 米, 高 7.0 米 20 2 a QBgH 0 0.960.227 a H a=7.0 米，B=74=28 米 表 1-3 4 中孔 水位 182186190194 水头 48.552.556.560.5 u0.9272371130.9297333330.9318761060.933736 流量 5606.182725848.4883136081.1816056305.32 - 7 - 总流量 5944.182726186.4883136419.1816056643.32 起调流量 5944.2m3/s，作出水库水位与所需最大泄流量的关系曲线， 4 中 孔的泄洪能力曲线，由两条曲线的交点可以得出： 180 182 184 186 188 190 192 194 196 020004000600080001000012000 水位流量曲线 设计曲线 焦点 校核曲线 焦点2 最大泄洪流量:：设计 6300 m3/s 校核 6450 m3/s 最高水位:： 设计 187.18m 校核 190.17m 1.2.2 对三种方案进行比较 方案二即泄水建筑物采用 2 浅孔+2 中孔时所需坝顶高程相对较小，加之方 案一与方案三都存在对坝体的结构影响较大的问题（方案一的 4 表孔使得坝体 堰顶以上失去空间结构作用，方案三的 4 中孔使得坝体同一高程开孔数量过多， 该层拱圈削弱过多） ，故本设计选择 2 浅孔+2 中孔的泄流方案。 1.2.3 对第二种方案计算坝顶高程 设计水位：188.65m，对应下泄流量：6300 m3/s 校核水位：190.73m，对应下泄流量：7380 m3/s 水库总库容大于 10108m3，属于大(1)型一等，主要建筑物 1 级。 坝顶超出水库静水位的高度h 为： （1-5） 1% 2 zc hhhh 其中：2h1%为波浪高度 hz为波浪中心线高出静水位的高度： - 8 - （1-6） 2 1% 2 z mm hH hcth LL hc安全超高 正常情况下: Vf =1.5V=121.5=20m/s D=4000m =9.814000/202=98.1 为累计频率 5%的波高 2 0 gD V 读表由 P(1%)和 P(5%)关系可得：h1%=1.38183m 由 （1-7） 11 2.153.75 0 22 00 0.331() m gLgD V VV 得：Lm=11.38m 带入： （1-8） 2 1% 2 z mm hH hcth LL 得 hz =0.52686m hc=0.7m 则：=21.38183+0.52686+0.7=3.99m （1-9） 1% 2 zc hhhh 坝顶高程=188.65+3.99=192.64m 校核情况下:Vf =12m/s =9.814000/122=272.5 为累计频率 10%的波高 2 0 gD V 读表由 P(1%)和 P(10%)关系可得：h1%=0.832112m 由 11 2.153.75 0 22 00 0.331() m gLgD V VV 得：Lm=6.8232m 带入： 得 hz =0.31864m 2 1% 2 z mm hH hcth LL hc=0.5m 则：=20.832112+0.31864+0.5=2.483m 1% 2 zc hhhh 坝顶高程=190.73+2.483=193.213m 比较可知：坝顶高程取 193.21m，坝高为：193.21-92=101.21m - 9 - 1.2.4 方案二结论 方案二即泄水建筑物采用 2 浅孔+2 中孔时所需坝顶高程相对较小，加之方 案一与方案三都存在对坝体的结构影响较大的问题（方案一的 4 表孔使得坝体 堰顶以上失去空间结构作用，方案三的 4 中孔使得坝体同一高程开孔数量过多， 该层拱圈削弱过多） ，故本设计选择 2 浅孔+2 中孔的泄流方案，浅孔位于两岸， 中孔位于水电站进水口两侧，对称布置。设置两浅孔，孔口宽 8.5m，高 8.0m， 进口底高程为 164m，出口底高程为 154m；两中孔，孔口宽 7.5m，高 7.5m，进 口底高程为 135m，出口底高程为 130m，设计洪水时，下泄流量 6300 m3/s，校 核洪水时，下泄流量 7380m3/s，略小于允许下泄流量，设计洪水位为 188.65m，校核洪水位为 190.73m，由此计算得到的坝顶高程为 193.21m，最大 坝高为 101.21m。 第二章 大坝工程量比较 2.1 大坝剖面设计计算 2.1.1 混凝土重力坝 坝前最大水深：H=188.65-92=96.65m 最大坝高为：193.21-92=101.21m 1基本剖面 按应力条件确定坝底最小宽度 - 10 - （2-1） 1 0 () c H B r r 式中 c=24kN/m3 0=10kN/m3 扬压力折减系数 1取 0.25 则 B=96.65/(24/10-0.25) 1/2=65.915m 按稳定条件确定坝底最小宽度 （2-2） 1 0 () c KH B r f r 式中 K=1.10 f=0.7 =0 1=0.25 则 B=1.196.65/0.7(24/10+0-0.25)=70.64m 综合，取坝底最小宽度 B=70.64m 2实用剖面 坝顶宽度：取坝高的 810%，即（810%）101.21=(8.110.1)m, 取为 10m 取下游坡度为 1:0.8 上游折坡的坡度取为 1：0.2 上游设折坡，折坡点距坝底的高度取为坝高的 1/32/3 范围内，即 1/32/3,取为 54m 则折坡上部分宽 B1=0.254=10.8m B2=(190.73-92)0.8+10=78.98m B=B1+B2=10.8+78.98=89.78m 图 1-1 重力坝剖面图 3排水位置 设计洪水最大下泄流量为 6300m3/s，则 Z下=113.8m，水头 H=188.65- - 11 - 113.8=74.85m 廊道上游壁到上游坝面距离不小于 0.050.1 倍水头，且不小于 45m， 即 （0.050.1）74.85=(3.74257.485)m,取为 10m。 4荷载计算 计算表格如下： 设计水位时： 表 2-1 设计水位荷载计算 荷载计算(设计水位 188.65)弯矩(*105) 坝体自重标准值 距坝底 中心顺时针逆时针 W= W1+ W2+ W3 102666.5510.21310.485 水压力 垂直水压力 W水上 7522.240.193.023 W水下 1900.9639.0770.74293 水平水压力 P上=1/20H上 2 46706.1132.216715.047 P下=1/20H下 2 2376.27.26670.17267 扬压力 U1 19572.040 U2 7464.428.29670.6193 U3 1871.2539.890.74644 - 12 - U4 2806.87541.5571.16645 U= U1+ U2+ U3+ U4 浪压力 H=96.65Lm/2=5.69 则 PL=1/4Lmr(h1%+hz) 54.3 忽略忽略 泥沙压力 垂直泥沙压力 Pn=1/22320.158.5 kN/m 337.2 忽略 水平泥沙压力 Ph=1/2nhn2tg2(45o-n/2) 式中 n=8.5kN/m3 hn=115-92=23m n =10o Ph=1/28.5232tg2(45o- 10o/2) kN/m 1582.977.6666670.1214 S(*)=Pr 46294.624 R(*)=fRWr+CrAr 62396.965 比较 S(*)和 R(*)（乘以系数） S(*)0 Wr/Ar+MrTr/Jr522.63 结论：应力和稳定满足条件。 校核水位时： 表 2-2 校核水位荷载计算 荷载计算(校核水位 193.21) 弯矩(*105) - 13 - 坝体自重标准值 距坝底中 心顺时针逆时针 W= W1+ W2+ W3 102666.5510.21310.485 水压力 垂直水压力 W水上 8014.6840.193.2211 W水下 211638.7570.82 水平水压力 P上=1/20H 上 2 51217.3233.73717.2792 P下=1/20H 下 2 26457.66670.2028 扬压力 U1 20649.40 U2 7799.58.29670.647 U3 1955.2539.890.77995 U4 2932.87541.5571.2188 U= U1+ U2+ U3+ U4 浪压力 H=96.65Lm/2=5.69 则 PL=1/4Lmr(h1%+hz) 19.6295 忽略忽略 泥沙压力 垂直泥沙压力 Pn=1/22320.158.5 kN/m 337.2 忽略 水平泥沙压力 Ph=1/2nhn2tg2(45o-n/2) 式中 n=8.5kN/m3 hn=115-92=23m n =10o Ph=1/28.5232tg2(45o 1582.977.6666670.1214 - 14 - -10o/2) kN/m S(*)=Pr 48801.85 R(*)=fRWr+CrAr 64387.94 比较 S(*)和 R(*)（乘以 系数） S(*)0 Wr/Ar+MrTr/Jr348.094 结论：应力和稳定满足条件。 第三章 第一建筑物大坝的设计计算 3.1 拱坝的剖面设计以及拱坝的布置以及工程量的比较 3.1.1 坝型选择双曲拱坝 3.1.2 拱坝的尺寸 坝顶的厚度 Tc 0.01(H+2b1)= =0.01*(101.21+2.4*305)=8.33m - 15 - 取 Tc=8.33m 坝底的厚度 TB （3-2） 14 () B a K bb H T 式中 K=0.0035 b1,b4分别为第一，第四层拱圈两拱端新鲜基岩之间直线距离 b1=305m b4=170m； H=101.21m a=6.55kn/m3 TB=0.0035(305+170) 101.21/6.55=25.69m 上游面的曲线采用二次抛物线 （3-2） 2 12 yy zxx HH 式中 1=0.60.65 2=0.30.6 112 x2x 22B1 xT /(21) 取 1=0.62 2=0.3 则 x2=32.1125 x1=39.8195 上游面的曲线方程为 z=0.003135y2-0.3934y (4)下游面的曲线按 Tc，TB沿高程线性内插 设第 i 层拱圈的厚度为 Ti 则 =8.33+(25.69.0-8.33)/101.21yi （3-3） cBc ii TTT T y H 表格计算如下： 表 3-1 拱圈曲线计算 高程 y Z 上Z 下各层拱厚 - 16 - 193.21008.338.33 16825.21-7.925734.72810712.65384 14350.21-11.85055.09114916.94165 11875.21-11.85689.37266521.22947 92101.21-7.7066417.9821625.6888 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 -20-1001020 上游线 下游线 3.1.3 工程量的计算与比较 1重力坝工程量的计算 重力坝工程量计算分三个坝块利用下式进行计算： V=H/6L13b+(m1+m2)H+L23b+2(m1+m2)H （3-4） 第块 - 17 - V=54/6225334.94+(0.2+0.873)54+78334.94+2(0.2+0.8)54= 478154m3 第块 V=24.15/6256310+(0+0.8)24.15+223310+2(0+0.8)24.15= 110238.1m3 第块 V=15.43/6302310+(0+0)15.43+256310+2(0+0)15.43 =41935.7m3 重力坝工程量:V1= V+ V+ V=630327.8 m3 。 2拱坝工程量的计算 表 3-2 拱坝工程量计算 拱坝工程量计算 截 面 内弧外弧 圆心 角 面积 体积 1183.853192.12971072904.264 第 1 部分 82052.98 2153.114165.76681043659.974 第 2 部分 95589.19 3119.9237136.87691053987.161 第 3 部分 94810.49 482.81998104.04441043597.678 第 4 部分 70777.23 541.3992367.07112852064.5 总体积 343229.9 3工程量比较 拱坝的工程量仅为重力坝的 343229.9/630327.8=54.45%，可以节约大量材料， 故本设计采用拱坝设计方案。 3.2 荷载组合 正常水位+温降 设计水位+温升 校核水位+温升 正常水位+温降+地震 - 18 - 3.3 拱坝的应力计算 3.3.1 对荷载组合，使用 FORTRAN 程序进行电算 1正常水位+温降 Arch.dat 数据如下： 5 .20,-47,3.39,2.4,10,.85,2200000,2200000,.000008,8.21,78.21,39.8195,32.1125 0,25.21,50.21,75.21,101.21 45,45,45,45,45 150.24696,125.559537,87.2215221,73.3708296,36.1800845 8.33,12.65384,16.94165,21.22947,25.6888 187.169708,159.224302,128.9608,92.0910788,67.0688131 电算结果如下： 241.78 142.99 104.79 285.85 .00 .00 .00 .00 285.97 99.73 38.10 238.58 58.77 52.53 -13.43 115.36 287.20 42.27 -19.33 199.25 72.39 131.23 14.08 168.85 226.16 -48.46 -85.21 123.11 26.65 249.80 130.82 120.17 104.85 -70.84 -35.48 52.36 -44.40 377.51 330.73 -34.26 .045265 .000333 .00 -8.05 8.05 .00 .036629 .000397 17.00 1.21 14.74 1.04 .025713 .000475 42.00 16.88 22.11 3.00 .013274 .000420 67.00 33.77 24.78 8.45 .003208 .000177 106.76 46.98 37.06 22.72 1608.32 .00 571.11 1616.47 -17.44 -1046.68 2469.53 .00 2482.85 2509.91 -94.33 -4381.51 2875.88 .00 5843.50 2988.80 -263.21 -9739.32 2069.71 .00 10252.89 2297.23 -630.86 -15412.30 753.04 .00 9380.85 1057.91 -1067.24 -9521.36 2设计水位+温升 Arch.dat 数据如下： 5 .20,47,3.39,2.4,10,.85,2200000,2200000,.000008,4.56,78.21,39.8195,32.1125 0,25.21,50.21,75.21,101.21 45,45,45,45,45 - 19 - 150.24696,125.559537,87.2215221,73.3708296,36.1800845 8.33,12.65384,16.94165,21.22947,25.6888 187.169708,159.224302,128.9608,92.0910788,67.0688131 电算结果如下： 290.44 220.01 192.78 321.86 .00 .00 .00 .00 306.64 163.57 116.22 268.02 86.04 26.98 -13.43 115.36 299.43 102.10 52.48 226.46 104.29 101.62 14.08 168.85 238.26 13.24 -16.88 152.23 60.64 216.54 130.82 120.17 130.33 -26.08 5.40 81.61 25.09 298.77 330.73 -34.26 .032413 .000151 .00 -10.59 10.59 .00 .028285 .000243 20.65 2.41 17.57 .67 .020869 .000361 45.65 17.38 25.69 2.59 .011002 .000340 70.65 34.30 29.41 6.94 .002940 .000145 110.41 45.87 45.68 18.86 2130.15 .00 407.15 2135.96 -12.44 -746.19 2997.47 .00 1907.35 3028.49 -72.47 -3365.93 3469.84 .00 4707.87 3560.82 -212.06 -7846.56 2819.83 .00 8401.22 3006.27 -516.93 -12628.84 1620.49 .00 8351.47 1891.91 -950.13 -8476.56 3校核水位+温升 Arch.dat 数据如下： 5 .20,47,3.39,2.4,10,.85,2200000,2200000,.000008,2.48,78.21,39.8195,32.1125 0,25.21,50.21,75.21,101.21 45,45,45,45,45 150.24696,125.559537,87.2215221,73.3708296,36.1800845 8.33,12.65384,16.94165,21.22947,25.6888 187.169708,159.224302,128.9608,92.0910788,67.0688131 电算结果如下： 310.58 233.74 204.04 344.85 .00 .00 .00 .00 326.29 172.30 121.34 285.13 90.24 24.04 -13.43 115.36 315.35 106.02 53.38 238.43 101.58 106.50 14.08 168.85 248.11 12.49 -19.04 158.50 50.33 229.17 130.82 120.17 133.79 -27.50 4.95 84.03 11.49 314.99 330.73 -34.26 .035352 .000181 .00 -11.30 11.30 .00 - 20 - .030437 .000277 22.73 3.33 18.64 .76 .022133 .000393 47.73 18.00 26.98 2.75 .011517 .000361 72.73 34.90 30.56 7.27 .003031 .000152 112.49 45.99 46.90 19.60 2271.57 .00 444.16 2277.91 -13.57 -814.02 3178.70 .00 2052.89 3212.09 -78.00 -3622.75 3642.00 .00 4994.12 3738.50 -224.95 -8323.66 2923.56 .00 8796.94 3118.78 -541.28 -13223.70 1655.43 .00 8612.50 1935.33 -979.83 -8741.51 前三种工况下，坝体的最大拉应力均小于 70kpa，故应力满足条件。 3.3.2 对荷载组合进行手算 拱冠梁法计算应力的变形协调方程： （3-5） i11i22i33i44i55iiiiii a xa x a x a x a x x PAB 式中：aij单位荷载作用在梁上 j 点使 i 点产生的径向变位，称为梁 的变位系数； i在单位均匀径向水平荷载作用下，第 i 层拱圈拱冠处的径向变位， 称为拱的变位系数； Ai第 i 层拱圈由于该层均匀温度变化 时在拱冠处的径向变位； Bi作用于梁上竖直方向荷载引起的拱冠梁上 i 点的径向变位； Pi、xi分别为 i 层截面处水平径向总荷载、梁分担的荷载。 i=1，2，3，4，5 1拱圈变位系数 i的计算及均匀温降 时的 Ai的计算 （3-6） i0C R / E （） 式中：0可由拱圈的 A、T/R 查表 4-7（沈长松编拱坝 ）得出； EC混凝土的弹性模量，取 2.2106； R第 i 层拱圈的平均半径。 （3-7） i0 ARC （） - 21 - 式中：0可由拱圈的 A、T/R 查表 4-8（沈长松编拱坝 ）得出； R第 i 层拱圈的平均半径； C坝身材料线胀系数，取 0.810-5； 第 i 层拱圈的均匀温度下降值。 （3-8） o 47/ T3.39 ( C)（） T第 i 层拱圈的拱厚。 i和 Ai计算“单位均匀径向水平荷载作用下拱圈拱冠处变位 i与均匀 温降 o时拱圈拱冠处的变位 Ai的计算” 表 3-3 i与 Ai的计算 截 面 高 程 拱厚 T 平均 半径 R T/RA0 i(1/Ec) 0Ai Ec*C* 1 193.21 8.33 188.02 0.04 53.50 -49.27 -9263 4.01 -1.84 -24459 70.58 2 168.00 12.65 159.44 0.08 52.00 -26.71 -4258 2.93 -1.78 -14617 51.56 3 143.00 16.94 128.41 0.13 52.50 -16.57 -2128 2.31 -1.67 -8699 40.69 4 118.00 21.23 93.43 0.23 52.00 -9.96 -930 1.91 -1.43 -4487 33.60 5 92.00 25.69 54.23 0.47 42.50 -5.26 -284 1.62 -1.31 -2026 28.45 2垂直荷载作用下引起的梁的径向变位 Bi的计算 (1) 水荷载作用下拱冠梁各截面的 M/ECI（弯矩以顺时针为正）的计算“水 荷载作用下各截面的 M/ECI 的计算” - 22 - 表 3-4 各水重、坝块重心位置的计算 水重形心计算 截 面 面积对应质心 Y 坐标 合起来质心 Y 坐标 对应层的 Y 坐标 y 负 288.2091198.45 第 1 层 1920 134.1826215.78 第 2 层 200.321817.7157 2444.6138230.81 第 3 层 218.124324.9183 3851.9263241.85 第 4 层 230.926837.1242 4937.0538244.74 第 5 层 233.8293.2159.3612 坝重形心计算 截 面 面积质心 X 坐标中心点坐标偏心距 对截面的弯 矩（顺时针 为正） 1 2265.12189.05136.96872.0826552.142661 3634.91467.14085.2011.93981231.60734 41112.87916.63497.3242-0.6893-767.10756 51719.05057.896613.7077-5.8111-9989.5744 表 3-5 自重引起的 bi 高 程 水重 （吨） 重心 X 坐 标 中心 点 X 坐 标 弯矩 M 累加 H (该平 面 厚度) IM/I 面积 y y=b i 193.21 0.00 8.33 48.17 0.00 64.88 59.36 3851.35 168 34.38 2.05 6.97 169.10 169.10 12.65 168.84 1.00 56.37 37.12 2092.69 143 109.55 -1.60 5.20 745.59 914.69 16.94 405.22 2.26 15.64 24.92 389.72 118 -8.90 -3.49 7.32 -96.27 818.42 21.23 797.33 1.03 -25.40 17.72 -450.02 92 -339.69 -1.10 13.71 -5028.97 -4210.55 25.69 1412.70 -2.98 0.00 0.00 0.00 (2) Bi=xhi+f （3-9） x= Mx （3- 10） - 23 - f= Mx2 （3- 11） 取拱坝 Ec=Er=22105t/m2，即 n=1 =5.62/（EcT2）n=5.62/(262Ec)=0.008314/Ec 2=0.74/(26Ec)=0.028462/Ec Mx=-4210.55 Bi=（-4210.55*0.008314hi+-4210.55*0.028462） / Ec, 将 hi 带入计算 Bi的计算见表下面“垂直荷载下梁的径向变位 Bi 的计算” (3) 将 BiI 和 Bi迭加得 bi Bi=BiI+Bi 表 3-6 bi、biI 与 Bi计算 截面 hiBiBiBi 1101.21-3662.853851.3546188.5 276-2780.3362092.6894-687.6 351-1905.173389.72162-1515 426-1030.01-450.0242-1480 50-119.84070-119.8 梁变位系数 aij的计算 查表得各块的变位系数 ,1,2 （3- 1 122334455iiiiiiiiiii a xa xa xa xa xxPAB 12） 表 3-7 梁变位系数 aij的计算结果 ai1ai2ai3ai4ai5iPiPiiAiBi a1i-6936.9 -9428.2 -4480.4 -1584.7 -241.2 -9263.1 0.0 0.0 -24459.8 188.5 a2i-4094.4 -6106.6 -3214.1 -1209.3 -195.5 -4258.5 17.0 -72394.2 -14617.5 -687.6 a3i-1957.6 -3130.3 -1938.9 -834.0 -149.8 -2128.1 42.0 -89381.3 -8699.7 -1515.5 a4i-671.5 -1122.3 -790.0 -448.0 -104.8 -930.1 67.0 -62314.9 -4487.8 -1480.0 a5i-79.2 -145.8 -127.5 -109.0 -48.4 -285.0 106.8 -30425.9 -2026.7 -119.8 表 3-8 解得 X 的值 - 24 - Pi-xi 解得 x1=-8.20988.2097969 x2=0.6936916.306314 x3=17.023324.976693 x4=34.941532.058521 x5=60.710846.054241 3拱冠梁应力计算 表 3-9 拱冠应力计算 顺时针为正 截面编号 2345 截面长度 12.6538416.9416521.2294725.6888 截面积惯性矩 168.84405405.21533797.32652091412.700851 截面以上自重 t 365.1218634.91461112.87911719.0505 自重偏心距 2.08261.9398-0.6893-5.8111 自重产生的弯矩 760.402661231.6073-767.107564-9989.574361 分块水重 T 34.3762109.5524118.9002-339.694 水重偏心距 4.9196.805810.816914.8044 水重产生的弯矩 t*m 169.09653745.59172-96.2725734-5028.965854 水平荷载弯矩 -790.8821-762.18879999.28318445319.64695 总弯矩 138.617141215.01049135.90304730301.10673 轴力 N 399.4981143.9653275.74434655.1008 N/A31.57128667.523824154.3017466181.2112983 M/I0.82097732.998431411.4581702821.44906101 Au6.326928.47082510.61473512.8444 26.37702842.12463732.67630546-94.28902094 36.76554492.923012275.9271877456.7116176 最大拉应力小于 120Mpa，满足拱冠应力要求。 4拱圈应力 dd a I M A N uu a I M A N - 25 - 表 3-10 拱圈应力计算 高程拱厚 T半径 R T/R 半中心角 A 拱圈水平荷 载（pi-xi） 193.218.33188.017720.044304353.58.209796916 16812.65384159.43990.07936435216.30631403 14316.94165128.406070.131938152.524.97669298 11821.2294793.4277410.22722885232.0585208 9225.688854.2267230.473729542.546.05424068 拱冠拱端 上游下游上游下游 截 面 拱圈水平 荷载（pi- xi） T/RA 18.210 0.044 53.529.23 240.00 20.92 171.77 17.58 144.34 32.75 268.84 216.306 0.079 5217.20 280.42 8.56 139.64 5.45 88.81 20.63 336.35 324.977 0.132 52.511.51 287.59 3.50 87.39 1.08 26.95 14.40 359.74 432.059 0.227 527.53 241.25 0.67 21.50 -0.75 -24.02 9.59 307.46 546.054 0.474 42.53.08 141.63 -0.75 -34.46 -0.46 -21.10 3.46 159.26 拱冠拱端 上游下游上游下游 截 面 温度荷 载 T/RA 170.580 0.044 53.50.16 11.25 -0.18 -12.60 -0.31 -22.12 0.30 21.30 251.559 0.079 520.27 13.85 -0.33 -16.83 -0.54 -27.88 0.50 25.99 340.685 0.132 52.50.36 14.60 -0.49 -19.98 -0.75 -30.39 0.66 27.04 433.599 0.227 520.40 13.55 -0.68 -22.70 -0.90 -30.15 0.73 24.43 528.447 0.474 42.50.15 4.14 -0.70 -19.99 -0.65 -18.55 0.24 6.80 5地震应力的计算 - 26 - 表 3-11 地震应力计算 截 面 kTr A 弧度 sin A cos A 拱圈外 半径 Ru y/H0fyq0 120.05 8.33 188.02 0.93 0.80 0.59 192.18 0.00 0.00 0.00 21.750.04 12.65 159.44 0.91 0.79 0.62 165.77 0.18 0.54 1.25 31.50.04 16.94 128.41 0.92 0.79 0.61 136.88 0.45 0.56 1.30 41.250.03 21.23 93.43 0.91 0.79 0.62 104.04 0.72 0.45 1.04 计 算 参 数 510.03 25.69 54.23 0.74 0.68 0.74 67.07 1.00 0.42 0.98 纵向地震惯性力 拱冠内力左拱端内力右拱端内力 截面 H0V0M0HAVAMAHAVAMA 1.00 162.49 0.00 236.02 237.72 26.23 408.68 237.72 26.23 408.68 2.00 179.63 0.00 309.39 262.09 23.18 142.51 262.09 23.18 142.51 3.00 156.12 0.00 399.50 237.37 14.65 -197.08 237.37 14.65 -197.08 4.00 101.77 0.00 427.24 169.04 -2.93 -516.48 169.04 -2.93 -516.48 5.00 30.13 0.00 236.33 64.10 -25.36 -414.99 64.10 -25.36 -414.99 纵向地震激荡力 拱冠内力左拱端内力右拱端内力 截面 H0V0M0HAVAMAHAVAMA 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.00 188.51 0.00 213.18 190.15 9.02 -48.93 190.15 9.02 -48.93 3.00 153.83 0.00 287.55 158.35 1.78 -292.37 158.35 1.78 -292.37 4.00 81.79 0.00 266.13 88.93 -8.18 -400.53 88.93 -8.18 -400.53 5.00 28.08 0.00 172.35 37.12 -21.06 -317.45 37.12 -21.06 -317.45 横向地震惯性力 拱冠内力左拱端内力右拱端内力 截面 H0V0M0HAVAMAHAVAMA 1.00 0.00 33.02 0.00 -130.93 -121.43 -3787.84 130.