毕业设计计算书-A江水利枢纽设计.doc

05 级水利水电工程专业毕业设计 第 1 页 共 40 页 目录 全套图纸加扣 3012250582 第一章 调洪演算 3 1 1 调洪演算的原理 3 1 2 泄洪方案的选择 3 1 2 1 对以下三种方案进行调洪演算 3 1 2 2 对三种方案进行比较 7 1 2 3 计算坝顶高程 7 第二章 大坝工程量比较 8 2 1 大坝剖面设计计算 8 2 1 1 基本剖面 8 2 1 2 实用剖面 9 2 1 3 排水位置 9 2 1 4 荷载计算 10 2 2 工程量比较 11 2 2 1 重力坝工程量 11 2 2 2 拱坝工程量计算 12 2 2 3 工程量比较 12 第三章 第一建筑物 大坝的设计计算 12 3 1 拱坝的剖面设计以及拱坝的布置 12 3 1 1 坝型选择双曲拱坝 12 3 1 2 拱坝的尺寸 12 3 2 荷载组合 14 A 江水利枢纽设计 第 2 页 共 40 页 2 3 3 拱坝的应力计算 15 3 3 1 用 FORTRAN 程序进行电算 15 3 3 2 对荷载组合 进行手算 17 3 4 坝肩稳定验算 25 3 4 1 计算原理 25 3 4 2 验算工况 26 3 4 3 验算步骤 27 第四章 泄水建筑物的设计 30 4 1 泄水建筑物的型式尺寸 30 4 2 坝身进水口设计 30 4 2 1 管径的计算 30 4 2 2 进水口的高程 31 4 3 泄槽设计计算 31 4 3 1 坎顶高程 31 4 3 2 坎上水深 hc 31 4 3 3 反弧半径 R 32 4 3 4 坡度 直线段 32 4 3 5 挑射角 20o 32 4 4 导墙设计 32 4 5 消能防冲计算 33 4 5 1 水舌挑距 33 4 5 2 冲刷坑深度 34 4 5 3 消能率计算 34 4 6 孔口应力 35 4 6 1 计算工况 35 4 6 2 计算方法 36 参考文献 37 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 3 页 共 40 页 第一章第一章 调洪演算调洪演算 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 下泄流量的计算 堰流 Q1 mB 2g 1 2H3 2 1 1 式中 Q1为下泄流量 m3 s 为侧收缩系数 B 为孔口宽 m H 为堰上水头 m 孔口出流 Q2 aB 2gH0 1 2 1 2 式中 Q2为下泄流量 m3 s 为侧收缩系数 B 为孔口宽 m A 江水利枢纽设计 第 4 页 共 40 页 4 H0为孔口上水头 m 方案一 4 表孔 2 中孔 表孔 堰顶高程 179m 孔宽 12m m 0 48 B 4 12 48m 中孔 进口高程 135m 出口高程 130m 孔口宽 7 5m 高 7 5m u 0 96 0 227a H0 1 3 式中 a 为孔口开度 m 列表计算如下 表 1 1 水位 m 182185188191 H3 006 009 0012 00 表孔 Q1 m3 s 512 981450 9272665 5244103 842476 H0 m 43 2546 2549 2552 25 0 920630 9231890 9254310 927416268 中孔 Q2 m3 s 3017 053128 593236 3053340 564649 Q1 Q2 m3 s 3530 034579 5175901 8297444 407126 Q1 Q2 338 m3 s 3868 034917 5176239 8297782 407126 起调流量 4069 09m3 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 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 30004000500060007000800090001000011000 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 5 页 共 40 页 图 1 1 最大泄洪流量 设计 6400 m3 s 校核 7510m3 s 最高水位 设计 187 3m 校核 190m 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 a 8 0m B 8 2 16m 中孔 进口高程 135 米 出口高程 130 米 孔口宽 8 米 高 7 米 a 7 5m B 7 0 2 14m 列表计算如下 表 1 2 水位 m 182185188191 孔口中线以上水头 H0 m 48 551 554 557 5 侧收缩系数 0 9270 9291460 9308440 932365 中孔 流量 Q2 m3 s 3203 533307 9193409 1233507 418 孔口中线以上水头 H0 m 24273033 侧收缩系数 0 88430 8927410 8994670 90497 浅孔 流量 Q2 m3 s 2609 812794 4462967 7963131 695 Q1 Q2 m3 s 5813 346102 3656376 926639 113 Q1 Q2 338 m3 s 6151 346440 3656714 926977 113 起调流量 6151 34m3 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 最大泄洪流量 设计 6600 m3 s 校核 6870 m3 s A 江水利枢纽设计 第 6 页 共 40 页 6 最高水位 设计 186 8m 校核 189 68m 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 500060007000800090001000011000 图 1 2 方案三 4 中孔 中孔 进口高程 135 米 出口高程 130 米 孔口宽 7 5 米 高 7 0 米 a 7 5m B 7 5 4 30m 列表计算如下 表 1 3 水位 m 182185188191 孔口中线以上 水头 H0 m 48 551 554 557 5 侧收缩系数 0 92720 9290 930840 932 中孔 流量 Q2 m3 s 6006 6246202 3496392 1066576 409 Q2 338 m3 s 6344 6246540 3496730 1066914 409 起调流量 6344 62m3 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 最大泄洪流量 设计 6640m3 s 校核 6820 m3 s 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 7 页 共 40 页 最高水位 设计 186 6m 校核 189 58m 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 500060007000800090001000011000 图 1 3 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 8 0m 高 7 0m 进口底高程 为 135m 出口底高程为 130m 设计洪水时 下泄流量 6650 m3 s 校核洪水时 下泄流量 6750m3 s 小于允许下泄流量 下泄流量 6650 m3 s 校核洪水时 下泄 流量 6750m3 s 设计洪水位为 186 8m 校核洪水位为 189 68m 1 2 3 计算坝顶高程 坝顶超出水库静水位的高度 h 为 h 2h1 h0 hc 1 4 式中 2h1 波浪高度 h0 波浪中心线高出静水位的高度 h0 4 h12cth H1 LL 2LL 1 5 A 江水利枢纽设计 第 8 页 共 40 页 8 hc 安全超高 2h1 0 0166Vf5 4D1 3 1 6 式中 Vf 计算风速 D 库面吹程 km 正常情况下 Vf 12 1 5 2 0 18 24m s 取 20 m s h1 1 3818m Lm 11 3815m hz 4 h12cth H1 LL 2LL 0 5268m hc 0 7m h 3 99m 校核情况下 Vf 12m s h1 0 8321m Lm 6 8235m hz 4 h12cth H1 LL 2LL 0 3816m hc 0 7m h 2 483m 设计情况 186 8 3 99 190 79m 校核情况 189 68 2 483 192 16m 故坝顶高程为 192 16m 坝高为 192 16 92 100 16m 第二章 大坝工程量比较 2 1 大坝剖面设计计算 混凝土重力坝 坝前最大水深 H 186 8 92 94 8m 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 9 页 共 40 页 最大坝高为 192 16 92 100 16m 2 1 1 基本剖面 按应力条件确定坝底最小宽度 B H c 0 1 1 2 2 1 式中 c为混凝土重度 取 24kN m3 0为水的重度取 10kN m3 1 为扬压力折减系数取 0 25 则 B 94 8 24 10 0 25 1 2 66 62m 按稳定条件确定坝底最小宽度 B KH f c 0 1 2 2 式中 K 1 10 f 0 7 0 1 0 25 则 B 1 1 94 8 0 7 24 10 0 0 25 73 21m 综合 取坝底最小宽度 B 73 2m 2 1 2 实用剖面 坝顶宽度 取坝高的 8 10 即 8 10 97 0 7 76 9 7 m 取为 10m 下游坡度 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 3 2 3 范围内 即 1 3 2 3 100 16 34 67 m 取为 54m 取高程 92 54 146m 上部分高度 100 16 38 62 16m 坝底宽 B 则折坡上部分宽 B1 0 2 54 10 8m B2 97 68 0 8 78 14m A 江水利枢纽设计 第 10 页 共 40 页 10 B B1 B2 10 8 78 14 88 94m 2 1 3 排水位置 设计洪水最大下泄流量为 6650 m3 s 则 Z下 114 15m 水头 H 185 8 114 15 70 85m 廊道上游壁到上游坝面距离不小于 0 05 0 1 倍水头 且不小于 4 5m 即 0 05 0 1 70 85 3 64 7 m 取为 5m 图 2 1 重力坝剖面图 单位 m 2 1 4 荷载计算 取设计水位 186 8m 计算荷载 校核稳定和应力 1 荷载列表计算如下 表 2 1 荷载计算 弯矩 kNm 标准值 kN 设计值 kN 距坝底 中心 m 顺时针逆时针 坝 W1 上三角形 6998 46998 437 27 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 11 页 共 40 页 W2 中矩形 24038 424038 431 37 W3 下三角形 69649 9869649 983 66 体 自 重 W W1 W2 W3100686 8100686 812 61 1269602 W水上 7322 47322 439 79 291335 垂 直 W水下 1962 491962 4938 5675680 16 P上 1 2 0H 上 2 44935 244935 231 61419952 水 压 力 水 平 P下 1 2 0H 下 2 2531 252531 257 38 18689 06 0H上 948 0H下 225 0H 0H上 0H下 723 0H180 75 U 20011 520011 500 U 6610 0287932 03320 09159354 5 U 7139 6257853 58838 677303750 6 扬 压 力 U U U U 35797 12 浪 压力 PL 1 4Lmr h1 hz 54 2565 195 4366213 337 Pn 1 2 232 0 15 8 5 kN m449 65539 5839 53 21329 6 泥 沙 压 力 Ph 1 2 nhn2tg2 45o n 2 15831899 67 66714563 6 2 坝基面抗滑稳定 S Pr 48805 52kN R fR Wr C rAr 50743 59kN 0 S 48805 52kN 1 d R 50743 59kN 故坝基面抗滑满足要求 3 坝址上 下游抗拉应力验算 A 江水利枢纽设计 第 12 页 共 40 页 12 Wr Ar MrTr Jr 552 91kPa 0 故坝址上 下游抗拉应力满足要求 2 2 工程量比较 2 2 1 重力坝工程量 重力坝工程量计算分三个坝块利用下式进行计算 V H 6 L1 3b m1 m2 H L2 3b 2 m1 m2 H 2 3 第 块 L1 223m L2 78m b 34 94m m1 0 2 m2 0 8 H 54m V 54 6 223 3 34 94 0 2 0 873 54 78 3 34 94 2 0 2 0 8 54 476063m3 第 块 L1 256m L2 223m b 10m m1 0 m2 0 8 H 23 18m V 23 18 6 256 3 10 0 0 8 23 18 223 3 10 2 0 0 8 23 18 105808 5m3 第 块 L1 302m L2 256m b 10m m1 0 m2 0 H 14 98m V 14 98 6 302 3 10 0 0 14 98 256 3 10 2 0 0 14 98 41794 2m3 重力坝工程量 V1 V V V 623665 7 m3 2 2 2 拱坝工程量计算 拱坝工程量分四个坝块列表计算如下 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 13 页 共 40 页 表 2 2 拱坝工程量计算 层内径外径中心角面积坝块体积 1187 5196 51043134 976184930 72 2166 5179 5933648 628294300 92 3137154903883 395391308 89 499120853409 648446398 93 5747775296 3375 V316939 5 2 2 3 工程量比较 拱坝的工程量仅为重力坝的 50 82 可以节约大量材料 故本设计采用拱坝设 计方案 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 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 01 100 16 2 4 303 8 27m 取 Tc 8 3m 坝底的厚度 TB TB K b1 b4 H a 3 1 式中 A 江水利枢纽设计 第 14 页 共 40 页 14 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 303m b4 152m H 100 16m a 6 25kN m3 TB 0 0035 303 152 100 16 6 25 25 52m 取 TB 26m 上游面的曲线 采用二次抛物线 z x1 y H x2 y H 2 3 2 式中 x1 2 1x2 x2 2TB 2 1 1 1 0 6 0 65 取 1 0 62 2 0 3 0 6 取 2 0 3 则 x2 32 5 x1 40 3 上游面的曲线方程为 z 40 3 y 98 32 5 y 98 2 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 Ti Tc TB Tc H yi 8 3 26 0 8 3 100 16 yi 列表计算如下 表 3 1 拱冠剖面参数 高程上游面坐标下游面坐标坝体厚度 192 16 08 38 3 167 12 8 043754 6812512 725 142 08 12 0255 12517 15 117 04 11 94389 6312521 575 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 15 页 共 40 页 92 7 818 226 拱冠剖面图如下 图 3 1 拱冠剖面图 拱坝布置图详见枢纽平面布置图 3 2 荷载组合 本设计共计算以下四种工况下的应力 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 A 江水利枢纽设计 第 16 页 共 40 页 16 3 3 拱坝的应力计算 3 3 1 用 FORTRAN 程序进行电算 正常水位 温降 Arch dat 数据如下 5 2 47 3 39 2 40 10 85 2200000 0 2200000 0 000008 8 66 77 16 40 3 32 5 0 25 04 50 08 75 12 100 16 45 45 45 45 45 151 5 123 102 5 75 95 42 5 8 3 12 725 17 15 21 575 26 193 5 173 145 5 109 5 75 5 电算结果如下 247 45 150 03 112 60 290 80 00 00 00 00 286 25 95 21 31 82 235 17 61 50 48 37 13 56 114 42 280 58 35 39 27 59 190 96 78 08 123 25 15 29 166 03 223 09 28 64 62 40 129 99 34 09 239 42 133 66 115 39 91 10 60 06 44 17 43 81 69 04 395 74 333 44 37 61 045248 000323 00 8 48 8 48 00 036927 000390 16 38 86 14 47 1 05 026141 000474 41 42 17 93 20 58 2 90 013653 000425 66 46 32 87 25 55 8 04 003437 000188 105 26 72 16 22 70 10 41 1655 35 00 559 12 1663 52 16 94 1022 68 2456 86 00 2575 50 2498 03 98 62 4546 74 2792 16 00 5995 69 2902 23 267 14 10019 77 2276 57 00 9701 26 2499 49 552 91 14708 50 631 38 00 8345 39 870 35 775 41 9697 18 坝体的最大拉应力为 69 04kPa 70kPa 最大压应力为 395 74kPa 故应力满足条 件 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 17 页 共 40 页 设计水位 温升 Arch dat 数据如下 5 2 47 3 39 2 40 10 85 2200000 0 2200000 0 000008 5 56 77 16 40 3 32 5 0 25 04 50 08 75 12 100 16 45 45 45 45 45 151 5 123 102 5 75 95 42 5 8 3 12 725 17 15 21 575 26 193 5 173 145 5 109 5 75 5 电算结果如下 292 04 223 45 197 10 322 55 00 00 00 00 304 58 158 84 110 48 263 32 87 40 23 88 13 56 114 42 293 71 95 86 45 04 219 16 111 61 91 46 15 29 166 03 238 70 29 42 1 35 159 50 75 36 197 79 133 66 115 39 120 13 13 77 31 76 36 01 319 18 333 44 37 61 032001 000135 00 10 92 10 92 00 028314 000228 19 48 1 68 17 16 65 021242 000353 44 52 17 93 24 10 2 49 011495 000343 69 56 32 10 30 79 6 67 003143 000157 108 36 67 54 31 69 9 14 2143 34 00 393 62 2149 09 11 92 719 97 2971 28 00 1964 89 3002 69 75 24 3468 77 3407 32 00 4838 15 3496 14 215 57 8085 34 3041 12 00 8065 51 3226 45 459 68 12228 47 1584 51 00 7392 08 1796 19 686 84 8589 45 坝体的最大拉应力为 37 61kPa 70kPa 最大压应力为 333 44kPa 故应力满足条 件 校核水位 温升 Arch dat 数据如下 5 2 47 3 39 2 40 10 85 2200000 0 2200000 0 000008 2 48 77 16 40 3 32 5 A 江水利枢纽设计 第 18 页 共 40 页 18 0 25 04 50 08 75 12 100 16 45 45 45 45 45 151 5 123 102 5 75 95 42 5 8 3 12 725 17 15 21 575 26 193 5 173 145 5 109 5 75 5 电算结果如下 322 80 244 75 214 76 357 52 00 00 00 00 334 10 171 53 117 58 288 69 93 97 19 19 13 56 114 42 317 23 101 24 45 75 236 55 107 96 98 31 15 29 166 03 253 62 29 44 63 169 45 60 43 216 18 133 66 115 39 125 00 15 47 70 79 73 22 84 345 70 333 44 37 61 036406 000179 00 12 03 12 03 00 031574 000278 22 56 3 04 18 74 78 023183 000401 47 60 18 94 25 93 2 72 012307 000376 72 64 32 88 32 61 7 15 003295 000169 111 44 68 95 32 95 9 55 2359 96 00 447 95 2366 51 13 57 819 34 3242 44 00 2191 70 3277 47 83 93 3869 18 3661 23 00 5281 86 3758 20 235 34 8826 86 3212 88 00 8639 36 3411 40 492 39 13098 50 1635 64 00 7755 18 1857 71 720 57 9011 37 坝体的最大拉应力为 37 61kPa 70kPa 最大压应力为 345 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 ai1x1 ai2x2 ai3x3 ai4x4 ai5x5 xi i Pi i Ai Bi 3 2 式中 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 19 页 共 40 页 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 i 0 R EC 3 3 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 2 106 R 第 i 层拱圈的平均半径 Ai 0 RC 3 4 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 8 10 5 第 i 层拱圈的均匀温度下降值 47 T 3 39 oC 3 5 T 第 i 层拱圈的拱厚 表 3 2 i和 Ai的计算表 i 计算均匀温降 时 Ai 计算 高程 m T R 半中 心角 A o i 1 Ec 均匀温 降 R C o Ai Ec Ec C A 江水利枢纽设计 第 20 页 共 40 页 20 192 160 04352 51 5 9967 214 020 0045 1 801 17888 570 76 167 120 07446 28 3 4896 582 910 0031 1 683 11725 751 33 142 080 11845 17 8 2591 082 2890 0021 1 527 7361 740 27 117 040 19742 10 3 1130 761 880 0014 1 225 3775 333 13 920 34434 5 4 39 331 771 5990 0009 0 542 1151 728 146 2 垂直荷载作用下引起的梁的径向变位 Bi 的计算 Bi BiI Bi 3 6 式中 BiI为垂直荷载 坝重 水荷载 作用下由于梁本身弯曲引起的变位 Bi 为拱冠梁梁基力系作用下 地基产生角变 x 及径变 f 由于地基变形 而使拱冠梁随着产生变位 按几何关系可知 距梁基高为 hi处梁上某截面 I 处的 径向变位 1 BiI的计算 垂直荷载 坝重 水荷载 作用下由于梁本身弯曲引起的变位 BiI BiI iyi 3 7 式中 i 垂直荷载作用下 i 截面以下 M ECI 图的面积 yi i面积形心至 i 截面的距离 只考虑水荷载作用下拱冠梁各截面的 M ECI 弯矩以顺时针为正 的计算表如下 表 3 3 高程 水重 吨 M 吨 m M I 面积 y BiI 192 1600087 785416 9481487 78 167 1238 7035183 39459961 06875 3691213 94061050 69 142 08106 1037913 39866592 17332 1313411 2637361 91 117 04 0 0593913 09562811 091 13 39716 3399184 218 90 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 21 页 共 40 页 92 332 8265 4068 917685 2 778000 2 Bi 的计算 Bi xhi f 3 8 仅垂直荷载时 x Mx 3 9 f Mx 2 3 10 取拱坝 Ec Er 22 105t m2 即 n 1 5 62 Ec T2 n 5 62 26 62 Ec 000794 Ec 2 0 74 26 6 Ec Mx 4068 917 吨 m 则 Bi 的计算如下 表 3 4 Bi 1 Ec 的计算 高程 m Bi BiI Bi 100 16 3504 121487 787 2016 33338 75 12 2657 041050 691 1606 35188 50 08 1809 96361 9178 1448 04716 25 04 962 887 218 906 1181 79312 0 115 810 115 809535 3 梁变位系数 aij的计算 表 3 5 高程坝厚坝块 N 192 168 311 53313253 167 1212 72521 347740668 142 0817 1531 258017493 117 0421 57541 205098494 9226 由上表中 N 值查表所得的各块的变位系数 1 1 2 A 江水利枢纽设计 第 22 页 共 40 页 22 2 计算拱冠梁变位系数 aij如下 表 3 6 aij12345 1 5728 238 7558 876 3473 5243 1304 72172 229 981644 2 3272 335 4822 638 2497 2041 1003 28014 186 871944 3 1496 655 2402 45 1511 4345 701 838555 143 762245 4 521 3279 878 2503 630 5829 389 328379 100 700776 5 77 61861 143 0589 125 35818 107 464518 47 7878004 4 计算 Pi 正常水位 183 5m H1 183 5 167 12 16 38m 水库淤积高程 115m P1 0 P2 wH1 1 19 16 38t m2 P3 wH2 1 19 25 41 42 t m2 P4 wH3 1 44 25 69 t m2 P5w wH4 91 5 t m2 P5s shstg2 45o s 2 13 76 t m2 P5 p5w p5s 105 26 t m2 5 列出方程并求解 根据ai1x1 ai2x2 ai3x3 ai4x4 ai5x5 xi i Pi i Ai Bi列出五元一次方程 组 化成标准形式为 13800 65X1 7688 8236X2 3462 12X3 1227 16X4 206 163378X5 15872 2 3272 335X1 9547 51483X2 2487 23X3 946 054X4 168 77679X5 87168 8 1496 655X1 2402 44988X2 4168 73X3 664 952X4 131 390202X5 116363 521 3279X1 878 250269X2 630 583X3 1416 78X4 94 051845X5 71932 4 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 23 页 共 40 页 77 61861X1 143 058922X2 125 358X3 107 465X4 344 7293X5 28836 2 求解得 X1 9 802 X2 1 687 X3 22 169 X4 39 158 X5 64 887 则拱梁荷载分配如下 表 3 7 拱梁荷载 单位 t m2 单位 t Pi 拱冠梁荷载 Xi 拱圈荷载 Pi Xi 10 9 989 98 216 381 5114 94 341 4221 5220 09 466 4638 2128 82 5105 2664 3630 72 6 拱圈应力 根据各层拱圈 T R A值查表得拱圈应力系数 如下 表 3 8 拱圈荷载应力系数 高程T R 半中 心角 A 拱冠上游面拱冠下游面 拱端上游 面拱端下游面 192 160 04295231 8119 63514 6837 00810264 167 120 07364619 8775 6910 59125 476 142 080 11794514 0181 268 2 567218 51776 117 040 1970428 7280 0 673 2 62511 44921312 920 344334 53 9378 1 432 1 4294 58603275 表 3 9 拱圈温降应力系数 EcC 拱冠上游面拱冠下游面拱端上游面拱端下游面 70 761334470 217960864 0 25573 0 44630 4189 51 331058020 378128 0 50643 0 82590 72776 A 江水利枢纽设计 第 24 页 共 40 页 24 40 272638750 4476 0 70392 1 050560 85448 33 134388140 41553724 0 82602 1 084270 775921 28 145627760 082146932 0 75007 0 747220 181567 将各层拱圈荷载 温降产生的应力相加得拱圈的应力如下 表 3 10 拱圈应力 单位 t m2 高程拱冠上游面拱冠下游面拱端上游面拱端下游面 192 16332 9156307177 8834114 9847399 0161 167 12316 475666659 0575 33 5619418 1009 142 08299 6795857 2 86403 93 8874406 4592 117 04265 3109819 46 7882 111 58355 6762 92123 2842206 65 1179 64 934145 9953 7 拱冠梁应力 考虑梁的分载和坝自重引起的应力 列表计算如下 表 3 11 拱冠梁应力计算表 单位 t m2 高程 拱冠梁 荷载 Xi坝块重总弯矩轴力 下 上 192 16 9 980000 167 121 51632 12 467 76670 8228 5976 845 142 0821 53897 44563 431674 3790 49104 77 117 0438 211163 827987 832838 13222 7440 35 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 25 页 共 40 页 9264 361429 1423374 953934 44394 91 92 26 8 地震荷载计算 按 7 级烈度计算 地震荷载计算参见黎展眉编撰 拱坝 表 3 12 1 地震产生的纵向力 单位 t m2 纵向地震惯性力 拱冠内力 拱冠应力 拱端内力 拱端应力 截 面 H0M0 0 下 0 上 VAMA A 上 A 下 1251 87340 6660 020 6836 94565 3492 83 5 65 2284 4440 8938 696 0120 42 8527 3633 66 3235 25662 7827 240 20 05 747 24 1534 64 4138 64646 3714 76 1 91 20 9 986 7 2 8122 63 537 16342 084 47 1 61 37 4 633 3 2 98 34 纵向地震激荡力 拱冠内力拱冠应力 拱端内力 拱端应力 截 面 H0M0 0 下 0 上 HAMA A 下 A 上 100000000 2198 9225 223 9814 75201 3 181 69 122 55 3165 5344 716 699 31172 602 6 2 2622 33 489 63340 38 544 0498 26 605 3 2412 35 530 88235 83 281 1639 95 448 8 2 455 52 表 3 12 2 地震产生的横向力 单位 t m2 横向地震惯性力 左拱端内力左拱端应力右拱端内力右拱端应力 截 面 HAMA A 下 A 上 HAMA A 下 A 上 1 0 265 7 38 0 35 3 28 7 265 7 38 0 35 3 28 7 A 江水利枢纽设计 第 26 页 共 40 页 26 2 0 343 9 36 1 28 4 25 7 343 9 36 1 28 4 25 7 3 0 385 1 38 4 23 2 21 7 385 1 38 4 23 2 21 7 4 0 360 8 34 4 17 2 16 3 360 8 34 4 17 2 16 3 5 0 253 3 13 5 9 9 9 6 253 3 13 5 9 9 9 6 横向地震激荡力 左拱端内力左拱端应力右拱端内力右拱端应力 截 面 HAMA A 下 A 上 轴力 HA 弯矩 MA A 下 A 上 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 7 4 1287 1 47 1 48 3 7 4 1287 1 47 1 48 3 3 0 6 3 911 8 18 2 19 0 6 3 911 8 18 2 19 0 4 0 3 7 405 7 5 1 5 4 3 7 405 7 5 1 5 4 5 0 1 0 77 5 0 6 0 7 1 0 77 5 0 6 0 7 9 应力汇总 表 3 13 应力汇总表 正常水位 温降 单位 Kpa 拱冠处拱端处截 面下游面上游面下游面上游面 1177 88344332 915631399 0160772114 9846684 259 057505316 475667418 1008827 33 5619065 3 2 86403299 679586406 4591596 93 8873645 4 46 78825265 310982355 6762151 111 579694 5 65 11792123 284221145 9953178 64 9340328 表 3 14 应力汇总表 正常水位 温降 地震 单位 kPa 截悬臂梁拱冠左拱端右拱端 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 27 页 共 40 页 面下游上游下游上游下游上游下游上游 10 00 0 00 237 90 333 59 456 52 80 63 341 51 149 34 228 59 76 84 121 70 337 24 379 09 45 24 457 11 112 36 390 49 104 77 41 06 309 19 366 88 39 62 446 04 148 15 4222 74 40 35 23 49 267 45 327 39 87 48 383 96 135 68 5394 91 92 26 57 37 122 84 130 14 59 97 161 85 69 90 由上表知坝体中最大应力出现在右拱端上游 值为 148kPa3 5 抗滑稳定满足要求 对工况 进行稳定验算 计算过程同工况 同工况 求拱由均匀水压 P 均匀温降 和地震荷载产生的轴向力 HA 剪力 VA 弯 矩 MA 结果见下表 表 3 20 截面 左拱端 水压 温降 地震 右拱端 水压 温降 地震 HAVAMAHAVAMA 12248 585 219 644 664 9532780 084 219 644 588 972 22841 959 396 036 6511 263514 902 396 036 3864 8 32937 347 625 742 11565 13695 625 742 9664 72 42684 817 991 905 19530 83399 096 991 905 18650 5 51053 324 1229 85 14004 41557 966 1229 85 13822 4 A 江水利枢纽设计 第 32 页 共 40 页 32 表 3 21 抗滑稳定安全系数 K 抗滑稳定安全系数 K截面 右半拱左半拱 13 8732480093 878213853 25 5148284365 519311754 36 3177138676 157282356 47 4010396976 654547684 59 4248032768 965336092 最小的 K 值为 3 87 2 5 抗滑稳定满足要求 第四章 泄水建筑物的设计 4 1 泄水建筑物的型式尺寸 泄水建筑物采用 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 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 8m 高 7m 进口底高程为 135m 出口底高程为 130m 下泄流 量 6600 m3 s 4 2 坝身进水口设计 4 2 1 管径的计算 压力管道的直径在初步设计阶段可采用彭德舒公式来确定 D 5 2Qmax3 H 1 7 4 1 式中 Qmax 钢管的最大设计流量 m3 s H 设计水头 05 级水利水电工程专业毕业设计 第 33 页 共 40 页 Qmax 338 4 84 5 m3 s H 186 8 103 5 83 3m 则 D 5 2 84 53 83 3 1 7 4 5m 故取 D 4 5m 4 2 2 进水口的高程 本设计进水口采用有压进水口 有压进水口应底于可能出现的最低水位 并有 一定的淹没深度 以避免进水口前出现漏斗吸取旋涡并防止有压引水道内出现负 压 可采用戈登公式 Scr CVD1 2 4 2 式中 Scr 闸门门顶低于死水位的临界淹没水深 米 C 经验系数 一般在 0 55 0 73 之间 本设计取 0 64 V 闸门断面的水流流速 D 闸门孔口高度 V Qmax S 84 5 4 52 4 5 313m s Scr CVD1 2 0 64 5 313 4 51 2 7 2m 取 Scr 7 2m 又 死水位为 164m 进水口高程为 164 7 2 4 5 152 3m 4 3 泄槽设计计算 4 3 1 坎顶高程 坎顶高程 下游设计水位 2 5m 114 15 2 5m 116 15 119 15m 取坎顶高程为 119m 4 3 2 坎上水深 HC T hc q2 2g 2hc2 4 3 式中 T 上游设计水位至坎顶的高差 67 8m q 单宽流量 A 江水利枢纽设计 第 34 页 共 40 页 34 0 95 对浅孔 H 188 2 154 8 2 40 5m Q 2899 681m3 s q Q 8 2 181 23m3 s 由式 67 8 hc 185 82 2 9 8 0 952 hc2 经试算得 hc 5 455m 对中孔 Q 3369 005m3 s q Q 7 5 2 224 600m3 s 由式 67 8 hc 2142 2 9 8 0 952 hc2 经试算得 hc 6 835m 4 3 3 反弧半径 R R 6 10 hc6hc 对浅孔 R 32 73 54 55m 取 R 40m 对中孔 R 41 01 68 35m 取 R 50m 4 3 4 坡度 直线段 取与孔身底部坡度一致 浅孔 1 2 0 中孔