褒河水库单曲拱坝设计毕业设计说明书含图纸;.doc

毕业设计 论文 1 目目 录录 0 0 绪论绪论 1 1 1 1 概述概述 2 2矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖 2 2 已知资料已知资料 3 3聞創沟燴鐺險爱氇谴净 2 1 流域概况 3残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟 2 2 水文气象资料 3酽锕极額閉镇桧猪訣锥 2 3 工程地质资料 3彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑 2 4 工程规划 3謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔 2 5 工程材料设计指标 4厦礴恳蹒骈時盡继價骚 2 6 施工 天然建材 交通情况 4茕桢广鳓鯡选块网羈泪 3 3 枢纽布置枢纽布置 5 5鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴 3 1 坝型的选择 5籟丛妈羥为贍偾蛏练淨 3 1 1 土石坝 5預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴 3 1 2 支墩坝 5渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦 3 1 3 重力坝和拱坝 5铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡 3 2 枢纽布置方案的选择 6擁締凤袜备訊顎轮烂蔷 3 2 1 坝轴线的选择 6贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷 3 2 2 引水隧洞的布置 7坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚 3 2 3 东 西干渠渠首布置 7蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘 3 2 4 泄洪方案的选择 7買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄 3 2 4 1 坝顶泄流 8綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴 3 2 4 2 坝面泄流 8驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦 3 2 4 3 滑雪道式泄流道 8猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑 3 2 4 4 坝身开孔泄洪 8锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔 4 4拱坝设计拱坝设计 1010構氽頑黉碩饨荠龈话骛 4 1 拱坝体型设计 10輒峄陽檉簖疖網儂號泶 4 1 1 基本原则 10尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅 4 1 2 拱坝基本尺寸的拟定 10识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒 4 1 2 1 拱坝分层 10凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴 4 1 2 2 坝顶厚度 c T 10恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦 4 1 2 3 坝底厚度 B T 11鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫 4 1 3 拱冠梁剖面设计 12硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹 4 1 3 1 基本原则 12阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖 4 2 拱坝的平面布置 13氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩 4 2 1 基本原则及假定 13釷鹆資贏車贖孙滅獅赘 4 2 1 1 基本原则 13怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉 4 2 2 拱圈中心角的确定 13谚辞調担鈧谄动禪泻類 毕业设计 论文 2 4 2 3 拱圈的平面布置 14嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩 5 5 拱坝应力计算和内力计算拱坝应力计算和内力计算 1616熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库 5 1 荷载和荷载组合 16鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞 5 1 1 荷载 16纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛 5 1 2 荷载的组合 16颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷 5 1 2 1 基本组合 16濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻 5 1 2 2 特殊组合 16銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼 5 2 应力计算方法 拱冠梁法 16挤貼綬电麥结鈺贖哓类 5 2 1 拱冠梁法的基本原理 16赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈 5 2 2 拱冠梁法的主要步骤 17塤礙籟馐决穩賽釙冊庫 5 3 应力和内力计算过程 17裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺 5 3 1 计算拱冠梁在垂直力等作用下产生的径向变位 w i 17仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁 5 3 2 计算拱冠梁单位三角形径向作用下径向变位系数 ij a 27绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧 5 3 3 拱冠梁径向变位 i i C 的求解 34骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙 5 3 4 拱梁分荷值的求解 35瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉 5 3 5 拱冠梁应力计算 36鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類 5 3 6 拱圈应力计算 38栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬 5 4 其他方案的计算 38辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应 5 5 方案计算结果和分析 38峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺 6 6 坝肩稳定计算坝肩稳定计算 4040詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜 6 1 稳定分析 40则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷 6 2 稳定计算 41胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻 6 2 1 当不考虑凝聚力 c 时 42鳃躋峽祷紉诵帮废掃減 6 2 2 考虑凝聚力 c 时 43稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜 6 3 计算成果和分析 44陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟 7 7 坝身孔口的设计坝身孔口的设计 4646沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應 7 1 中孔的设计 46钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺 7 2 底孔的设计 46懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮 7 2 1 孔口的形状和尺寸 体形设计 46謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘 7 2 1 1 进口控制段 46呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚 7 2 1 2 洞身段 47莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减 7 2 1 3 出口控制段 47麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶 7 2 2 底孔的应力计算 47納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬 7 2 2 l 作用于孔口的荷载 47風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙 7 2 1 2 应力计算 47灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹 7 2 3 底孔的配筋计算 49铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝 8 8 拱坝的构造及结构拱坝的构造及结构 5151攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸 毕业设计 论文 3 8 1 坝顶 51趕輾雏纨颗锊讨跃满賺 8 2 廊道与坝体排水 51夹覡闾辁駁档驀迁锬減 8 3 坝体临时收缩缝 51视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝 8 4 坝体内廊道及交通 52偽澀锟攢鴛擋緬铹鈞錠 9 9 拱坝的地基处理拱坝的地基处理 5353緦徑铫膾龋轿级镗挢廟 9 1 坝基开挖 53騅憑钶銘侥张礫阵轸蔼 9 2 拱端开挖 53疠骐錾农剎貯狱颢幗騮 9 3 固结灌浆和接触灌浆 53镞锊过润启婭澗骆讕瀘 9 4 防渗帷幕 53榿贰轲誊壟该槛鲻垲赛 9 5 坝基排水 54邁茑赚陉宾呗擷鹪讼凑 1010 结论结论 5555嵝硖贪塒廩袞悯倉華糲 附录及参考文献附录及参考文献 5656该栎谖碼戆沖巋鳧薩锭 谢谢 辞辞 5757劇妆诨貰攖苹埘呂仑庙 毕业设计 论文 1 0 0 绪论绪论 本次设计为毕业设计 是对大学五年来所学知识的一次综合性的总结概括 是考 察学生理论知识与实践能力的一次演练 是为学生走向工作岗位打下一定基础的关键 一步 是学生走向社会工作的第一步 是了解自我 自我定位的好机会 本次设计的 主要目的是让学生们体会在工作实践中所必须具备的精神 了解工程设计的过程程序 锻炼学生们的实践能力 为走向工作岗位打下一定基础 本设计主要是混凝土拱坝设 计方面的问题 要求设计成果合理 各项指标达到国家规范要求 臠龍讹驄桠业變墊罗蘄 拱坝是固接于基岩的空间壳体结构 因在平面上呈凸向上游的拱形而得名 其拱 冠剖面呈竖直的或向上游凸出的曲线形 据现有资料 最早的圆筒面圬工拱坝可追溯 到罗马帝国时代 到 20 世纪 美国开始修建较高的拱坝 并于 1936 年建成了高 221 米的胡佛重力拱坝 1939 年意大利建成了高 75 米 设有垫座及周边缝的奥 西 列塔薄拱坝 对双曲拱坝建设起到了很大的推动作用 目前世界上最高的是格鲁及亚 的英古里拱坝 最大坝高 272 米 T H 0 19 鰻順褛悦漚縫冁屜鸭骞 中华人民共和国成立后 水利事业突飞猛进地发展 取得了举世瞩目的成就 继 葛洲坝水利枢纽建成后 三峡水利枢纽的开工 南水北调工程的规划设计等壮举进一 步展示出人民水利蓬勃发展的强劲势头 目前 我国在水利工程规模 水利人才素质 以及水利科技水平等方面已达到世界前列 中国的拱坝历史 我国在拱坝建设取得了很 大的进展 截止到 1988 年底的不完全统计 已建成 15 米坝高以上的各类拱坝已达 800 座 约占全世界已建拱坝总数 1 4 强 中国之最 最高的拱坝 台湾省德基双 曲拱坝 高 181 米 T H 0 112 最高的砌石拱坝 河南省群英重力拱坝 高 100 5 米 最薄的砌石拱坝 浙江省方坑双曲拱坝 高 76 米 T H 0 147 穑釓虚绺滟鳗 絲懷紓泺 本设计主要是让同学们了解工程设计的过程程序 知道工程实践中所牵涉的工作 环节 应注意的关键问题 为以后走向工作岗位打下良好的基础 同时锻炼同学们的 实践动手能力和操作能力 改变思维方法 提高工作效率 隶誆荧鉴獫纲鴣攣駘賽 毕业设计 论文 2 1 概述概述 褒河水库位于陕西省汉中平原褒河下游 褒河规划作五级开发 其中枢纽在最下游 汉中地区气候温和 湿润 土地开阔肥沃 是著名的粮仓 现有汉惠渠 褒惠渠 等渠道 均系无坝引水 故灌溉保证率低 本地区又属三线 近年来大量工矿企业纷 纷建立 电力负荷急剧增长 故在本地区修建褒河等一批水利枢纽 开发水力资源 对于促进工农业发展都有着重要意义 浹繢腻叢着駕骠構砀湊 根据规模 效益 参照相关规范将褒河水库定为三级 建筑物级别 主要建筑物 为三等 次要建筑物为四等 临时建筑物为五等 鈀燭罚櫝箋礱颼畢韫粝 褒河水利枢纽主要任务为灌溉 发电 其次为防洪 为此 枢纽定为 渠首电站 拦河坝 拱坝 中孔泄洪 底孔 电站引水渠道等 惬執缉蘿绅颀阳灣熗鍵 褒河水利枢纽对于汉中地区的工农业生产的发展起着相当重要的作用 毕业设计 论文 3 2 2 已知资料已知资料 2 1 流域概况流域概况 褒河属于山溪性河流 发源于秦岭南麓玉皇山及太白山 汇入汉江 整个流域面 积上宽下窄呈漏斗状 流域内植被尚好 水土流失不严重 贞廈给鏌綞牵鎮獵鎦龐 褒河水利枢纽控制流域面积 3 861 平方公里 拟装机 4 12 万千瓦 年发电量 1 42 亿度 可将原灌区 19 5 万亩农田灌溉保证率由 50 提高到 73 8 并扩浇 32 万亩耕地 嚌鲭级厨胀鑲铟礦毁蕲 褒河库区坝址为 U 形河谷 水面宽 40 水深 2 7 河床砂砾石 2 8 mmm 坝址两岸山坡陡峭 590高程以上强风化岩石厚度为 5 以下为 3 5 河床mmm 2 4 迴水 17 面积 3 2 坝址附近平均水面宽度 300 薊镔竖牍熒浹醬籬铃騫 mkm 2 kmm 2 2 水文气象资料水文气象资料 褒河水库坝址下游三公里河东店站水文有 1935 1970 共 36 年资料 该地区多年平均降雨量为 905 6 其中 6 9 月雨量约占全年 75 多年平mm 均径流量 138 亿立米 多年平均流量 43 6 齡践砚语蜗铸转絹攤濼 sm 3 多年平均输沙率为 4 7 多年平均输沙量为 148 万吨 skg 多年平均气温 14 4 绝对最高气温 44 绝对最低气温 13 4 绝对最高 水温 33 3 绝对最低水温 0 绅薮疮颧訝标販繯轅赛 2 3 工程地质资料工程地质资料 褒河库区在褒河峡谷出口段 大地构造上位于南秦岭褶皱带中断南缘 库区出露 地层为石炭系 三迭系前海相沉积物经区域变质作用而成的变质岩 三迭系岩层为片 岩 片麻岩 并夹有大理岩 白云岩 分布于将军铺至青桥铺一带 石炭系岩层为片 岩及大理岩分布于坝区附近 第四纪松散堆积物为砂质粘土冲击砾石 区内无大断裂 经科学院西北地质大队判定该地区地震烈度为 7 度 饪箩狞屬诺釙诬苧径凛 库区内虽有大理岩等露头 但两岸山势雄厚 水平方向溶洞发育不深 坝址处基 岩透水性弱 单位吸水量小于 0 01 升 秒 故不存在渗漏问题 库区内岸坡地段基岩 裸露 不会产生塌岸 烴毙潜籬賢擔視蠶贲粵 2 42 4 工程规划工程规划 根据梯级水库运用规划 褒河正常高水位定为 618 米 相应库容 1 05 亿立米 毕业设计 论文 4 死水位 595 死库容 0 443 亿立米 m 该水库设计洪水 4290 校核洪水位 5590 可能最大洪水流量 设 Qsm 3 校 Qsm 3 10000 sm 3 河床最低高程 535 基岩高程 532 mm 三十年淤积高程 565 m 下游水位 设计洪水位 548 75 校核洪水位 550 05mm 电站进口高程 567 最大引水流量 68 1 msm 3 东干渠进口高程 588 5 引用流量 30 灌溉 27 万亩农田 西干渠进口高msm 3 程 592 引用流量 6 灌溉 5 万亩农田 鋝岂涛軌跃轮莳講嫗键 msm 3 淤沙浮容重 7 5 水下摩擦角 10 3 mkN 2 5 工程材料设计指标工程材料设计指标 坝址区岩石容重模量 26 5 弹性模量 16 泊桑比 0 2 摩擦系数 3 mkNGPa 0 6 混凝土容重 24 弹模 16 线膨胀系数 0 00001 泊松比 0 2 3 mkNGPa 2 6 施工 天然建材 交通情况施工 天然建材 交通情况 施工 交通情况 峡口地势开阔 有公路可通宝成铁路线上略阳 坝址下游 20 公里联接宝成和襄与铁道德阳 平关 安 康 铁路即将建成通车 承担褒河水利枢 纽工程的水电三局拥有较强的技术力量和机械设备 撷伪氢鱧轍幂聹諛詼庞 天然建筑材料 坝址下游 3 5 8 0的中滩 红庙等储有砂砾石 116 万 kM 3 m 砾石成分主要为花岗岩 石英岩 砂子以石英 长石为主 质地较好 交通运输便利 土料很少 运距约 4 踪飯梦掺钓貞绫賁发蘄 kM 毕业设计 论文 5 3 枢纽布置枢纽布置 3 13 1 坝型的选择坝型的选择 经过各方面的分析比较 拟订修建拱坝 下面从几方面说明修建拱坝的优越性 由地质条件及地形资料可知能在这个坝址修建土石坝 重力坝 拱坝 支墩坝 现分 别比较如下 婭鑠机职銦夾簣軒蚀骞 3 1 13 1 1 土石坝土石坝 土石坝仅靠坝身自重与地基接触而产生的抗滑力维持稳定 因存在滑坡的问题 土石坝在各种坝型中体积最大 底宽最长 工程量也较大 譽諶掺铒锭试监鄺儕泻 坝身不能泄流 须另外设置溢洪道 泄洪安全性不可靠 施工导流也不方便 计 算方法多采用材力法 手算占相当大的比例 为防止渗透变形须设置防渗心强 防渗 材料的填筑受气候条件的影响较大 另外 最主要原因为该地区的土料较少 没有足 够的筑坝材料 因此该坝址不选择修建土石坝 俦聹执償閏号燴鈿膽賾 3 1 23 1 2 支墩坝支墩坝 支墩坝与重力坝相比 混凝土用量小 能充分利用材料的强度 但侧向稳定性差 对地基的要求比重力坝更加严格 钢筋用量较多 施工散热条件好 温控措施简易 但模板复杂 用量大 混凝土标号要求高 每方混凝土的代价也高 且单宽流量较大 但容易引起坝体振动 如果要在这里修建大坝 选择重力坝而不选择支墩坝 故也不 修建支墩坝 现在在下面的小节重点比较重力坝和拱坝的选择 缜電怅淺靓蠐浅錒鵬凜 3 1 33 1 3 重力坝和拱坝重力坝和拱坝 两种坝型均可满足枢纽布置的总体要求 也都适合坝址的地质及地形条件 但 是从地形图上可知道 该河谷为上宽下窄的喇叭形河口谷 修建拱坝更有优势 同时 拱坝方量比重力坝的少 可节省 1 3 1 2 的方量 骥擯帜褸饜兗椏長绛粤 拱坝的工期比重力坝约可节约 1 4 对大坝工程的总投资 拱坝可节约 15 左右 重力坝重要依靠自重产生的抗滑力维持稳定 无疑坝体的工程量大 坝体内钢 筋用量较多 未能很好的利用混凝土的抗压强度 癱噴导閽骋艳捣靨骢鍵 毕业设计 论文 6 1 2 3 重力坝的底宽较大 扬压力大 对坝身稳定不利 坝体过大 施工期温度应力 收缩应力较大 鑣鸽夺圆鯢齙慫餞離龐 拱坝除了有上述优点外 还有自身的结构优点 具有双向传力的性能 由拱梁共同承担受力 拱是推力结构 主要产生轴向压力 有利于充分发挥材料的抗压性能 拱坝具有较高的超载能力和抗震能力 可达到设计荷载的 5 11 倍 不设永久性伸缩逢 整体性能好 当外荷载增大或坝体的某一部位发生局部开 裂时 坝体的梁和拱将自行调节 抗渗性能好 弹性韧性好 抗震性能高 榄阈团皱鹏緦寿 驏頦蕴 计算方法多采用材力法和有限元法 计算繁琐 但计算机和计算程序的普及与 推广已大大的解决这一难题 逊输吴贝义鲽國鳩犹騸 可坝身泄水 虽然拱坝的结构复杂 但综合比较后 选择拱坝为设计坝型 由于该地的岩石均为一些片岩等整体性能不太好的岩石 又该处砌石料难找 而 在该处交通发达 坝址下游 3 5 8 0 公里处有足够的沙砾石 能充分提供筑混凝土坝 的骨料 故在该处修建混凝土拱坝 幘觇匮骇儺红卤齡镰瀉 3 23 2 枢纽布置方案的选择枢纽布置方案的选择 3 2 13 2 1 坝轴线的选择坝轴线的选择 从地形图可确定三种修建拱坝的坝址 现分析比较选择中间合理的方案 由于在 两岸处都有一个凸出的山包 而总体河流弯道为顺时 图 3 1 中 2 处处于山包中间位 置 该处不仅施工面狭窄开挖量大 最主要的原因 不利于坝端的抗滑稳定 图 3 1 中 3 处的位置 离两山包较远 未能充分利用山包 的抗滑能力 该处轴线较长 工程量大 造成 浪费 对于梯级开发电站 造成了库容 图 3 1 坝址选择地形图誦终决懷 区馱倆侧澩赜 的浪费 毕业设计 论文 7 在整体布置中 不利于隧洞的洞线布置 增加了洞线的长度 从而增加了工程 量 增加了工期 造成浪费 医涤侣綃噲睞齒办銩凛 图 3 1 中 1 的位置 充分利用了抗滑作用 且坝轴线不长 轴线与地形线垂直 能充分起抗滑作用 有利于整体枢纽的布置 综合以上几点 故选择在 1 处修建拱坝 3 2 23 2 2 引水隧洞的布置引水隧洞的布置 由于修建的是拱坝 而拱坝有一个突出的特点是不能分期修建 只能采用全断面 截流后修筑 故必须在两岸山体中开挖隧洞作为施工导流和引水之用 舻当为遙头韪鳍哕晕糞 隧洞可布置在两岸山体中 由于该河道为顺时针弯曲的弯道河流 左岸为凹岸 如果在左岸开凿隧洞 其洞线很长 不经济 且绕了几个大弯 不满足快速泄流和引 水的条件 鸪凑鸛齏嶇烛罵奖选锯 而右岸为凸岸 引水隧洞短而直 泄水迅速 经济合理 故拟在右岸修建隧洞 引水隧洞为前期施工导流隧洞 为了充分利用该导流隧洞 把该隧洞做成电站的 引水隧洞 为便于电站进水口与下游电站厂房的布置和水流条件 隧洞的进出口不能 太过靠近大坝 进口距大坝 200左右 出口距大坝 300左右 在距大坝 50左右mmm 的地方修建电站引水口 利用弯道和导流隧洞连接 水库开始蓄水前 电站进水口与 隧洞连接的前部用混凝土塞子封堵 由于时间关系 引水隧洞不进行具体设计 采用 原设计的数据 进口高程为 544 0 电站引水口的进口高程为 567 0 隧洞直径mm 采用经验值 取为 7 在隧洞的出口电站前面修建一个直径为 10的压力前池 筧驪mm 鴨栌怀鏇颐嵘悅废 3 2 33 2 3 东 西干渠渠首布置东 西干渠渠首布置 东干渠引水口高程 588 5 引用流量为 30 河流为东南走向 布置在河流msm 3 的左岸每一位置 根据坝轴线和地形地质条件 拟利用引水渠引水到坝端 再以引水 道引水到下游东干渠渠首 韋鋯鯖荣擬滄閡悬贖蘊 西干渠引水口高程 592 0 引用流量为 6 根据地形地质条件及 引水隧msm 3 洞及厂房的位置 西干渠渠首布置在坝端右岸下游 100处 引水隧洞右侧 为了不m 影响电站进水口的布置 故把西干渠的引水道进口修建在坝体上面 因此渠道的引水 洞和引水隧洞在空间上交叉 引水隧洞在渠道引水道的上面 为满足水流运行条件以 及引水方便 渠首引水道在坝身处直线引水到坝后利用弯道至西干渠渠首 涛貶騸锬晋铩锩 揿宪骟 毕业设计 论文 8 在本次设计中 隧洞 电站厂房 引水道都未进行具体设计 在设计图纸上为一 个大体形象 多数引用了原设计 3 2 43 2 4 泄洪方案的选择泄洪方案的选择 褒河水利枢纽的主要的任务是灌溉 其次是发电 防洪 而泄洪建筑物的布置是 拱坝设计的关键 拱坝泄洪分坝外泄洪与坝体泄洪两种 但拱坝多修建在峡谷河段上 一般无合适的垭口可供利用 因此多数情况下采用坝体泄洪 而坝体泄洪有坝顶泄流 坝面泄流 滑雪道式和坝身泄水孔等几种 现对他们进行分析比较 钿蘇饌華檻杩鐵样说泻 3 2 4 13 2 4 1 坝顶泄流坝顶泄流 坝顶泄流是指洪水经过坝顶自由跌落或经外悬臂挑坎往下游挑落的过流形式 优 点是 结构较简单 设计施工较容易 对坝体的应力影响较小 一般水头不大 起闭设备易于检修 工程造价较低 用表孔排水时还可以排漂 对于调洪库容较小的水库 还可以通过超标准洪水 有利于工程安全 坝顶泄流的缺点是 堰上水头低时泄流能力小 溢流前沿较长 而当全线溢流时 又容易冲刷岸坡 戧礱風熗浇鄖适泞嚀贗 坝顶下泄水流的挑流速小 挑距近 容易冲刷坝脚 需对岸坡和坝脚采取一定 的保护措施 購櫛頁詩燦戶踐澜襯鳳 不能适应低水位的泄流要求 因而坝顶泄流孔口通常与底孔和隧洞配合使用 嗫奐闃頜瑷踯谫瓒兽粪 坝顶泄流由于水舌跌落较近 入对角大 对坝基的冲刷力大 所以一般采用跌流 消力池或在下游设二道坝抬高水位 形成水垫消能 虚龉鐮宠確嵝誄祷舻鋸 3 2 4 23 2 4 2 坝面泄流坝面泄流 坝面泄流指水流过堰顶后继续沿坝身下泄 最后以挑流或与下游尾水相接 与坝 顶溢流相比优点之处不同在于坝面溢流的落差较大 流速较高 采用挑流形式与尾水 相接时 挑距较大 对坝体安全更为有利 但坝面溢流存在水流同心集中的特点 水 舌宽度沿程缩窄 无疑下游要增设消能设备 加大工程量 同时由于坝面泄流的挑距 近 冲刷力大 难于满足安全泄流的要求 與顶鍔笋类謾蝾纪黾廢 毕业设计 论文 9 3 2 4 33 2 4 3 滑雪道式泄流道滑雪道式泄流道 滑雪道式泄流道 即紧接坝体之后用支墩或混凝土排架将 滑雪式 支撑起来泄 流 若将滑雪道布置在拱坝的两侧 由于拱坝有向心集中和河床狭窄的特点 因此水 舌能够在空中冲击消能 同时 滑雪式在高速水流的作用下 震动的比较严重 因此 安全泄洪性不高 結释鏈跄絞塒繭绽綹蕴 3 2 4 43 2 4 4 坝身开孔泄洪坝身开孔泄洪 坝身开孔泄洪就是在坝体上一定的位置开设孔口用来满足泄洪要求 按孔口设置 的位置不同可以分为表孔 中孔和深孔 坝身开孔泄流除节省工程量 经济外还具有 以下的优点 餑诎鉈鲻缥评缯肃鮮驃 泄流流量随水位的变化关系不大 若采用中 深孔泄流尚可结合施工导流或放空水库 比单独开挖隧洞更经济 爷缆鉅摯騰厕綁荩笺潑 如采用挑流消能 则一般起挑流速大 挑距远 有利于坝体安全 如采用中 深孔泄洪 不但工程建成后可严格控制蓄水速率 泄洪时又可按预 报提前腾空库容 保证安全泄洪 锞炽邐繒萨蝦窦补飙赝 坝身开孔泄流的缺点是 坝身开孔过大或过多 不利于坝体受力 同时也会引起震动 闸门和起闭设备的容量一般较大 检修较困难 如果水库的调节性能不好 当发生超标准洪水时 可能漫顶 不利于安全 为 此 最好设置必要的表孔泄流并结合排漂 曠戗輔鑽襉倆瘋诌琿凤 随着应力实验技术的发展 对一些坝身开孔工程的模拟实验表明 坝身开孔除对 孔口周围的局部应力有影响外 对整个坝体的应力影响不大 此外 随着闸门制造技 术的发展以及大容量起闭设备的制造 修建大孔口或深孔泄流已成为一种惯例 轉厍蹺佥 诎脚濒谘閥糞 坝身开孔泄流 一般布置于河心或对称的布置于河心中央的两侧 由以上分析并根据褒河库区地质 地形资料 拟建一般拱坝 并采用中孔 底孔 联合泄流 另外 由于时间的关系 本次设计未进行调洪验算 所以中孔泄洪的形式 尺寸 高程 数目均沿用原设计 坝顶高程也沿用原设计 确定为 620 0 嬷鯀賊沣謁麩溝赉涞锯 m 毕业设计 论文 10 4拱坝设计拱坝设计 4 14 1 拱坝体型设计拱坝体型设计 4 1 14 1 1 基本原则基本原则 对与 U 形河谷 拱坝顶底跨度接近 刚度相差不大 因而沿水深增加的水压力 需要由悬臂梁增加截面厚度承担坝体应力 从这个方面说较适合单曲拱坝的修建 但 是 单曲拱坝厚度过大 应力条件不好 造成了浪费不经济 双曲拱坝虽然各层拱圈 的刚度变化不大 但刚度条件已经能够满足受力条件 且能充分发挥混凝土的强度 另外 双曲拱坝根据地形条件变化明显 开挖量比一般的单曲拱坝少 讯鎬謾蝈贺綜枢辄锁廪 但是 本设计要求做单曲拱坝 从地形图上可看出 该 U 形河谷对称程度高 选择圆弧拱就可以满足设计的要求 故本设计采用等中心角 等外半径的等截面圆弧单曲拱坝 兒躉讀闶軒鲧擬钇標藪 由于河床最低高程 535 0 基岩高程为 532 0 故以 532 0处为坝底高mmm 程 则坝高为 88 0 620 532 88 繅藺詞嗇适篮异铜鑑骠 m m 毕业设计 论文 11 由已知资料中可知 590高程上风化层厚 5 590高程以下为 3 5 米 则mmm 取 5为开挖深度 故在拱坝开挖后的河谷地形等高线要比原地形等高线的相同处少 5m 高程 也就是说 以前是 625的高程 在开挖后变成了 620高程 由于坝顶高程mmm 为 620 现在前面 3 1 图中 1 处的适宜位置布置坝轴线 与 620的等高线相交 量mm 出两交点的连线长 200 0 鮒簡觸癘鈄餒嬋锵户泼 c Lm 4 1 24 1 2 拱坝基本尺寸的拟定拱坝基本尺寸的拟定 4 1 2 14 1 2 1 拱坝分层拱坝分层 在拱坝的应力计算和拱坝的平面布置的时候一般把拱分成 5 7 层 本设计采用 6 拱圈 5 不等段 从上而下每段的高度分别是 20 20 20 20 8 则每截mmmmm 面的高程分别为 620 0 600 0 580 560 0 540 0 532 0 这样分段mmmmmm 是为便于地形图上开挖后的河谷地形的绘制以及每层拱圈的拱端之间的弦长的求解 从地形图上可得每层拱圈弦长 191 4 169 7 134 3 97 4 2 Lm 3 Lm 4 Lm 5 Lm 73 6 上面的数据只能作为初步设计的数据 最后的各层拱圈的弦长得由拱坝平 6 Lm 面布置上得到 眯毆蠐謝银癩唠阁跷贗 4 1 2 24 1 2 2 坝顶厚度坝顶厚度 c T 选择时 应该考虑工程的规模 交通和运行要求 如无交通要求 一般取 c T c T 3 5 但至少不得小于 3 可由下面的经验公式的求 mm c T 0 012 4 1 c THL 0 0145 2 4 2 c T a RH 0 4 0 01 3 4 3 c TLH 闵屢螢馳鑷隽劍颂崗鳳 式中 最大坝高 H 坝顶高程处 河谷开挖后两拱端之间的直线距离 等于Lm c L 顶拱轴半径 初估时可取 0 61 0 70 L 本设计取 a R a R 0 65 0 63 202 0 130 0檁傷葦开阈灯伞馑諧粮 a RLm 由 4 1 得 0 012 88 200 0 3 456 c Tm 由 4 2 得 0 0145 2 130 88 5 046 c Tm 由 4 3 得 0 4 0 01 200 0 3 88 5 04 c Tm 由于该坝上没有交通要求 根据上面的数据取 5 0 c Tm 毕业设计 论文 12 4 1 2 34 1 2 3 坝底厚度坝底厚度 B T 求坝底厚度的时候用下面的经验公式 B T 任德林公式 当 60 100 0 8 3 5 时 HmHL 0 0382 H 4 4 B T 1000 2 632 0 H H L 美国垦务局经验公式 4 5 B T 1223 12 0 0012 122 H H HL L 朱伯芳经验公式 4 6 B T HLLK n 11 式中 的意义同前 LH 为第一层拱圈的弦长 等于 1 L c L 为 0 15处拱圈的弦长 现取为与同长 2 LH c L 为到数第二层处的拱圈弦长 现取为与同长 1 n L c L 由 4 4 得 88 0 0382 21 14 B T 0 632 2002 88 881000 m 由 4 5 得 可拟 再折减 2 L 2 L 1 L 14 94 B T 88 1223 88 0 0012 88 200 200 122 m 由 钢筋混凝土结构学 中查得 5Mpa 可拟 再折减 Min 2 L 2 L 1 L 由 4 6 得 24 64 B T 0 35 200200 88 500 m 由 4 5 得到的数据太小 现在不考虑 只比较 4 4 式和 4 6 式的数据 任德 林方案适用于砌石坝 倒悬度小 应力不易满足条件 美国垦务局方案应力易满足 条件 但坝体肥厚 倒悬度大 参考同类建筑和两种方案故选择 22 0 米 则厚 B T 高比 0 25 属于中厚拱坝 鄭饩腸绊頎鎦鹧鲕嘤錳 H T 88 22 4 1 34 1 3 拱冠梁剖面设计拱冠梁剖面设计 毕业设计 论文 13 4 1 3 14 1 3 1 基本原则基本原则 由于时间关系本次设计将上下游面圆心线简化为一条直线 并将上游拱冠梁面定 为铅直面 这样当中心角确定后可计算出顶拱外半径 再定底拱外半径这样根据各层 拱圈厚和上游拱 冠梁面为铅直面 按比例关系就可 计算出各层拱圈内外半径 下游斜面斜率 K 0 20 本次设计采用 6 拱 5 不等段法 各层 拱圈尺寸见下图 弃铀縫迁馀氣鰷鸾觐廩 图4 1 方案四拱冠梁剖面图 4 24 2 拱坝的平面拱坝的平面布置布置 4 2 14 2 1 基本原则及假定基本原则及假定 4 2 1 14 2 1 1 基本原则基本原则 控制梁的自重拉应力不超过允许值 一般为 0 3 0 5Mpa 控制坝面倒悬度不超过允许值 整体为 0 3 1 局部在 0 2 0 25 1 范围内 调谇續鹨髏铖馒喪劉薮 坝体轮廓线应光滑连续 坝体与基岩的接触线应光滑连续 厲耸紐楊鳝晋頇兗蓽驃 4 2 24 2 2 拱圈中心角的确定拱圈中心角的确定 毕业设计 论文 14 在外荷载和河谷形状都相同的情况下 拱圈中心角越大 拱端应力越小 A 2 应力条件越好 若按与工程实际更为接近的两端固端拱计算 当中心角 120 时 A 2 拱圈截面将不出现拉应力 因此 从减少拱圈厚度 改善坝体应力考虑 选较大的中 心角是比较有利的 但从稳定条件考虑 选用过大的中心角将较难满足坝肩的稳定要 求 苧瑷籮藶黃邏闩巹东澤 现代拱坝设计中 顶拱圈的中心角多为 90 110 之间 对于坝址河谷平面上是 漏斗形 其中心角可适当的加大到 110 120 鴿摄禱鋅儀憚銼嚕缗赞 本设计根据以上情况及地质地形资料并结合设计要求 定各方案中心角为 96 100 104 110 各方案保持拱坝在上下游面曲线与各拱圈的厚度不变 仅改变 半径 布置时保证两个半中心角之差不超过 2 完成上下游面圆心线坐标图与拱坝的 平面布置图共四个方案 拱面力求光滑 现把四个方案各自的中心角与各层拱圈内外 半径列入表 4 1箪啬癲剀净赶钩嬙鳄凫 表表 4 14 1 四个方案的中心角及半径汇集表四个方案的中心角及半径汇集表 方 案 高 程 中 心 角 外 半 径 内 半 径 方 案 高 程 中 心 角 外 半 径 内 半 径 620 96 135 130620 100 131 126 600 96 135 126 14600 100 131 122 14 580 96 135 122 27580 100 131 118 27 560 96 135 118 41560 100 131 114 41 540 96 135 114 55540 100 131 110 55 方 案 一 532 96 135113 方 案 二 532 100 131109 620 104 127 122620 110 122 117 600 104 127 118 14600 110 122 113 14 580 104 127 114 27580 110 122 109 27 560 104 127 110 41560 110 122 105 41 540 104 127 106 55540 110 122 101 55 方 案 三 532 104 127105 方 案 四 532 110 122100 毕业设计 论文 15 注 L 200 u R 2 sin2 L d R u RT 4 2 34 2 3 拱圈的平面布置拱圈的平面布置 拱坝平面布置的方法及步骤如下 定出坝址 可利用基岩面等高线地形图 这个工作前面已经作完 定出拱坝的对称中心线 该中心线即为顶拱外弧对应弦的垂直平分线 做法 将顶拱外弧 拱坝轴线 和它的垂直平分线绘制在透明纸上 在地形图上移动调整位 置 使拱轴线与等高线在拱端处的夹角不小于 30 35 并使两端夹角大致接近 其 余各层拱圈也要求左右半中心角之差小于 2 且注意使拱轴的垂直平分线与河谷中心 线大致重合 顽鷙瑪滨廈岘轆庫糞糧 根据顶拱的厚度可以绘制出内弧 其他拱圈的布置方法 做法 在顶拱弦长线的中点上量取各圈的弦长 191 4 169 7 134 3 97 4 73 6 并于顶拱 2 Lm 3 Lm 4 Lm 5 Lm 6 Lm 外弧交于一点 然后确定一点 量取各圈外半径的长度 画圆于顶拱垂直平分线交于 一点则就确定了该层拱圈的圆心 再根据各圈的外 内半径画出来该外弧和内弧 漬閫 熾诀团諳赓戰餛锰 悬臂梁截片检查 由于该拱坝对称性较好 在左不拱切取三个悬臂 不包括拱 冠梁 检查坝面是否光滑 倒悬度是否满足施工要求 鐸輜澠顶嫻塊謂斕痹廪 根据以上布置的尺寸 计算坝体工程量 以做出不同方案比较的依据 由于拱 坝应力计算程序在进行计算的同时 也算出了坝体工程量 因此 这一步骤也可由计 算机自动完成 抢觀淚婭师讴论櫚阵蘚 上面四个方案的平面布置图如附图 所示 其中每个图对应一个方案 从轮廓 线以及工程量判断 得出其中较优秀的方案 贼組櫻種愨单蝕渾潷骡 毕业设计 论文 16 4 2 方案四 平面布置图 毕业设计 论文 17 5 5 拱坝应力计算和内力计算拱坝应力计算和内力计算 5 15 1 荷载和荷载组合荷载和荷载组合 5 1 15 1 1 荷载荷载 基本荷载主要有 静水压力 泥沙压力 浪压力 自重 水重 扬压力和温度荷 载 特殊荷载主要有 地震荷载 包括动水压力和地震惯性力 地震动土压力 在基本组合中 静水压力 泥沙压力 浪压力在拱梁分载法中由拱梁共同承担 自重 对于分块浇注的混凝土坝 自重全部由悬臂梁承担 并不影响水平径向 荷载的分配 单独计算自重应力 圓漣檸賡捣蕷舻燁錘泽 水重 一般假定有梁承担 通过梁的变化考虑对拱的影响 扬压力 对中厚拱坝和厚拱坝应记入扬压力作用 对薄拱坝可不计 当扬压力 对拱座及坝基岩体稳定影响较大时 必须计入其作用 蟄彎擼鯁棖佇緡癟椠贊 温度荷载 包括沿截面厚度的平均温度变化 等效线性温差 非线性温差 m t d t 一般情况下不考虑 对于一般中小型工程也可不考虑 在本设计中只考虑 n t n t d t m t 义淨擁扪殴胁纸窺钣鳧 荷载的具体计算方法见应力计算过程中的公式一栏 5 1 25 1 2 荷载的组合荷载的组合 5 1 2 15 1 2 1 基本组合基本组合 水库正常蓄水位 设计正常温降情况 计算荷载有 自重 扬压力 泥沙压力 水压力 温降荷载 这种情况为坝体应 力控制条件 水库运行最低水位 死水位 设计正常温升情况 计算荷载有 自重 扬压力 泥沙压力 水压力和相应的设计正常温升时的温度 荷载 这种情况为坝肩稳定控制条件 绥骅懸缙澀鷂禍紳撻粮 5 1 2 25 1 2 2 特殊组合特殊组合 非常泄洪 校核洪水位 设计正常温升情况 计算荷载有 自重 静水压力 泥沙压力和设计正常温升的温度荷载 这种情况 为坝肩稳定的控制条件 基本组合 地震荷载 由于时间关系 省略浪压力和地震荷载 只计算基本组合 和特殊组合 馒锁開钥焖緒珏 編軻錙 毕业设计 论文 18 5 25 2 应力计算方法 拱冠梁法 应力计算方法 拱冠梁法 5 2 15 2 1 拱冠梁法的基本原理拱冠梁法的基本原理 拱冠梁法是一种简化了的拱梁分载法 就是沿高程将坝体分成 5 7 层 在每层内 取 1 米高度的水平拱圈 以及取中面宽度为 1 米的拱冠梁作为计算单元 根据两者交 点处的径向变位一致条件建立荷载分配方程组 求解拱梁中的径向荷载分配比例 并 假定荷载沿拱圈均匀分布 以一根在拱冠的悬臂梁分配到的荷载代表全部悬臂梁的受 力情况 各拱圈分布到的荷载仍为径向荷载 且从拱冠到拱圈均匀分布 采用分段施 工时 则自重已由梁在封拱前单独承担 通过拱圈变位考虑对梁的影响 在进行拱梁 分载后计算应力时 自重 水沙重 扬压力等全部由梁承担 獄质嶇僅痺鲒潰脫帧開 5 2 25 2 2 拱冠梁法的主要步骤拱冠梁法的主要步骤 选定若干拱圈 5 7 圈 分别计算各拱圈以及拱冠梁与各拱圈交点在单位径向 荷载作用下的变位 这些变位即为变位系数 鍥苋娛殫秽笾殇蕢谬藓 根据各个交点拱梁径向变位协调的关系以及各点拱梁荷载之和应等于总荷载强 度的要求建立变位协调方程组 杂砖墳雖紜飯曇覡墾騾 将上述方程组联立求解 可以得到各点的拱梁荷载分配 根据求出的荷载分配值分别计算拱冠梁与各拱圈的内力和应力 拱冠梁法按其荷载分配的计算方法不同可分为试载法和解联立方程法两种 5 35 3 应力和内力计算过程应力和内力计算过程 计算方法 利用 Excel 解联立方程法 下面只打出所选方案的设计水位 温降的应力和校核水位 温升的拱端的内力 5 3 15 3 1 计算拱冠梁在垂直力等作用下产生的径向变位计算拱冠梁在垂直力等作用下产生的径向变位 w i 拱冠梁的截面常数 梁自重及其弯矩 水重及其弯矩 淤沙重及其弯矩 扬压 力及其弯矩等项目的计算 详见表 5 1 参数意义如图 5 1 所示 参数图如图 5 2 所示 轼栀嗶鑊绷瘍懔諍訝澤 毕业设计 论文 19 重心 上核点 形心中心 下游水位 上游水位 T KdKu adau b gbbgb b ga bga e1 hd下 Dh hu上 hu下 eu Da g DTd Dag DTu 中心 形心 上核点 e e b h1 hu hd DSd DSU T Rd rRU 形心 Ds 1 0 e ad a 图 5 1 拱冠梁参数意义示意图 毕业设计 论文 20 毕业设计 论文 21 表表 5 15 1 垂直力的求解表垂直力的求解表 截 面 分 类 名称及算式 123456 计算高程 620600580560540532 拱厚T 58 8612 7316 5920 4522 外半径 u R 122122122122122122 内半径 d R 117113 14109 27105 41101 55100 平均半径 r 2 u R d R 119 5117 6115 6113 7111 8111 rT 0 04180 07530 1100 14590 18290 1981 中线弧长S 111111 外弧长 r R SS u u 1 02091 0381 0551 0731 0911 099 内弧长 r R SS d d 0 9790 9620 9450 9270 9080 901 梁截面面积TSA 58 8612 7316 5920 4522 梁截面惯性矩 S r T TI 2 12 1 3 12 1 1 10 4257 93171 74379 83710 70884 43 形心偏心距 r T e 12 2 1 0 0170 0560 1170 2020 3120 363 形心至上游面的距离 1 2 e T au 2 4834 3746 2488 0939 91310 637 形心至下游面的距离 1 2 e T ad 2 5174 4866 4828 49710 53711 363 拱 冠 梁 截 面 常 数 上核点至上游面的距离 r T u T K 6 2 1 6552 9174 1675 3996 6157 099 毕业设计 论文 22 续表续表 5 15 1 截 面 分 类 名称及算式 123456 下核点至下游面的距离 r T d T K 6 2 1 6782 9914 3235 6687 0317 584 形心至上核点的距离 uuu Kae 0 83 1 46 2 08 2 69 3 29 3 54 分段高度h 202020208 分块上游面水平投影 u T 分块顶底形心的水平距离 下上uuug aTaa 1 89 1 87 1 85 1 82 0 72 拱 冠 梁 截 面 常 数 分块重心至分块底形心水平距 下上 下上 TT TTa a g g 3 2 0 86 0 87 0 88 0 88 0 36 分块平均截面积 下上 AAA 2 1 6 9310 8014 6618 5221 23 分块重 ms AhW 33265182703688894076 自 重 及 其 弯 矩 分块重对块底形心的弯矩 gss aWM 2851 4529 6206 7814 1455 分块累计弯矩 ss MM 0 2851 7379 13586 21400 22855 累计重量 ss WW 033268508155452443428510 块顶自重对块底形心的弯矩 下上gss aWM 00 6234 15697 28292 17691 累计弯矩 ss MM 00 6234 21931 50223 67913 自重总弯矩 sss MMM 0 2851 13613 35517 71622 90768 毕业设计 论文 23 续表续表 5 15 1 截 面 分 类 名称及算式 123456 截面至水面深度 u h 01838587886 平均水深 2 1 下上uuu hhh 928486882 分块上游面的水面宽度 u T 平均弧长 2 1 下上uuu SSS 1 0291 0471 0641 082 1 095 分块三角形水重 uuuuwwa SThhW 2 1 上下 块顶上矩形水重 uuuwwb SThW 上 分块水重 wbwaw WWW 累积水重 从上 ww WW 而下 三角形水重重心到块底形心的距 离 3 1 uuga Tab 下 矩形水重重心到块底形心的距离 3 1 uugb Tab 下 三角形水重对块底形心的弯矩 gawawa bWM 矩形水重对块底形心的弯矩 gbwbwb bWM 上 游 坝 面 水 重 及 其 弯 矩 块顶以上水重对块底形心的弯矩 计算改正值 gwwc aWM 上 毕业设计 论文 24 每块水重对底部形心的总弯 wcwbwaw MMMM 续表续表 5 15 1 截 面 分 类 名称及算式 123456 累积水重的弯矩 从上向下 ww MM 截面至水面深度 d h 00008 7516 75 平均水深 2 1 下上ddd hhh 0004 37512 75 分块上游面的水面宽度 d T 1 73 23 平均弧长 2 1 下上ddd SSS 0 9710 9540 9360 9180 904 分块三角形水重 ddddwwa SThhW 2 1 上下 00068 28116 797 块顶上矩形水重 dddwwb SThW 上 0000255 493 分块水重 wbwaw WWW 00068 28372 29 累积水重 从 ww WW 上而下 000068 28440 566 三角形水重重心到块底形心的距 离 3 1 ddga Tab 下 4 4866 4828 4979 9710 286 矩形水重重心到块底形心的距离 2 1 ddgb Tab 下 4 4866 4828 4979 6879 748 三角形水重对块底形心的弯矩 gawawa bWM 000680 81201 5 下 游 坝 面 水 重 及 其 弯 矩 矩形水重对块底形心的弯矩 gbwbwb bWM 00002490 6 毕业设计 论文 25 块顶以上水重对块底形心的弯矩 计算改正值 gwwc aWM 上 0000 49 393 续表续表 5 15 1 截 面 分类名称及算式 123456 每块水重对底部形心的总弯矩 wcwbwaw MMMM 000680 73642 7 累积水重的弯矩 从上向下 ww MM 00006814323 浮托力AhW dwu 10000 1789 3685 渗透压力 6 12 1 1 r T AhhW duwu 0 898 2593 5098 7534 8125 扬压力 1 11uuu WWW 0 898 25