某江水利枢纽拱坝设计计算书毕业论文.doc

水利水电工程专业毕业设计 1 某江水利枢纽拱坝设计计某江水利枢纽拱坝设计计 算书毕业论文算书毕业论文 目录目录 第一章 调洪演算 1 1 1 调洪演算的原理 1 1 2 泄洪方案的选择 1 1 2 1 对三种方案进行调洪演算 1 1 2 2 对三种方案分别计算坝顶高程 5 1 2 3 对三种方案进行比较 7 第二章 大坝工程量比较 8 2 1 大坝剖面设计计算 8 2 2 工程量比较 14 第三章 第一建筑物 大坝的设计计算 16 3 1 拱坝的剖面设计以及拱坝的布置 16 3 1 1 坝型选择双曲拱坝 16 3 1 2 拱坝的尺寸 16 3 2 荷载组合 17 3 3 拱坝的应力计算 17 3 3 1 对荷载组合 使用 FORTRAN 程序进行电算 17 3 3 2 对荷载组合 进行手算 20 3 4 坝肩稳定验算 29 3 4 1 计算原理 29 3 4 2 验算工况 29 3 4 3 验算步骤 30 A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 2 第四章 泄水建筑物的设计 36 4 1 泄水建筑物的型式尺寸 36 4 2 坝身进水口设计 36 4 2 1 管径的计算 36 4 2 2 进水口的高程 36 4 3 泄槽设计计算 37 4 3 1 坎顶高程 37 4 3 2 坎上水深 hc 37 4 3 3 反弧半径 R 38 4 3 4 坡度 直线段 与孔身底部坡度一致 38 4 3 5 挑射角 20 38 4 4 导墙设计 38 4 5 消能防冲计算 39 4 5 1 水舌挑距 39 4 5 2 冲刷坑深 40 参考文献 43 附录一 44 附录二 45 水利水电工程专业毕业设计 3 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 方案一方案一 4 4 表孔表孔 2 2 中孔中孔 表孔 堰顶高程 179m 孔宽 12m 流速系数 m 0 48 孔口面积 B 4 12 48m 单孔流量 2 3 01 2 HgmBQ 中孔 进口高程 135m 出口高程 130m 孔口宽 7 5m 高 7m 闸门开度 a 7 0m 孔口宽度 B 2 7 5 15m 0 96 0 227a H0 单孔流量 2 1 02 2 HgaBQ A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 4 表 1 1 4 表孔 2 中孔方案 中孔表孔 水位 m m 1 H m3 s 1 Q H2 m m3 s 2 Q 总流量 Q m3 s 18248 50 92723003 19230 48530 2913533 483 18652 50 92973133 00670 481890 0755023 081 19056 50 93193257 859110 483723 2406981 099 表 1 2 设 计校 核 流 量 m s 水 位 m 流 量 m s 水 位 m 8000186 934410000188 1174 6000188 89918000190 187 4000190 60446000191 9174 图 1 1 4 表孔 2 中孔方案 180 182 184 186 188 190 192 194 196 020004000600080001000012000 系列1 水利水电工程专业毕业设计 5 起调流量 3533 483m s 用列表试算法进行洪水调节 根据以上表格可以得 出 最大泄洪流量 设计 6235 7m3 s 校核 7483 2m3 s 最高水位 设计 188 42m 校核 190 9m 方案二方案二 2 2 浅孔浅孔 2 2 中孔中孔 浅孔 进口高程 164 米 出口高程 158 米 孔口宽 9 0 米 高 8 0 米 侧收缩系数 0 96 0 227a H0 单孔流量 01 2gHaBQ ma0 8 mB 0 1820 9 中孔 进口高程 135 米 出口高程 130 米 孔口宽 7 5 米 高 7 0 米 侧收缩系数 0 96 0 227a H0 单孔流量 02 2gHaBQ ma0 7 mB1525 7 表 1 3 2 浅孔 2 中孔方案 中 孔浅 孔 水位 m m 1 H 1 Q m3 s m 2 H m3 s 2 Q 总流量 Q m3 s 18248 40 92623003 312240 88432479 4015482 713 18652 40 92883133 119280 89512763 3355896 454 19056 40 93103257 776320 90333021 2276279 003 表 1 4 设 计校 核 流 量 m s 水 位 m 流 量 m s 水 位 m 10000184 193810000187 2483 A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 6 8000185 7818000188 9124 6400186 89836400190 0256 图 1 2 2 浅孔 2 中孔方案 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 020004000600080001000012000 系列1 起调流量 5482 713m s 用列表试算法进行洪水调节 根据以上表格可以得 出 最大泄洪流量 设计 6534m3 s 校核 6873m3 s 最高水位 设计 186 81m 校核 189 89m 方案三方案三 4 4 中孔中孔 中孔 进口高程 135 米 出口高程 130 米 孔口宽 7 6 米 高 7 0 米 单孔流量 侧收缩系数 0 96 0 227a H0 02 2gHaBQ ma0 7 mB 4 3046 7 表 1 5 4 中孔方案 水位 m 中 孔 水利水电工程专业毕业设计 7 m 1 H m3 s 1 Q 18248 50 92726086 713 18652 50 92976349 787 19056 50 93196602 426 表 1 6 设 计校 核 流 量 m s 水 位 m 流 量 m s 水 位 m 10000184 182910000187 2328 8000185 76248000188 8917 6300187 01816300190 1414 图 1 3 4 中孔方案 起调流量 6086 713 m3 s 用列表试算法进行洪水调节 根据以上表格得出 最大泄洪流量 设计 6532m3 s 校核 6602m3 s 最大泄洪流量 设计 6532m3 s 校核 66m3 s 最高水位 设计 186 97m 校核 189 9m 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 020004000600080001000012000 系列1 A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 8 1 2 21 2 2 对三种方案分别计算坝顶高程对三种方案分别计算坝顶高程 坝顶超出水库静水位的高度 h 为 hhhh cz 10 5 式中 波浪高 10 5 h g VgDV h 3 1 2 0 12 23 0 10 5 0076 0 其中 20 250 时为累积频率 5 的波高 250 1000 时为累积频 2 0 VgD 5 h 2 0 VgD 率 10 的波高 10 h 计算最大风速 0 V D 库面吹程 km 波浪中心线至计算水位的高差 z h mm z L H cth L h h 1 2 10 5 2 安全超高 c h 校核情况下 smV 12 0 1000 250 5 272 12 400081 9 22 0 V gD 故mh588 0 81 9 5 272120076 0 3 112 23 10 m g VgDV Lm797 6 81 9 5 27212331 0 331 0 15 415 2315 42 0 15 23 0 mhz16 0 797 6 588 0 14 3 2 mhc5 0 0 588 0 160 0 5 1 248m h 正常情况下 m 0 250 6 21128 1 0 V 105 84 6 21 400081 9 22 0 V gD 故mh226 1 81 9 105 84 6 210076 0 3 112 23 5 m g VgDV Lm235 12 81 9 105 84 6 21331 0 331 0 15 415 2315 42 0 15 23 0 水利水电工程专业毕业设计 9 mhz386 0 235 12 226 1 14 3 2 mhc7 0 1 226 0 386 0 7 2 312m h 方案一 4 表孔 2 中孔 时坝顶高程 设计情况 188 42 2 312 190 732m 校核情况 190 9 1 248 192 148m 方案二 2 浅孔 2 中孔 时坝顶高程 设计情况 186 81 2 312 187 312m 校核情况 189 89 1 248 191 138m 方案三 4 中孔 时坝顶高程 设计情况 186 97 2 312 189 282m 校核情况 189 9 1 248 191 148m 1 2 31 2 3 对三种方案进行比较对三种方案进行比较 方案二即泄水建筑物采用 2 中孔 2 浅孔时所需坝顶高程相对比较小 且方案 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 设计洪水时 允许泄量 6550 m s 校核洪 水时 允许泄量 7550m s 设置两浅孔 孔口宽 9 0m 高 8 0m 进口底高程为 164m 出口底高程为 158m 两中孔 孔口宽 7 5m 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 6534 m s 校核洪水时 下 泄流量 6873 m s 略小于允许下泄流量 设计洪水位为 186 81m 校核洪水位 为 189 89m 由此计算得到的坝顶高程为 191 138m 取 191 14m 最大坝高为 99 14m A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 10 第二章第二章 大坝工程量比较大坝工程量比较 2 12 1 大坝剖面设计计算大坝剖面设计计算 混凝土重力坝 坝前最大水深 H 189 89 92 97 89m 最大坝高为 191 14 92 99 14m 基本剖面 按应力条件确定坝底最小宽度 1 0 c H B 式中 扬压力折减系数取 0 25 3 24mkN c 3 0 10mkN 1 则mB613 67 25 0 4 2 14 99 按稳定条件确定坝底最小宽度 10 c f KH B 式中 K 1 10 0 7 0 f25 0 1 则mB461 72 25 0 10 24 7 0 14 991 1 综合 取坝底最小宽度 B 72 5m 实用剖面 坝顶宽度 取坝高的 8 10 即 8 10 99 14 7 931 9 914 m 取为 9 5m 下游坡度为 H B 99 14 72 5 1 0 731 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 99 14 33 047 66 093 m 取为 50m 上游折坡的坡度取为 1 0 15 水利水电工程专业毕业设计 11 坝底宽度为 72 5 50 0 15 80m 图 2 1 重力坝剖面图 单位 m 排水位置 设计洪水最大下泄流量为 6534 m s 则 Z下 114 033m 水头 H 186 81 114 033 72 78m 校核洪水最大下泄流量为 6873 m s 则 Z下 114 3684m 水头 H 189 89 114 368 75 522m 廊道上游壁到上游坝面距离不小于 1 25 1 15 倍水头 且不小于 4 5m 即 1 25 1 15 75 522 3 02 5 03 m 取为 4m 荷载计算 坝体自重 W1 1 2 7 5 50 24 4500 kN m W2 9 5 99 14 24 22603 92 kN m W3 1 2 63 86 15 24 65129 4 kN m W W1 W2 W3 92233 32 kN m 水压力 设计 垂直水压力 P上 y 1 2 7 5 186 81 142 185 92 10 5235 75kN m P下 y 1 2 114 033 92 0 731 10 1775 03 kN m A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 12 水平水压力 P上 x 1 2 1 2 10 186 81 92 44944 68kN m 0 2 H上 P下 x 1 2 1 2 10 114 033 92 2427 27 kN m 0 2 H下 校核 垂直水压力 P上 y 1 2 7 5 189 89 142 189 89 92 10 5466 75kN m P下 y 1 2 114 368 92 0 731 10 1829 42 kN m 水平水压力 P上 x 1 2 1 2 10 189 89 92 47912 26kN m 0 2 H上 P下 x 1 2 1 2 10 114 368 92 2501 64 kN m 2 H下 0 扬压力 设计 上游坝踵处 186 81 92 94 81m H上 下游坝趾处 114 033 92 22 033mH下 排水孔中心线处 22 033 0 25 93 22 033 39 77 kN m H下H上H下 图 2 2 设计洪水下重力坝坝底扬压力分布图 面积 2 674 2617mS 水利水电工程专业毕业设计 13 则坝底扬压力 2 74 26176mkNU 校核 上游坝踵处 189 89 92 97 89m H上 下游坝趾处 114 368 92 22 368mH下 排水孔中心线处 22 37 0 25 97 89 22 37 41 25 H下H上H下 kN m 图 2 3 校核洪水下重力坝坝底扬压力分布图 面积 2 764 2695mS 则坝底扬压力 2 64 26957mkNU 浪压力 设计 22 2 0 10 50mmzm L LLhhL P mkN 61 98 2 235 1210235 12 386 0 226 1 235 12 10 2 校核 22 2 0 10 50mmzm L LLhhL P mkN 42 25 2 797 6 10797 6 16 0 588 0 797 6 10 2 泥沙压力 A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 14 垂直泥沙压力15 0 2 1 2 sbsn hP 水平泥沙压力 2 45 tan 2 1 2s ssbsk hP 坝前泥沙淤积高度 s hmhs2392115 泥沙浮容重 sb 3 5 8mkN sb 泥沙内摩擦角 s 10 s 故 32 24 33715 0 5 823 2 1 mkNPn 32 83 68 2 10 45 tan235 8 2 1 mkNPsk 稳定校核 P UWf K 设计 29 1 83 6861 9827 242768 44944 74 2617624 33703 177575 523532 92233 75 0 K 10 1 K 校核 201 1 83 6842 2564 250126 47912 64 2695724 33767 178375 546632 92233 75 0 K 10 1 K 稳定满足要求 应力分析 取坝基面 设计 水平截面上的边缘正应力和 y y y 2 6 B M B W y 2 6 B M B W 式中 W 作用在计算截面以上全部荷载的铅直分力总和 向下为正 M 作用在计算截面以上全部荷载对截面形心的力矩总和 逆时针为正 水利水电工程专业毕业设计 15 B 计算截面沿上下游方向的宽度 kpa y 78 441 80 87 497079 6 80 7 72623 2 kpa y 81 1373 80 87 497079 6 80 7 72623 2 边缘剪应力和 y y kpanpp yuy 62 4515 0 78 441 1 94865 137 1 948 kpamppu yy 26 1004731 0 33 22033 22081 1373 铅直截面上的边缘正应力和 x x kpanpp yx 49 14415 0 78 44165 13765 137 22 泥沙泥沙 kpam yx 11 734731 081 1373 22 上游边缘主应力和 1 2 kpanppn uy 62 4480225 0 65 13778 441 0225 0 1 1 22 1 kpappp u 65 13740tan235 8 2 2 泥沙 下游边缘主应力和 1 2 kpamppm uy 92 210781 1373 731 0 1 1 222 1 0 2 u pp 没有出现拉应力 故应力满足要求 校核 水平截面上的边缘正应力和 y y y 2 6 B M B W y 2 6 B M B W kpa y 94 316 80 51 633441 6 80 34 72863 2 A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 16 kpa y 64 1504 80 51 633441 6 80 34 72863 2 边缘剪应力和 y y kpanpnpp yyuy 62 4515 0 78 44165 137 泥沙 铅kpamppu yy 89 1099731 0 33 22033 22064 1504 直截面上的边缘正应力和 x x kpanpp yx 62 13315 0 94 31665 13765 137 22 泥沙泥沙 kpam yx 02 804731 0 64 1504 22 上游边缘主应力 和 1 2 kpanppn uy 97 3200225 0 65 13794 316 0225 0 1 1 22 1 kpappp u 65 13740tan235 8 2 2 泥沙 下游边缘主应力和 1 2 kpamppm uy 66 230864 1504 731 0 1 1 222 1 0 2 u pp 没有出现拉应力 故应力满足要求 2 22 2 工程量比较工程量比较 比较重力坝和拱坝的工程量 重力坝工程量计算利用下式分别对三个坝块进行计算 HmmbLHmmbL H V 23 3 6 212211 第 块 200m 80m b 35 95m 0 15 0 731 H 50m 1 L 2 L 1 m 2 m 3 1 38380050881 0 295 3538050881 0 95 353200 6 50 mV 第 块 265m 200m b 9 5m 0 0 731 H 36 15m 1 L 2 L 1 m 2 m 水利水电工程专业毕业设计 17 3 2 98 18572315 36731 0 25 9320015 36731 0 5 93265 6 15 36 mV 第 块 298m 265m b 9 5m 0 0 H 12 99m 1 L 2 L 1 m 2 m 3 3 51 3473805 9326505 93298 6 99 12 mV 重力坝工程量 383800 185723 98 34738 51 604262 49 123 VVVV 3 m 拱坝工程量计算利用下式分别对四个坝块进行计算 下上 AA h V 2 2 1 32 30085 840 1912 360 106 mA 2 2 82 356375 1209 1572 360 102 mA 2 3 37 39571709 1272 360 105 mA 2 4 81 366925 2106 1022 360 97 mA 2 5 92 2347 5 2545 692 360 76 mA 3 211 24 81445 82 356332 3008 2 785 24 2 mAA h V 3 322 35 93206 82 356337 3957 2 785 24 2 mAA h V 3 433 83 94519 81 366937 3957 2 785 24 2 mAA h V 3 544 72 74574 81 366992 2347 2 785 24 2 mAA h V 拱坝总工程量 3 14 34374672 7457483 9451935 9320624 81445mV 经比较 拱坝较重力坝可节约工程量为 604262 49 343746 14 604262 49 43 11 又因为坝址处地形地质条件都较好 能适宜建拱坝 故选择拱坝方案作为设计方 A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 18 案 第三章第三章 第一建筑物第一建筑物 大坝的设计计算大坝的设计计算 3 13 1 拱坝的剖面设计以及拱坝的布置拱坝的剖面设计以及拱坝的布置 3 1 13 1 1 坝型选择双曲拱坝坝型选择双曲拱坝 3 1 23 1 2 拱坝的尺寸拱坝的尺寸 坝顶的厚度 3 1 1 4 201 0 bHTC 0 01 99 14 2 310 1616 8 435m Tmin 3 5m 1 4 201 0 bH 取 8 5m C T 坝底的厚度 B T 3 2 a n B HbbK T 11 式中 K 0 0035 6 55kN m a 分别为第一 第四层拱圈两拱端新鲜基岩之间直线距离 310 16m 1 b 1 n b 1 b 163 99m 1 n b H 坝高 99 14m 0 0035 310 16 163 99 100 6 55 25 12m 取 25 5m B T B T 上游面的曲线采用二次抛物线 2 21 H y x H y xZ 式中 211 2xx 12 1 2 2 B T x 取 0 62 0 3 1 2 则 0 3 25 5 2 0 62 1 31 88 2 0 62 31 88 40 16 2 x 1 x 上游面的曲线方程为 2 14 99 88 31 14 99 16 40 yy Z 水利水电工程专业毕业设计 19 下游面的曲线按 沿高程线性内插 C T B T 设第 i 层拱圈的厚度为 则 i y 3 3 14 99 5 8 5 25 5 8 ii CBCi y H y TTTT 表 3 1 各层拱圈的形体参数 单位 m 截面 i y H 上 Z 下 Z i T高程 1099 140 00 8 50 8 50 191 14 224 78599 14 8 05 4 70 12 75 166 355 349 5799 14 12 11 4 89 17 00 141 57 474 35599 14 12 19 9 06 21 25 116 785 599 1499 14 8 28 17 22 25 50 92 图 3 1 拱冠梁横剖面图 单位 m 3 23 2 荷载组合荷载组合 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 A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 20 3 33 3 拱坝的应力计算拱坝的应力计算 3 3 13 3 1 对荷载组合对荷载组合 使用使用 FORTRANFORTRAN 程序进行电算程序进行电算 正常水位 温降 N 5 u 0 20 AT 47 00 BT 3 39 RG 2 40 FS 10 00 RS 0 85 EC 2200000 0 EF 2200000 0 GC 0 000008 HW 6 14 HS 76 14 X1 40 16 X2 31 88 DESIGN POINT 0 X1 40 1600 X2 31 8800 LEVEL HI AF SL T R 1 0 00 45 00 152 80 8 50 191 40 2 24 78 45 00 122 50 12 75 157 09 3 49 57 45 00 100 73 17 00 127 09 4 74 36 45 00 76 37 21 25 102 06 5 99 14 45 00 42 81 25 50 69 45 H STRESS V STRESS WITH WATER V STRESS WITHOUT WATER LEVEL CROWN U CROWN D ABUT U ABUT D CROWN U CROWN D CROWN U CROWN D 1 237 27 145 28 110 26 278 07 00 00 00 00 2 290 71 118 77 63 54 248 60 59 96 51 31 14 62 115 52 3 290 11 68 62 15 17 212 83 79 46 124 90 9 81 172 27 4 220 78 11 25 41 39 137 39 42 44 234 41 124 21 125 68 5 91 72 54 76 38 68 47 81 72 17 404 66 320 22 24 04 LEVEL RADIAL DISP ROT ANGLE Pi Xi ROT LAOD 1 0 043340 0 000308 8 44 0 00 2 0 035509 0 000370 16 82 1 02 3 0 025362 0 000454 25 21 2 88 4 0 013455 0 000417 26 93 7 27 5 0 003420 0 000188 22 48 10 36 设计水位 温升 水利水电工程专业毕业设计 21 n 5 u 0 20 AT 47 00 BT 3 39 RG 2 40 FS 10 00 RS 0 85 EC 2200000 0 EF 2200000 0 GC 0 000008 HW 4 33 HS 76 14 X1 40 16 X2 31 88 DESIGN POINT 0 X1 40 1600 X2 31 8800 LEVEL HI AF SL T R 1 0 00 45 00 152 80 8 50 191 40 2 24 78 45 00 122 50 12 75 157 09 3 49 57 45 00 100 73 17 00 127 09 4 74 36 45 00 76 37 21 25 102 06 5 99 14 45 00 42 81 25 50 69 45 H STRESS V STRESS WITH WATER V STRESS WITHOUT WATER LEVEL CROWN U CROWN D ABUT U ABUT D CROWN U CROWN D CROWN U CROWN D 1 268 40 208 01 185 02 295 17 00 00 00 00 2 294 25 170 17 130 31 261 35 84 00 27 81 14 62 115 52 3 291 56 120 27 78 93 229 23 114 51 90 09 9 81 172 27 4 231 33 44 71 20 47 162 12 87 37 187 76 124 21 125 68 5 119 16 6 81 7 02 79 22 5 67 317 29 320 22 24 04 LEVEL RADIAL DISP ROT ANGLE Pi Xi ROT LAOD 1 0 028598 0 000102 10 44 0 00 2 0 025786 0 000189 18 72 0 55 3 0 019791 0 000315 27 92 2 38 4 0 010982 0 000322 31 80 5 89 5 0 003051 0 000152 31 83 8 87 校核水位 温升 n 5 u 0 20 AT 47 00 BT 3 39 RG 2 40 FS 10 00 RS 0 85 EC 2200000 0 EF 2200000 0 GC 0 000008 HW 1 25 HS 76 14 X1 40 16 X2 31 88 DESIGN POINT 0 A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 22 X1 40 4100 X2 31 5700 LEVEL HI AF SL T R 1 0 00 45 00 152 80 8 50 191 40 2 24 78 45 00 122 50 12 75 157 09 3 49 57 45 00 100 73 17 00 127 09 4 74 36 45 00 76 37 21 25 102 06 5 99 14 45 00 42 81 25 50 69 45 H STRESS V STRESS WITH WATER V STRESS WITHOUT WATER LEVEL CROWN U CROWN D ABUT U ABUT D CROWN U CROWN D CROWN U CROWN D 1 296 14 227 40 201 22 326 62 00 00 00 00 2 322 27 184 01 139 60 286 22 90 38 23 31 14 62 115 52 3 314 33 127 66 82 61 247 10 112 10 95 75 9 81 172 27 4 245 27 45 75 19 83 171 93 74 75 203 85 124 21 125 68 5 123 83 8 17 6 32 82 61 15 23 341 97 320 22 24 04 LEVEL RADIAL DISP ROT ANGLE Pi Xi ROT LAOD 1 0 032544 0 000142 11 47 0 00 2 0 028722 0 000234 20 43 0 68 3 0 021558 0 000359 30 00 2 59 4 0 011736 0 000353 33 61 6 28 5 0 003195 0 000163 33 04 9 28 3 3 23 3 2 对荷载组合对荷载组合 进行手算进行手算 拱冠梁法计算应力的变形协调方程 ii n j iiijij Axpxaa 1 式中 i 1 2 3 n 拱冠梁与水平拱交点的序号 即拱的层数 J 单位荷载作用点的序号 pi 作用在第 i 层拱圈中面高程上总的水平径向荷载强度 包括水 压力 泥沙压力等 水利水电工程专业毕业设计 23 xi 拱冠梁在第 i 层上所分配到的水平径向荷载强度 为未知数 pi xi 第 i 层拱圈所分配到的水平径向均布荷载强度 xj 梁在 j 点所分配到的荷载强度 aij 梁在 j 点的单位荷载所引起 i 点的径向变位 称为梁的 单位 变位 i 单位径向均布荷载作用在第层水平拱圈时 在拱冠 处所引起的径向变位 称为拱 单位变位 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 作用于梁上竖直方向荷载引起的拱冠梁上 i 截面的水平径向变 i 位 3 3 2 1 2 计算步骤 拱圈变位系数 i的计算及均匀温降 时的 Ai的计算 3 6 C i E R 0 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 104MPa R 第 i 层拱圈的平均半径 m 3 7 RCA 0 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 m C 坝身材料线胀系数 取 1 10 5 第 i 层拱圈的均匀温度下降值 由式 47 T 3 39 oC Ti 第 i 层拱圈的拱厚 m 表 3 2 计算表 A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 24 高程T 191 148 53 95 166 35512 752 91 141 57172 31 116 78521 251 91 92 025 51 63 表 3 3 i 和 Ai 的计算表 截面 12345 高程 191 14166 355141 57116 78592 拱厚 T 8 512 751721 2525 5 半径 R 191 4157 09127 09102 0669 45 T R0 0440 0810 1340 2080 367 半中心角 A 535152 548 538 o 49 2023 26 2251 16 3749 10 0703 4 5137 i 1 Ec 9417 42 4119 65 2081 09 1027 76 313 471 均匀温降 3 9532 9122 3051 9071 627 R C 0 006050 003660 002340 001560 0009 o 1 842 1 769 1 661 1 375 0 701 Ai 24525 5 14244 9 8565 99 4712 45 1394 59 垂直荷载作用下引起的梁的径向变位 Bi 的计算 1 垂直荷载 只计水荷载 作用下由于梁本身弯曲引起的变位 i B iii yB 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 表 3 4 水重产生的水平位移计算表 水利水电工程专业毕业设计 25 截面 12345 上部水面积 m 051 641168 809172 324 8 681156 0343 209 73 水重 t051 641168 809172 324 8 68156 0343 209 73 距离 X m04 495 3847 58710 777810 793914 5042 弯矩 M t m0231 884908 8861307 42 93 563604 829 3041 97 M EI01 3432 221 518 1 764 121 65108 661 97 10 780 M I 图面积 10 1 10 1 10 1 10 10 48 8127 7414 223 960 y 94 72572 72347 93823 1530 位移 Bi y 4982 3972279 235397 3479 190 9460 图 3 3 M I 2 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 处的径向变位为 Bi Bi xhi f 仅垂直荷载时 x Mx f Mx 2 取拱坝 Ec Er 即 n 1 24 1022mkN 5 25 62 5 2 1c E 5 25 74 0 1c E Mx 2437 137t m x 2437 137 5 62 25 5 Ec 21 064 Ec f 2437 137 0 74 25 5 Ec 70 725 Ec A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 26 Bi 21 064 Hi 70 725 Ec 3 将 BiI 和 Bi 迭加得 Bi Bi BiI Bi 表 3 5 总位移 Bi 计算 Ec Hi Bi Ec Bi Ec Bi Ec 99 14 2158 994982 3972823 41 74 355 1636 922279 235642 31 49 57 1114 86397 348 717 51 24 785 592 79 190 946 783 74 0 70 720 70 72 4 梁变位系数 aij 的计算 拱冠梁变位系数 aij 的计算见下表 表 3 6 拱冠梁变位系数 aij 的计算表 a11 5342 9820 a21 3810 5646 a31 1835 8597 a41 637 0365 a51 77 1276 a12 6839 5273 a22 5696 7034 a32 2939 5758 a42 1065 6627 a52 142 0898 a13 4195 5488 a23 3016 2094 a33 1686 1793 a43 751 9745 a53 124 4077 a14 1498 8598 a24 1122 2079 a34 792 3851 a44 428 7377 a54 106 5328 a15 231 0251 a25 187 5487 a35 144 0957 a45 100 6427 a55 47 3282 5 计算 pi 正常水位 185m H1 191 14 185 6 14m 泥沙淤积高程 115m p1 0 p2 wH1 1 18 645 18 645 t m2 p3 wH2 1 43 43 43 43 t m2 p4 wH3 1 68 215 66 25 t m2 p5w wH4 1 93 93 t m2 p5n nhn2tg2 45o s 2 8 5 23 tg2 45o 10o 2 13 765 t m2 水利水电工程专业毕业设计 27 p5 p5w p5n 91 25 13 76 106 765 t m2 6 根据 ai1x1 ai2x2 ai3x3 ai4x4 ai5x5 xi i Pi i Ai Bi 求解得 梁所受的荷载 9 1475 t m2 1 x 4 3265 t m2 2 x 22 2167 t m2 3 x 40 9779 t m2 4 x 80 3284 t m2 5 x 拱所受的荷载 p1 x1 9 1475 t m2 p2 x2 22 9715 t m2 p3 x3 21 2133 t m2 p4 x4 27 2371 t m2 p5 x5 26 4366 t m2 统计见下表 表 3 10 截面编号 12345 P 含水压 泥沙 kpa 018 64543 4366 25106 765 Xi 9 1475 4 326522 216740 977980 3284 拱荷载 Pi Xi kpa9 147522 971521 213327 237126 4366 7 地震荷载产生的应力计算见下表 地震荷载计算表 表 3 11 纵向地震惯性力 拱冠截面的内力拱端内力 H0V0M0HaVaMa 169 19860243 03505246 4313526 82061426 7765 178 42090302 80595258 160521 2074594 50282 154 67450399 20735235 9180114 58645 200 894 111 04030469 62653177 04435 7 88405 632 811 37 954680316 8835973 499991 32 1872 577 832 A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 28 表 3 12 纵向地震激荡力 力单位 KN 弯矩 KN m 拱冠的内力拱端的内力 H0V0M0HaVaMa 000000 200 30180229 37201202 317248 363408 87 2221 163 68470309 33729168 629971 783801 319 157 98 993120335 58645107 55618 12 432 538 345 35 833040244 4733946 021338 27 4046 463 095 表 3 13 横向地震惯性力 力单位 KN 弯矩 KN m 拱冠内力拱端内力 H0VOM0 Ha 左 Ha 右 Va Ma 左 Ma 右 033 643610 135 5315135 5315 124 831 3967 383967 383 033 532930 143 8851143 8851 125 236 3129 33129 303 032 8580 134 5221134 5221 122 186 2552 642552 64 023 416670 108 8237108 8237 88 2194 1355 861355 855 09 4102060 61 425961 4259 36 237 289 42289 4201 表 3 14 横向地震激荡力 力单位 KN 弯矩 KN m 拱冠内力拱端内力 H0V0M0 Ha 左 Ha 右 Va Ma 左 Ma 右 00000000 017 64448010 399328 10 3993 65 6348 1633 611633 612 016 1761509 692167 9 69217 59 5501 1231 781231 781 09 74969905 2300328 5 23003 35 7185 533 768533 7683 04 24186801 4576446 1 45764 14 4935 101 232101 2321 8 悬臂梁上下游 拱冠上下游 拱端上下游在正常水位 温降 地震情况下的 应力大小见下表 表 3 15 梁拱应力汇总表 正常水位 温降 地震 力单位 KN 弯矩 KN m 悬臂梁拱冠右拱端左拱端截 面 上游下游上游下游上游下游上游下游 水利水电工程专业毕业设计 29 1003148 766 2185 293 1495 403 4637 905 2118 847 2264 558 2817 92269 073545 213 1361 535 1046 282 4402 186 446 114 4202 711 3782 512193309 866 591 209 55 916 4452 386 863 642 3930 264 455 292674 22386 061 480 550 961 870 3369 142 1462 370 2945 493 5 1217 44501 62740 360 599 296 526 768 896 637 671 922 756 796 9 孔口应力计算 A 江水利枢纽 百米级拱坝设计 30 表 3 16 孔口应力计算结果表 单位 MPa 浅孔进口浅孔出口中孔进口中孔出口 0 45 90 0 45 90 0 45 90 0 45 90 1 28 76 743 3 79 23 122 4 1486 356 6 74 62 1026 31 47 121 11779114 9 0 95 40 50 368 8 86 62 82 81 742 5 354 9 86 27 497 4 46 83 143 9 876 8 138 2 0 9 52 13 246 1 94 44 45 40 498 8 356 2 98 36 324 2 62 18 167 1 581 1 161 9 0 85 62 78 188 3 101 6 11 09 383 8 357 2 109 4 242 5 76 23 188 3 441 6 183 5 0 8 71 78 155 3 107 3 19 13