A江水利枢纽拱坝设计(计算书)优秀模板

1、水利水电工程专业毕业设计- 1 -目录目录第一章第一章调洪演算调洪演算.- 4 -1.1 调洪演算的原理.- 4 -1.2 泄洪方案的选择.- 4 -1.2.1 对三种泄洪方案进行调洪演算.- 4 -1.2.2 泄洪方案的选择.- 6 -1.2.3 计算坝高.- 6 -第二章第二章大坝工程量比较大坝工程量比较.- 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.- 8 -2.1.3 排水位置 .- 8 -2.1.4 荷载计算.- 9 -2.2 工程量比较.- 12 -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.- 14 -3.1

2、 拱坝的剖面设计以及拱坝的布置.- 14 -3.1.1 坝型选择双曲拱坝.- 14 -3.1.2 拱坝的尺寸 .- 14 -3.2 荷载组合.- 15 -复杂条件下双曲拱坝设计- 2 -3.3 拱坝的应力计算.- 15 -3.3.1 对荷载组合，使用 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.- 23 -3.4.1 计算原理.- 23 -3.4.2 验算工况.- 24 -3.4.3 验算步骤.- 24 -第四章第四章 泄水建筑物设计泄水建筑物设计.- 30 -4.1 泄水建筑物的组成与布置.- 30 -4.2 坝身泄水口设计.-

3、30 -4.2.1 管径的计算.- 30 -4.2.2 进水口的高程.- 30 -4.3 泄槽设计.- 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 .- 31 -4.3.4 坡度.- 31 -4.3.5 挑射角：挑射角 =20o.- 32 -4.4 导墙设计.- 32 -4.5 消能放冲计算.- 32 -4.5.1 水舌挑距.- 32 -水利水电工程专业毕业设计- 3 -4.5.2 冲刷坑深度.- 33 -4.5.3 消能率计算.- 34 -4.6 孔口应力计算及配筋.- 34 -4.6.1 计算原理.- 34 -4.6.2 应力

4、计算.- 34 -参参 考考 文文 献献.- 36 -复杂条件下双曲拱坝设计- 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

5、.2 泄洪方案的选择1.2.1 对三种泄洪方案进行调洪演算4 表孔+2 中孔2 浅孔+2 中孔(两种)4 中孔方案一: 4 表孔+2 中孔表孔: 堰顶高程 179m，孔宽 412=48m流量： （其中： mz=0.48 =1 Z312gHBmQz0=0.45k =0.7 ）中孔: 进口高程 135m, 出口高程 130m, 孔口宽 7.5m, 高 7m 流量： （其中： 孔口宽度 B=7.5m zk22gHAQAk=7.57=52.5m2 ）表 1-1 表中孔方案总结水位（m）182186190堰上水头 H3711表孔流量 Q1(m3/s)530.29051890.0753723.24孔口中线

6、以上水头 H0(m)47.2551.2555.25中孔侧收缩系数 0.9272370.9297330.931876水利水电工程专业毕业设计- 5 -起调流量 3533.603m3/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：最大泄洪流量: 设计 6420m3/s校核 7530 m3/s最高水位: 设计 188.3m校核 190.4m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 米 流量： （其中： 孔口宽度 B=8.5m zk12gHAQAk=8.58=68m2 ）中

7、孔: 进口高程 135 米, 出口高程 130 米, 孔口宽 7.5 米, 高 7.5 米 流量： （其中： 孔口宽度 B=7.5m zk12gHAQAk=7.57.5=56.25m2 ）表 1-2 浅中孔方案总结水位（m）182186190H0(m)23.527.531.50.8843330.8951430.90325浅孔流量 Q1(m3/s)2609.8172853.3813078.02H0(m)48.552.565.50.9252220.9278810.930163中孔流量 Q2(m3/s)3119.3373255.2643385.762Q1+Q2(m3/s)6067.1536446.6

8、466801.781起调流量 6067.153m3/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 6430 m3/s校核 6950 m3/s最高水位: 设计 186.8m校核 189.7m流量 Q2(m3/s)3003.3123133.1193257.776Q1+Q2(m3/s)3533.6035023.1946981.016复杂条件下双曲拱坝设计- 6 -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 7.5 米 流量： （其中： 孔口宽度 B=7.5m zk1

9、2gHAQAk=7.57.5=56.25m2 ）表 1-3 全中孔方案总结水位（m）182185190H0(m)48.2552.2556.250.9272370.9297330.931876流量 Q(m3/s)6184.4486437.1386679.804起调流量 6392.27m3/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 6540 m3/s校核 6840 m3/s最高水位: 设计 186.90m校核 189.80m1.2.2 泄洪方案的选择由下游容许下泄流量在设计情况下为 6450 m3/s,校核情况下为 7450

10、 m3/s.选择泄洪方案，即设置两个浅孔，孔口尺寸为 8.5m8m，进口底高程为 164m，出口底高程 154m，两中孔，孔口尺寸为 7.5m7.5m，进口底高程为 135m，出口底高程为 130m。设计洪水时，设计水位为 186.8m，下泄流量为 6430m3/s，小于允许流量 6450m3/s。校核洪水时，校核洪水位为 189.70m，下泄流量为 6950m3/s，小于允许下泄流量 7450 m3/s。1.2.3 计算坝高1.2.3.1 波浪三要素计算（采用官厅水库公式）坝顶超出水库静水位的高度h 为 0.520013.9()mmgTghVV水利水电工程专业毕业设计- 7 - 22mmgT

11、L 1/121/3022000.0076()ghgDVVV 21%2zmmhHhcthLL式中 V0计算风速, m/s； D库面吹程，m； 平均波高，m；mh平均波周期，s；H水深，m。mT1.2.3.2 坝顶高程计算设计情况下: Vf =12m/s D=4 km 2h1=1.382m 波长 2LL=13.61m Hz=4h12cth(H1/ LL) /(2LL) =1.38182/11.3815=0.5270m hc=0.7m h=1.382+0.5270+0.7=2.609m校核情况下: Vf =12m/s D=4 .0km 2h1=1.58m 波长 2LL=6.8235m Hz=4h12

12、cth(H1/ LL) /(2LL) =0.29m hc=0.5m h=1.58+0.29+0.5=2.37m 设计情况：186.8+2.609=189.409m 校核情况：189.7+2.37=192.07m 取得坝高为 192.07m 由此计算得到的坝顶高程为 192.07m，最大坝高取为 100.1m复杂条件下双曲拱坝设计- 8 -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=189.7-92=97.7m最大坝高为 192.1-92=100.1m2.1.1 基本剖面按应力条件确定坝底最小宽度B=H/(c/0-1)1/2式中 c=24kN/m3 0=10kN

13、/m3 扬压力折减系数 1取 0.1则 B=97.7/(24/10-0.1) 1/2=67.42m 按稳定条件确定坝底最小宽度B=KH/f(c/0+-1) 式中 K=1.05 f=0.7 =0 1=0.25 则 B=1.0597.7/0.7(24/10+0-0.25)=68.16m2.1.2 实用剖面坝顶宽度：取坝高的 810%，即（810%）100.1=(8.00810.01)m,取为 10m上游折坡的坡度取为 1：0.15 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）100.1=(33.6767.3)m,取为 54m。下游坡度为 H/B=1:0.75（

14、0.60.8）坝底宽度为 63.24+540.15+10=81.34m2.1.3 排水位置设计洪水最大下泄流量为 6430m3/s，则 Z下=114.25m，水头 H=186.8-114.25=72.55m水利水电工程专业毕业设计- 9 -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）72.9=(3.6457.29)m,取为 6m宽取 2.5m，高取 3m。2.1.4 荷载计算设计洪水位：设计洪水位：1 体自重W=（0.58.154+10100.1+0.584.3263.24）24=93260.8 kN/m2 水压力垂直水压力 W水上=（94

15、.88.1-0.58.154）10=5491.8 kN/mW水下=0.522.2820.8510=2085.1 kN/m水平水压力 P上=1/20H上2=1/21094.82=44935.2 kN/m P下=1/20H下2=1/21022.282=2420 kN/m3 扬压力U=81.34220=17894.8 kN/mU=0.5182(81.34-8.1-5)=6209.84 kN/m U=0.5(728+182) 15=6825 kN/mU= U+ U+U=30928.84 kN/m浪压力PL=1/4Lm(h1%+hz)=1/41011.38(1.38+0.527)=54.31 kN/m(

16、5)沙压力垂直泥沙压力 Pn=1/2owH2K0=1/22320.158.5=337.2 kN/m水平泥沙压力 Ph=1/2sbhs2tg2(45o-s/2)式中： n=8.5kN/m3 hn=115-92=23m n =10o 故Ph=1/28.5232tg2(45o-10o /2)=1582.91 kN/m校核洪水位：校核洪水位：坝体自重W=（0.58.154+10100.1+0.584.3263.24）24=93260.8 kN/m水压力垂直水压力 W水上=（97.78.1-0.58.154）10=5726.7 kN/mW水下=0.522.2820.8510=2085.1 kN/m水平水

17、压力 P上=1/20H上2=1/21097.72=47726.45 kN/m P下=1/20H下2=1/21022.282=2475 kN/m复杂条件下双曲拱坝设计- 10 -(3)扬压力U=81.34223=18138.82 kN/mU=0.5188.5(81.34-8.1-5)=6431.62 kN/m U=0.5(754+188.5) 15=7068.75 kN/mU= U+ U+U=31639.19 kN/m浪压力PL=1/4Lm(h1%+hz)=1/41011.38(1.38+0.527)=54.31 kN/m(5)沙压力垂直泥沙压力 Pn=1/2owH2K0=1/22320.158

18、.5=337.2 kN/m水平泥沙压力 Ph=1/2sbhs2tg2(45o-s/2)式中： n=8.5kN/m3 hn=115-92=23m n =10o 故Ph=1/28.5232tg2(45o-10o /2)=1582.91 kN/m21.5 稳定校核设计洪水位：设计洪水位：K=f(W-U)/ P=0.7269947.546447241.3007=1.07K=1.05稳定满足要求。校核洪水位：校核洪水位：K=f(W-U)/ P=0.770378.494143636.9464=1.129K=1.10稳定满足要求。2.1.6 应力分析（取坝基面）设计洪水位：设计洪水位：表 2-1 设计水位应

19、力分析水利水电工程专业毕业设计- 11 -力力臂弯矩重力5248.837.21.952402421.15.07639883.652.34静水压力5491.839.7862.182085.138.563-0.8144935.231.6-1.4224207.8330.178扬压力17894.8006209.8420.09-1.25682538.667-2.64淤沙压力1582.97180.285浪压力忽略 上游拉应力 =502.10 满足RRRRRM TWAJ =2183.60 满足RRRRRM TWAJ =2306.72.5 满足要求。对中孔：=1.0 q=240.436 m3/s H=186.

20、8-114.1=72.7m t=114.1-92=22.1m tk=q0.5H0.25-t=1.0240.4360.572.70.25-22.1=23.17m L/ tk=152.9/23.17=6.602.5 满足要求。4.5.3 消能率计算对冲消能主要研究对冲点处水舌相撞的动能损失。令 m1=q1，m2=q2，为水的密度。对 x，y，z 三个方向计算碰撞体的动能损失为： Tx=/2q1q2/(q1+q2) (V1cos1sin1+V2cos2sin2)2Ty=/2q1q2/(q1+q2) (V1 cos11-V2cos2cos2)2Tz=/2q1q2/(q1+q2) (gt1-V1sin1

21、-gt2+V2sin2)2T=Tx +Ty +TzT=/2(q1 V12+ q2 V22)交汇点处的消能率=T/T对浅孔：q=176.59m3/s =45 oTx=176.59(34.746cos 20o sin45 o) 2=99670.12533T=q V2=176.5934.7462=225747.7171=T/T=99670.12533/225747.7171=44.15%对中孔：q=240.436m3/s =39oTx=240.436(34.746cos 20o sin39 o) 2=89283.577T=q V2=240.43634.7462=255303.2493=T/T=892

22、83.577/255303.2493=34.97%复杂条件下双曲拱坝设计- 36 -4.6 孔口应力计算及配筋4.6.1 计算原理 将坝内孔口视为无限弹性体中小孔进行计算4.6.2 应力计算表 4-1 孔口应力计算结果表（单位：MPa）角度10.950.90.850.80.750.70.650.60.550.50-1.24 -0.90 -0.56 -0.24 0.04 0.26 0.43 0.53 0.59 0.60 0.58 4515.34 7.30 4.66 3.42 2.71 2.26 1.95 1.73 1.56 1.42 1.31 中孔进口902.34 2.39 2.46 2.53

23、2.57 2.57 2.54 2.48 2.37 2.25 2.13 02.02 2.30 2.58 2.84 3.06 3.20 3.27 3.26 3.20 3.10 2.96 4512.10 5.42 3.44 2.64 2.28 2.11 2.01 1.93 1.86 1.78 1.70 中孔出口909.43 3.92 2.38 1.82 1.62 1.56 1.55 1.74 1.52 1.48 1.42 0-1.26 -0.90 -0.54 -0.21 0.09 0.33 0.51 0.64 0.72 0.75 0.75 4514.45 7.13 4.74 3.61 2.96 2.

24、55 2.27 2.06 1.91 1.79 1.69 浅孔进口903.24 3.24 3.26 3.27 3.27 3.23 3.17 3.11 2.96 2.83 2.70 00.49 0.76 1.02 1.26 1.46 1.61 1.71 1.76 1.76 1.72 1.66 4516.80 8.22 5.42 4.09 3.34 2.85 2.52 2.28 2.10 1.96 1.84 浅孔出口901.54 1.72 1.90 2.07 2.20 2.29 2.33 2.43 2.28 2.21 2.12 水利水电工程专业毕业设计- 37 -参参 考考 文文 献献水工建筑物左东启 王世夏 林益才主编 河海大学出版社毕业设计参考资料 拱坝1984 年 1 月 华东水利学院河川系水工教研组拱坝黎展眉编著 1982 年 12 月 水利电力出版社水利水电工程专业毕业设计指南索丽生 任旭华 胡明编著 2001 年 中国水利水电出版社拱坝泄洪与消能的水力设计和计算艾克明编著 1987 年 水利电力出版社水利水能规划周之豪等编 1997 年 中国水利水电出版社水电站刘启钊等编 1