水工建筑物重力坝设计计算书

1、非溢流坝设计(一)、初步拟定坝型的轮廓尺寸(1) 坝顶高程的确定 校核洪水位情况下：波浪高度2h波浪长度2Ll=x=安全超高按m级建筑物取值 坝顶高出水库静水位的高度 设计洪水位情况下：波浪高度2h波浪长度2L2Ll=x=安全超高按m级建筑物取值h c=坝顶高出水库静水位的高度h设=2hi+ h 0+ h c=+=2.56m 两种情况下的坝顶高程分别如下：校核洪水位时： += 设计洪水位时： +=226.56m 坝顶高程选两种情况最大值 m,可按设计，则坝高。(2) 坝顶宽度的确定本工程按人行行道要求并设置有发电进水口， 布置闸门设备， 应适当加宽以满足闸门 设备的布置，运行和工作交通要求，故

2、取 8米。(3) 坝坡的确定考虑到利用部分水重增加稳定，根据工程经验，上游坡采用1：，下游坡按坝底宽度约为坝高的倍，挡水坝段和厂房坝段均采用1：。(4) 上下游折坡点高程的确定理论分析和工程实验证明， 混凝土重力坝上游面可做成折坡， 折坡点一般位于 1/32/3 坝高处，以便利用上游坝面水重增加坝体的稳定。根据坝高确定为，则 1/3H=1/3 x =，折坡点高程=+=192m 2/3H=2/3 x =35m折坡点 高程=+35=所以折坡点高程适合位于192口之间，则取折坡点高程为。挡水坝段和厂房坝段的下游折坡点在统一高程处。(5) 坝底宽度的确定由几何关系可得坝底宽度为 T=()x +8+ x

3、=l=4D1/3=x 185/4X41/3 =2L =x (2h i )= x波浪中心线到静水面的高度hc= h 校=2h+ h0+ hc=+=l =5/4 D1/3 = x x 1 8) 5/4 x 4 1/3 = 1 .62ml=x(2h l)=x15.3m 波浪中心线到静水面的高度h0=n (2hi)2/h 0=n (2hi)2/(6) 廊道的确定坝内设有基础灌浆排水廊道，距上游坝面 6.1m，廊道底距基岩面4m尺寸X(宽X高)。(7) 非溢流坝段纵剖面示意图(二)、基本组合荷载计算及稳定分析 由上述非溢流剖面设计计算得知校核洪水位情况下的波浪三要数： 波浪中心线到静水面的高度 h0=0

4、.3m 波浪高度 2hl=0.98m 波浪长 2Ll=10.23m因为 gD/v2=x 4000/18 2=121.11m ,在 20250m之间所以波高应安转换为累计频率 1 %时的波高： 2hl ( 1 %) =X=1.22m 。 又因为半个波长 Ll =2= ，满足抗滑稳定要求。(2)校核洪水位情况校核洪水位情况下荷载计算示意图校核洪水位情况下的荷载计算过程见附表 2附表2溢流重力坝基本荷载计算表荷载符号计算公式垂直力(KN)水平力(KN)对坝底面中点的偏心 距(m)力矩(KN - m)TJ7正负自重W1/2 XXX 24W28XX 24W31/2 XX 42 X 24水平水压力Pi1/

5、2 XXP21/2 XX垂直水压力QX XQ21/2 XXXQ1/2 XXX扬压力UX X匕1/2 XXXU3X XL41/2 XXX浪压力Pii1/2 XX +XP121/2 XX水平泥沙压 力Pn1/2 XX 202x tg(45 -18 /2)垂直泥沙压 力PX 1/2 X 4X 20合计总计刀W=刀p=刀M=下游水位：坝高：计算情形：校核洪水位情况上游水位:注：垂直力以J为正，T为负；水平力以7为正，J为负；力矩以顺时针为正，逆时针为负。抗滑稳定分析f ( W U) CAK s =X() + 700X /= ,满足抗滑稳定要求。四、应力分析（运行期）（一）正常洪水位情况下1、水平截面上

6、的正应力yuyd6 MB222586.0443.122586.0443.16 6282.45562.48(kPa)43.126 6282.45521.89(kPa)43.122、剪应力上游面水压力强度:2PU 初1sbH 淤 tan (45-)9.81 42.5 9.5 19.8tan2(45 翌)51622(kPa)2 2下游面水压力强度：Pd2 9.81 5.553.96(k Pa)剪应力:u(Puyu)n (516.22 562 .48) 0.29.25(kPa)d(ydPd)m (521.89 53.96) 0.7327.56(kPa)3、水平应力XU巳un 516.22( 9.25)

7、 0.2518.07(kPa)xdPddm 53.96327.56 0.7283.25(k Pa)4、主应力1u(1 n2) yu Rn2(1 0.22) 562.48 516.22 0.22 564.33(kPa)1d(1 m2) yd 巳m2 (1 0.72) 521.89 53.96 0.72 751.18(kPa)2uPu516.22(k Pa)2dPd53.96(kPa)（二）校核洪水位情况下1、水平截面上的正应力yu20324.2043.16 914727.78767.03(kPa)43.1yd6 MB220324.2043.16 914727.78176.09(kPa)43.12

8、2、剪应力上游面水压力强度:巳 gsbH 淤tan2(45 -) 9.81 50.89.5 19.8tan2(45 18) 597.64(k Ps)2下游面水压力强度：Pd加29.81 16.15158.43(k Pa)剪应力(yd(PuPd )myu)n(176 .09158 .43)(597 .64767 .03)0.712.36(kPa )0.233.88 (k Pa)3、水平应力XUxdPuPdundm4、主应力1d(1m2) yd1u(1n2)yu2uPu2dPd597.64158 .43Pdm2(1(33.88) 0.2604.42(k Pa)12.36 0.70.72) 1760

9、9167.08(k Pa)15843 0.72 184.74(kPs)Rn2 (1 0.22) 767.03 597.64 0.22 77380(kPa)597.64(k Pa)158.43(k Pa)五、内部应力计算由偏心受压公式可以得出系数a和b,如下（一）正常洪水位情况下 坐标原点设在下游坝面，22586.046 6282.45a BB243.143.12521.89MB312 6282.450.5243.13具体坝内应力计算过程见附表3由偏心受压公式可以得出系数a和b,如下（二）校核洪水位情况下 坐标原点设在下游坝面，a BW 6 MB223368.246 91477.7843.143

10、.12176.09MB312 91477.78 13.7143.13具体坝内应力计算过程见附表4附表3非溢流坝坝内应力分析计算表正常洪水位情况下选取点距坝址距离X010203040a二刀 W/B 6刀 M/B2b=12刀 M/B3水平截面正应力（T y = a+bXa 1= T db 1=(- 1/B) X(6刀P/B+2T u+4t d)c 1= ( 1/B2 )X (6 刀 P/B+3t u+3t d)坝内剪应力 T二ai+biX+oX2a 2= T xdb 2 = ( T XU- T xd)/B坝内水平正应力 T x=a2+b2X坝内主应力坝内主应力第一主应力方向-35 029 3739

11、 2740 3636 3812 35附表4非溢流坝坝内应力分析计算表校核洪水位情况下选取点距坝址距离X010203040a二刀 W/B 6 刀 M/B2b=12刀 M/B3水平截面正应力（T y = a+bXa 1= T db 1=(- 1/B) X( 6刀 P/B+2 T u+4t d)c 1= ( 1/B2 )X (6 刀 P/B+3t u+3t d)坝内剪应力 T =ai+biX+oX2a 2= T xdb 2 = ( T XU- T xd)/B坝内水平正应力T x=a2+b2X坝内主应力xy J y x212V 2坝内主应力2x2 y J y2 x21 2第一主应力方向12 arcta

12、n（）2yx-34 5841 5741 0338 2825 126 12六、坝内应力分析图 根据坝内应力分析计算成果，可做出坝内应力分布图，如下所示： （1）正常洪水位情况下2）校核洪水位情况下二、溢流坝设十一、孔口型式及尺寸拟定已知：校核洪水位时泄流量为3340 m3/s 设计洪水位时泄流量2600 m3/s设：单宽流量为q=80 m3/s m闸门孔口数为5孔，每孔净宽为8m 前缘净宽校核洪水位时：L=Q溢/q=3340/80= (m) 设计洪水位时：L=Q溢/q=2600/80= ( m)综上所述，取L=40m 堰顶高程由资料可知，堰顶高程为。溢流坝的堰面曲线设计顶部曲线段开敞式溢流堰面曲

13、线，采用幕曲线时按下式计算:xnkHd(n1)y定型设计水头，按堰顶最大作用水头的 75%-95%计算，m与上游坝面坡度有关的指数和系数；y 溢流面曲线的坐标，其原点设在颜面曲线的最高点。按 85%十算，则：Hd 0.85Hmax 0.85 (225.3 213) 10.46m上游坝面铅直：k=2 , n=x-y关系如下表：R1=x =(m),= X =(m);R2=x =(m),= X =(m);R3=X =(m), = X =(m)。 堰面曲线与直线段的切点坐标 上游坡度垂直：A= B= a= b= 直线段与溢流曲线的切点坐标：1 1m 0.7AH d (tanBH d (tantanTx

14、Ty切点高程=1.43i)ai)b1.0960.5921=55堰顶咼程-y =(m)10.46 1.431.176517.46(m)10.46 1.432.17613.49(m)Tx012345678910y0原点上游曲线段底部反弧段取=时，坝顶水面流速为V1HO二校核洪水位-坎顶高程=因为q=80 m3/s - m,则q/V1=80/=所以 h=i o 1.14j2gH0 1.14 0.95 J2 10 33.65 28.10(m3/s)又因为 R= (410) h,所以取 R=6h=6 ，满足抗滑稳定要求。(3)上下游边缘应力计算22762.59yu48.076 96011.45777.44(kPa)248.072yd22762.5948.076 96011.45278.83(kPa)48.072根据材料力学可知，C20混凝土抗压强度为 力满足稳定要求。四、消能防冲设计 鼻坎高程为： 反弧半径： 挑射角： 挑距：由上诉可知：R=0 =20=L+A LVi= m3/s;h仁hcos 0L 1 V12sin g28.129.8184.93(m)h2 =冲刷坑深度:取冲刷坑系数为Icos