拱坝课程设计

1、拱坝课程设计 1.设计任务书一、目的1、学会拱冠梁设计的方法；2、掌握拱坝坝肩稳定计算和应力计算；3、进一步认识拱坝的结构特点。二、基本资料（一）、水文、气象及泥沙资料通过对区域内水文气象资料的调查和分析计算，设计中所采用的水文、气象及泥沙参数见下表1。表1 设计采用的水文、气象参数表序号项目名称单位数量备注1集雨面积km225342多年平均径流量m3/s413P=90%保证流量m3/s4.824最小流量m3/s1.345多年平均雨日D27.3日降雨量大于10mm6多年平均蒸发量Mm1398.220cm蒸发器7多年平均日照时数H1495.48多年平均气温13.89极端最高气温32.41998年

2、5月6日8极端最低气温-11.71977年2月9日10多年平均风速m/s2.411最大风速m/s15.712多年平均含沙量kg/m31.6313多年平均输沙模数t/km283214泥沙浮容重t/m30.9（二）、地质资料 1、坝址地质资料选定坝址河谷呈基本对称的“V”形谷，左岸山体坡角48，右岸山体坡角46，两岸地貌主要为侵蚀切割形成的平缓脊状山岭地貌，河谷地貌为侵蚀-构造类型。坝址处出露地层为峨嵋山玄武岩(P2)，岩层无产状，岩层倾向总体倾向河床下游偏右岸。坝址处左右岸坡残坡积层厚度为02m，局部地段深达7m以上，河床上第四纪冲积覆盖层厚度为5m左右。地表裸露的玄武岩呈强风化状，玄武岩地层上

3、部强风化层在河床部位厚3.6m，在河床左岸坡厚7.5m，在河床右岸坡厚8m，下部呈弱风化状，弱风化层在河床部位厚3m，在河床左岸坡厚4m，在河床右岸坡厚3.5m。再往下为微风化和新鲜岩石。经取样试验，结合有关工程经验类比，参考有关设计规范，地质专业提出了岩石（体）物理、力学参数，见表5-2表5-4。表5-2 岩土质物理力学性质建议指标岩 性项 目玄武岩(强风化)玄武岩(弱风化)玄武岩(微风化)粘 土(含碎石)砂砾及卵石层饱和重度（kN/m3）27.528.028.21720湿抗压强度（MPa）35.040.080.0抗拉强度（MPa）1.502.002.20软化系数0.60.80.8泊松比0.

4、290.270.25弹性模量（GPa）6.07.634内聚力（kPa）600.0700.0750.0内摩擦角()272830承载力fa（kPa）150025004000150200表5-3 坝基岩体力学参数名称 项目玄武岩(强风化)玄武岩(弱风化)玄武岩(微风化)岩石与岩石抗剪强度f0.40.490.53C(MPa)岩石与岩石抗剪断强度f0.550.70.71.01.11.3C(MPa)0.20.51.0砼与岩石抗剪强度f0.420.480.50C(MPa)砼与岩石抗剪断强度f0.60.80.9C(MPa)0.250.450.75（三）特征水位表5-5 主要建筑物特征水位及流量序号部位项 目单

5、位数 量备 注1水库校核洪水位（P=0.2%）m1389.212设计洪水位（P=2%）m1388.003正常蓄水位m1388.004死水位m1385.005校核洪水位最大下泄流量m3/s20806相应下游水位m1350.867设计洪水位最大下泄流量m3/s14408相应下游水位m1349.349淤沙高程m1368.00（四）坝址处地形图设计计算书坝基开挖深度的确定初步确定坝高在50100m的范围内，可建在微风化至弱风化的上部基岩上。由地质资料，坝址处左右岸坡残坡积层厚度为02m，局部地段深达7m以上，河床上第四纪冲积覆盖层厚度为5m左右。地表裸露的玄武岩呈强风化状，玄武岩地层上部强风化层在河床

6、部位厚3.6m，在河床左岸坡厚7.5m，在河床右岸坡厚8m，下部呈弱风化状，弱风化层在河床部位厚3m，在河床左岸坡厚4m，在河床右岸坡厚3.5m。再往下为微风化和新鲜岩石。综合考虑工程量、工程造价、坝的稳定决定开挖10m相对比较合理，由地质图可知开挖高程为1330m。2.校核洪水位，设计洪水位的确定设计洪水流量 校核洪水流量 一般软弱岩石单宽流量q=设计洪水流量下溢流坝宽L=812m校核洪水流量下溢流坝宽L=1220m取L=20mm=0.5，=1，L=20m 正常蓄水位 1388m 得 4.338m 5.684m=1388+4.338=1392.338m =1388+5.684=1393.68

7、4m3.累计频率为1%时的波浪高度和波浪中心线高于静水位的计算官厅公式 波高h，当=20250 时，为累计频率5%的波高h5%；当=2501000 时，为累计频率10%的波高h10%。吹程 D Km1.2多年平均风速V0 m/s15.7设计洪水位情况下： =9.81.210/15.7=47.709波浪高度 hl%=1.2400.01665/4D1/3 =1.2400.016615.75/41.21/3=0.684m波浪长度 L=10.4hl%0.8=10.40.6840.8=6.456m波浪中心线到静水面的高度 hz=hl2/ Lcth2H/ L =3.140.6842/6.456=0.191

8、m校核洪水位情况下： =9.81.210/15.7=47.709波浪高度 hl%=1.2400.01665/4D1/3 =1.2400.016615.75/41.21/3=0.684m波浪长度 L=10.4hl%0.8=10.40.6840.8=6.456m波浪中心线到静水面的高度 Hz=hl2/ Lcth2H/ L =3.140.6842/6.456=0.191m安全超高3级建筑物取值 设计情况hc=0.4m 校核情况hc=0.4m4.坝顶高程的确定 H=+hl%+ hc +hz=1393.613m H=+hl%+ hc +hz=1394.859m取较大值 H=1394.859m初步拟定坝体

9、的剖面尺寸拱冠梁的顶部厚度 无交通要求取为5m拱冠梁的底部厚度 =12.774m将拱坝分成6层，拱冠梁的高度，取 。得 拱冠梁剖面尺寸拱坝的应力分析河谷两侧不是对称的，所以该拱坝为双心圆拱坝。因为半中心角的取值范围顶拱为4560，底拱为2535。所以假设其顶拱与底拱的半中心角分别为50与30对于左半拱坝，从图11中得出顶拱与底拱的弦长分别为62.551m与16.052m，所以它们的半径分别为：顶拱：=50L=66.86.m 半径底拱：=30L=17.3m 半径对于右半拱，顶拱与底拱的弦长分别为79.44m与18.55m，所以它们的半径分别为：顶拱：=50L=86.21m 半径底拱：=28L=1

10、7.3m 半径由以上数据画出拱圈的圆心连线，如图13所示，在图上量出各层的半径，计算出各层的半中心角。左半拱高程拱圈厚T坝址距Y外半径R弦长L半中心角第一层138857.6281.6562.5550第二层1376.46.611.5174.7755.4147.82第三层1364.88.114.6367.1348.2645.96第四层1353.29.716.2457.9639.0442.34第五层1341.611.215.7846.7429.6839.42第六层133012.81434.1916.0530右半拱高程拱圈厚T坝址距Y外半径R弦长L半中心角第一层138857.62103.779.445

11、0第二层1376.46.611.5193.4868.9347.51第三层1364.88.114.6382.4858.4145.09第四层1353.29.716.2469.9847.8843.17第五层1341.611.215.7855.4134.5438.56第六层133012.81439.5118.5530正常蓄水位，校核洪水位与设计洪水位情况下应力分析左半拱（正常蓄水位） 拱 坝 坝 数 据 N HB1 HB2 HS FS MS MH 6 1388 1330 1368 30 1.3 1 MC GC EC EF KC CS u 2.4 -.00001 1600000 1600000 .025

12、 .8 .17 高程 外半径 拱圈厚 半中心角 坝趾距 岸坡角AF 坝肩弹模EF H R T A Y AF EF 1388.00 81.69 5.00 50.00 6.39 38.79 1600000 1376.40 74.42 6.56 48.15 10.27 38.32 1600000 1364.80 66.38 8.11 46.67 13.88 41.13 1600000 1353.20 56.83 9.66 43.42 15.01 43.97 1600000 1341.60 45.19 11.22 41.08 14.56 47.82 1600000 1330.00 32.12 12.7

13、7 30.00 12.77 52.11 1600000 当量矩形长宽比 m= 16.5068131850797 坝体积 V= 81729.6640028686 m3 温升 G=-57.57 /(T+2.44) 计 算 结 果 E= 2 (双向扭转效应)(1) 荷 载 分 配 高程 总荷载 梁载 拱载 扭载 梁载(震) 拱载(震) 扭载(震) H P X XA Z Xv XAv Zv 1388 0.00 -4.40 4.61 -0.20 -4.27 4.90 -0.05 1376.4 11.60 0.53 8.42 2.65 0.72 8.91 3.01 1364.8 24.59 4.43 12

14、.76 7.40 4.63 13.41 8.04 1353.2 41.21 8.19 17.52 15.50 8.33 18.33 16.48 1341.6 57.84 12.69 21.03 24.13 12.96 21.87 25.35 1330 74.47 22.51 20.14 31.82 23.36 20.57 33.22(2) 拱 端 内 力 Mao Vao Hao Maov Vaov Haov -396.23 5181.63 362.15 137.61 5183.41 390.49 -972.50 8364.25 583.47 -344.27 8366.10 624.14 -18

15、71.91 10652.28 741.53 -1296.98 10654.18 788.40 -3027.97 10871.58 741.03 -2640.52 10872.33 788.04 -3312.34 8137.15 510.82 -3156.87 8136.32 546.42 -1391.51 2711.26 -35.59 -1437.93 2711.24 -24.32(3) 拱 应 力(T/m2)(压为正） 拱端 拱冠 拱端(震) 拱冠(震) Sau Sad Sou Sod Sauv Sadv Souv Sodv -20.7 169.6 123.2 16.3 110.5 44.4

16、 123.5 24.0 -42.8 229.2 162.4 4.1 48.6 144.8 160.7 15.0 -72.4 270.2 184.9 -23.0 -16.3 221.1 181.5 -10.6 -106.8 284.5 185.5 -67.8 -78.5 262.8 181.8 -55.9 -99.3 220.8 136.2 -92.5 -89.3 215.8 133.3 -83.8 -47.2 59.6 31.2 -70.5 -47.8 62.6 28.9 -65.5(4) 粱 内 力 Moc Voc Woc Mocv Vocv Wocv 0.00 0.00 0.00 0.00

17、 0.00 0.00 -12.64 22.49 177.32 -22.99 20.59 177.32 -512.89 -6.24 433.53 -558.48 -10.43 433.53 -1056.14 -79.41 695.55 -1162.79 -85.62 695.55 -1815.19 -200.50 938.07 -2006.44 -209.11 938.07 -2864.05 -404.69 868.85 -3185.96 -419.72 868.85(5) 梁 应 力(T/m2)(压为正） 梁应力 梁应力(震) 梁自重应力 Scu Scd Scuv Scdv Scug Scdg

18、 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 26.5 30.2 25.0 31.7 -10.1 60.6 8.1 107.9 3.8 112.5 -46.0 141.6 6.6 155.3 -0.7 163.1 -13.4 149.1 0.7 199.6 -9.3 210.6 66.0 106.5 -38.2 230.2 -52.0 246.5 190.3 13.8(6) 拱 冠 变 位 Ror Rorv -1.81177103979882E-02 -1.85743549689038E-02 -1.58372924891683E-02 -1.62968216215227E-02 -1.2

19、7761482491911E-02 -1.31449867640266E-02 -8.7465295354575E-03 -8.99210969127963E-03 -4.44238875758079E-03 -4.55053108685064E-03 -1.02816252699208E-03 -1.04053296509966E-03 (7) 最 大 应 力 Sau Sad Sou Sod Scu Scd 最大 -20.7(1) 284.5(4) 185.5(4) 16.3(1) 26.5(2) 230.2(6) 最小 -106.8(4) 59.6(6) 31.2(6) -92.5(5)

20、-38.2(6) 0.0(1) *END* 设计洪水位 拱 坝 坝 数 据 N HB1 HB2 HS FS MS MH 6 1392.338 1349.34 1368 30 1.3 1 MC GC EC EF KC CS u 2.4 .00001 1600000 1600000 .025 .8 .17 高程 外半径 拱圈厚 半中心角 坝趾距 岸坡角AF 坝肩弹模EF H R T A Y AF EF 1388.00 81.69 5.00 50.00 6.39 38.79 1600000 1376.40 74.42 6.56 48.15 10.27 38.32 1600000 1364.80 66

21、.38 8.11 46.67 13.88 41.13 1600000 1353.20 56.83 9.66 43.42 15.01 43.97 1600000 1341.60 45.19 11.22 41.08 14.56 47.82 1600000 1330.00 32.12 12.77 30.00 12.77 52.11 1600000 当量矩形长宽比 m= 16.5068131850797 坝体积 V= 81729.6640028686 m3 温升 G= 57.57 /(T+2.44) 计 算 结 果 E= 2 (双向扭转效应)(1) 荷 载 分 配 高程 总荷载 梁载 拱载 扭载 梁载

22、(震) 拱载(震) 扭载(震) H P X XA Z Xv XAv Zv 1388 4.34 -5.51 10.86 -1.01 -5.31 11.15 -0.82 1376.4 15.94 -0.15 15.24 0.85 0.09 15.73 1.28 1364.8 28.92 3.96 20.86 4.10 4.18 21.51 4.84 1353.2 45.55 8.78 27.21 9.56 8.91 28.01 10.67 1341.6 54.44 6.49 33.62 14.33 6.74 34.46 15.68 1330 59.46 5.69 36.19 17.59 6.54

23、36.61 19.10(2) 拱 端 内 力 Mao Vao Hao Maov Vaov Haov -122.97 12247.12 882.35 420.43 12249.57 911.25 -402.47 15201.59 1116.23 242.48 15204.86 1158.15 -944.34 17541.26 1331.61 -349.61 17545.31 1380.45 -1692.62 17123.97 1404.06 -1291.51 17127.24 1453.63 -1889.62 13405.97 1268.77 -1733.13 13407.01 1306.37

24、-738.56 5371.42 800.17 -791.43 5371.92 811.96(3) 拱 应 力(T/m2)(压为正） 拱端 拱冠 拱端(震) 拱冠(震) Sau Sad Sou Sod Sauv Sadv Souv Sodv 147.6 206.6 192.2 159.0 281.1 79.2 188.9 170.9 115.7 228.3 200.7 135.2 209.5 141.7 195.1 150.7 81.6 254.4 211.4 106.5 139.6 203.6 204.6 123.2 42.7 261.5 206.1 64.5 72.1 239.1 200.1

25、 79.8 30.5 213.1 164.8 34.3 40.7 208.2 160.8 44.9 39.1 95.8 80.7 26.7 38.3 99.1 78.1 32.2(4) 粱 内 力 Moc Voc Woc Mocv Vocv Wocv 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 73.91 32.84 194.14 59.41 30.28 194.14 -279.95 10.72 466.01 -339.46 5.56 466.01 -612.26 -63.20 732.91 -744.01 -70.34 732.91 -1040.03 -151.74 973.

26、50 -1266.12 -161.11 973.50 -801.48 -222.36 877.30 -1166.73 -238.14 877.30(5) 梁 应 力(T/m2)(压为正） 梁应力 梁应力(震) 梁自重应力 Scu Scd Scuv Scdv Scug Scdg 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 41.6 20.0 39.5 22.2 -10.1 60.6 34.6 89.0 28.9 95.0 -46.0 141.6 41.1 127.3 32.1 136.9 -13.4 149.1 44.8 158.7 33.0 171.7 66.0 106.5 51.3 12

27、6.4 35.6 144.9 190.3 13.8(6) 拱 冠 变 位 Ror Rorv -5.60505835847186E-03 -6.0615134342224E-03 -6.54122838741831E-03 -7.00042203451192E-03 -6.43864059816183E-03 -6.80702405486301E-03 -4.89490028570349E-03 -5.13992612127868E-03 -2.54536396052912E-03 -2.6530153268679E-03 -5.68234204655485E-04 -5.80247043780

28、04E-04 (7) 最 大 应 力 Sau Sad Sou Sod Scu Scd 最大 147.6(1) 261.5(4) 211.4(3) 159.0(1) 51.3(6) 158.7(5) 最小 30.5(5) 95.8(6) 80.7(6) 26.7(6) 0.0(1) 0.0(1) *END*拱 坝 坝 数 据 N HB1 HB2 HS FS MS MH 6 1393.684 1350.86 1368 30 1.3 1 MC GC EC EF KC CS u 2.4 .00001 1600000 1600000 .025 .8 .17 高程 外半径 拱圈厚 半中心角 坝趾距 岸坡角

29、AF 坝肩弹模EF H R T A Y AF EF 1388.00 81.69 5.00 50.00 6.39 38.79 1600000 1376.40 74.42 6.56 48.15 10.27 38.32 1600000 1364.80 66.38 8.11 46.67 13.88 41.13 1600000 1353.20 56.83 9.66 43.42 15.01 43.97 1600000 1341.60 45.19 11.22 41.08 14.56 47.82 1600000 1330.00 32.12 12.77 30.00 12.77 52.11 1600000 当量矩

30、形长宽比 m= 16.5068131850797 坝体积 V= 81729.6640028686 m3 温升 G= 57.57 /(T+2.44) 计 算 结 果 E= 2 (双向扭转效应)(1) 荷 载 分 配 高程 总荷载 梁载 拱载 扭载 梁载(震) 拱载(震) 扭载(震) H P X XA Z Xv XAv Zv 1388 5.68 -5.19 11.76 -0.88 -4.97 12.05 -0.68 1376.4 17.28 -0.03 16.24 1.08 0.21 16.73 1.53 1364.8 30.27 4.01 21.83 4.43 4.23 22.47 5.20 1

31、353.2 46.90 8.99 28.04 9.87 9.12 28.84 11.02 1341.6 54.26 5.70 34.13 14.43 5.95 34.97 15.82 1330 59.29 5.73 36.15 17.42 6.58 36.57 18.96(2) 拱 端 内 力 Mao Vao Hao Maov Vaov Haov -153.26 13263.82 954.95 393.11 13266.48 984.02 -460.67 16199.04 1188.17 189.47 16202.76 1230.48 -1025.38 18352.53 1391.26 -42

32、4.51 18357.24 1440.72 -1779.54 17639.49 1443.56 -1374.19 17643.54 1493.93 -1938.28 13607.48 1285.42 -1781.47 13609.11 1323.64 -737.03 5365.61 799.62 -791.89 5366.27 811.57(3) 拱 应 力(T/m2)(压为正） 拱端 拱冠 拱端(震) 拱冠(震) Sau Sad Sou Sod Sauv Sadv Souv Sodv 155.0 228.6 210.6 169.3 289.2 100.4 206.2 182.4 118.8

33、247.7 216.0 141.1 213.4 160.4 209.3 158.0 81.8 269.5 222.8 108.9 140.5 218.2 215.0 127.0 41.5 271.5 213.4 64.5 71.3 248.9 206.6 80.8 29.8 217.1 167.6 33.8 40.1 212.3 163.2 45.0 39.1 95.7 80.6 26.7 38.3 99.1 77.9 32.4(4) 粱 内 力 Moc Voc Woc Mocv Vocv Wocv 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 63.71 30.32 199.3

34、6 47.92 27.55 199.36 -330.22 7.23 476.09 -394.05 1.78 476.09 -707.83 -68.20 744.51 -847.37 -75.63 744.51 -1176.02 -153.41 984.49 -1412.93 -163.01 984.49 -901.70 -219.67 879.92 -1280.39 -235.68 879.92(5) 梁 应 力(T/m2)(压为正） 梁应力 梁应力(震) 梁自重应力 Scu Scd Scuv Scdv Scug Scdg 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 41.0 22.4 3

35、8.7 24.7 -10.1 60.6 31.1 95.4 25.0 101.7 -46.0 141.6 35.9 135.6 26.4 145.7 -13.4 149.1 38.8 167.7 26.4 181.3 66.0 106.5 47.2 131.7 30.9 150.9 190.3 13.8(6) 拱 冠 变 位 Ror Rorv -6.98891886839215E-03 -7.44531541281756E-03 -7.48843224219609E-03 -7.94752217744831E-03 -6.99154549599355E-03 -7.35978834790593E-03 -5.14609751458403E-03 -5.39095117933751E-03 -2.61072861400734E-03 -2.71822778915438E-03 -5.67086320028808E-04 -5.