高拱坝设计计算书

- 1 -目 录第一章 调洪演算 41.1 调洪演算的原理 41.2 泄洪方案的选择 41.2.1 对三种泄洪方案进行调洪演算 .41.2.2 泄洪方案的选择 .61.2.3 计算坝高 .6第二章 大坝工程量比较 82.1 大坝剖面设计计算 82.1.1 基本剖面 .82.1.2 实用剖面 .82.1.3 排水位置 .82.1.4 荷载计算 92.2 工程量比较 13第三章 第一建筑物 大坝的设计计算 153.1 拱坝的剖面设计以及拱坝的布置 153.1.1 坝型选择双曲拱坝 153.1.2 拱坝的尺寸 153.2 荷载组合 173.3 拱坝的应力计算 17- 2 -3.3.1 对荷载组合，使用 FORTRAN 程序进行电算 173.3.2 对荷载组合进行手算 193.4 坝肩稳定验算 273.4.1 计算原理 273.4.2 验算工况 283.4.3 验算步骤 28第四章 泄水建筑物设计 344.1 泄水建筑物的组成与布置 344.2 坝身泄水口设计 344.2.1 管径的计算 344.2.2 进水口的高程 344.3 泄槽设计 354.3.1 坎顶高程 354.3.2 坎上水深 hc354.3.3 反弧半径 R 354.3.4 坡度 354.3.5 挑射角：挑射角 =20 o354.4 导墙设计 354.5 消能放冲计算 364.5.1 水舌挑距 364.5.2 冲刷坑深度 37- 3 -4.5.3 消能率计算 37结 语 39参 考 文 献 40- 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。1.2 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 Z312gH BmQz 0=0.45 k =0.7 圆形进口 =1-0.2n-1 0+ kH 0/(nb) ）中孔: 进口高程 135m, 出口高程 130m, 孔口宽 8m, 高 9.5m流量： （其中： 孔口宽度 B=8m zk2gAAk=89.5=76m2 喇叭形进口 =0.97-0.3D/H z）表 1-1 表中孔方案总结水位（m） 182 185 190堰上水头 H 3 6 11表孔 流量 Q1(m3/s) 516.702 1423.019 3373.410孔口中线以上水头 H0(m) 47.25 50.25 55.25侧收缩系数 0.910 0.913 0.918中孔 流量 Q2(m3/s) 2105.009 2179.399 2298.099- 5 -起调流量 4726.72m3/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 6720 m 3/s校核 8030 m 3/s最高水位: 设计 187.85m校核 191.20m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 9.5 米, 高 9 米流量： （其中： 孔口宽度 B=9.5m zk12gHAQAk=99.5=85.5m2 喇叭形进口 =0.97-0.3D/H z）中孔: 进口高程 135 米, 出口高程 130 米, 孔口宽 7.5 米, 高 7 米流量： （其中： 孔口宽度 B=7.5m zk1gAAk=7.57=52.5m2 喇叭形进口 =0.97-0.3D/H z）表 1-2 浅中孔方案总结水位（m） 182 185 190H0(m) 23.5 26.5 31.5 0.855 0.868 0.884浅孔流量 Q1(m3/s) 1569.892 1692.446 1868.60H0(m) 48.5 51.5 65.5 0.9267 0.9292 0.933中孔流量 Q2(m3/s) 1500.788 1550.717 1630.559Q1+Q2(m3/s) 6141.36 6486.33 6998.32起调流量 6141.36m3/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 6740 m3/s校核 7000 m3/s最高水位: 设计 187.18m校核 191.00m方案三: 4 中孔Q1+Q2(m3/s) 4726.72 5781.82 7969.61- 6 -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 zk12gHAQAk=7.57.5=56.25m2 喇叭形进口 =0.97-0.3D/H z）表 1-3 全中孔方案总结水位（m） 182 185 190H0(m) 48.25 51.25 56.25 0.923 0.926 0.930流量 Q(m3/s) 6392.27 6607.5 6951.46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 6730 m3/s校核 6990 m3/s最高水位: 设计 186.99m校核 191.80m1.2.2 泄洪方案的选择由下游容许下泄流量在设计情况下为 6750 m3/s,校核情况下为 7750 m3/s.选择泄洪方案，即设置两个浅孔，孔口尺寸为 9m9.5m，进口底高程为 164m，出口底高程 154m，两中孔，孔口尺寸为 7.0m7.5m，进口底高程为 135m，出口底高程为 130m。设计洪水时，设计水位为 187.18m，下泄流量为 6740m3/s，小于允许流量 6750m3/s。校核洪水时，校核洪水位为 191.00m，下泄流量为 7000m3/s，小于允许下泄流量 7750 m3/s。1.2.3 计算坝高坝顶超出水库静水位的高度h 为 h=2h 1+h0+hc式中 2h1波浪高度h0波浪中心线高出静水位的高度 hc安全超高2hL=0.0166Vf5/4 D1/3式中 Vf 计算风速- 7 -D库面吹程(km)h0= cthL241设计情况下: V f =122=24m/sD=4 km2h1=1.3818m波长 2LL=13.61mh0=4h12cth(H1/ LL) /(2LL) =1.38182/11.3815=0.5270mhc=0.7mh=1.3818+0.5270+0.7=2.6088m校核情况下: V f =26m/sD=4 .0km2h1=0.8321m波长 2LL=6.8235mh0=4h12cth(H1/ LL) /(2LL) =0.3118mhc=0.5mh=0.8321+0.3188+0.5=1.6509m设计情况：187.18+2.6088=189.7888m校核情况：191+1.6509=192.6509m 取得坝高为 193m由此计算得到的坝顶高程为 193m，最大坝高为 101m- 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=191-92=99m最大坝高为 193-92=101m2.1.1 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/m3 扬压力折减系数 1取 0.25则 B=101/(25/10-0.25) 1/2=67.33m按稳定条件确定坝底最小宽度B=KH/f( c/ 0+- 1)式中 K=1.10 f=0.7 =0 1=0.25则 B=1.1101/0.7(25/10+0-0.25)=70.54m又 B=（0.70.9）H=（70.790.9）所以取 B=74m2.1.2 实用剖面坝顶宽度：取坝高的 810%，即（810%）101=(8.0810.1)m,取为9m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）101=(33.6767.3)m,取为 40m。下游坡度为 H/B=95.18/74=1:0.78（0.60.8）坝底宽度为 74+400.15=80m- 9 -2.1.3 排水位置设计洪水最大下泄流量为 6740m3/s，则 Z 下 =114.28m，水头 H=187.18-114.28=72.9m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 6.5m。图 2-1 重力坝基本剖面（单位：m）2.1.4 荷载计算校核洪水位：坝体自重W=（6402+9101+6583.62）25=93650 kN/m水压力垂直水压力 W 水上 =1/26（99+59)9.81=4649.94 kN/mW 水下 =1/222.2820.789.81=1899.1706 kN/m水平水压力 P 上 =1/2 0H 上 2=1/29.81(191-92)2=48073.905 kN/mP 下 =1/2 0H 下 2=1/29.8122.282=2434.8342 kN/m- 10 -扬压力U =(22.28+22.28+19.18)659.81 12=20321.9055 kN/mU =1/215(19.18+22.28+99)9.81=10334.3445 kN/m U= U + U =30656.25 kN/m浪压力PL=1/4L m(h1%+hz)=1/49.816.8235(0.8321+0.3188)=19.2599 kN/m泥沙压力垂直泥沙压力 Pn=1/2 owH2K0=1.21/22320.158.5=404.685 kN/m水平泥沙压力 Ph=1/2 sbhs2tg2(45o- s/2)式中： n=8.5kN/m3 hn=115-92=23m n =10o 故Ph=1/28.5232tg2(45o-10o /2)=1582.97 kN/m设计洪水位：坝体自重W=（6402+9101+6583.62）25=93650 kN/m水压力垂直水压力 W 水上 =1/26（95.18+55.18)9.81=4425.09 kN/mW 水下 =1/222.2820.789.81=1899.1706 kN/m水平水压力 P 上 =1/2 0H 上 2=1/29.81(187.18-92)2=44435.53 kN/mP 下 =1/2 0H 下 2=1/29.8122.282=2434.8342 kN/m扬压力U =(22.28+22.28+18.225)659.81 12=20017.4276 kN/mU =1/215(18.225+22.28+95.18)9.81=9983.0239 kN/m U= U + U =30000.4515 kN/m浪压力PL=1/4L m(h1%+hz)=1/49.8111.3815(1.3818+0.5270)=53.2806 kN/m泥沙压力垂直泥沙压力 Pn=1/2 owH2K0=1.21/22320.158.5=404.685 kN/m水平泥沙压力 Ph=1/2 sbhs2tg2(45o- s/2)式中： n=8.5kN/m3 hn=115-92=23m n =10o 故Ph=1/28.5232tg2(45o-10o /2)=1582.97 kN/m21.5 稳定校核校核洪水位：(W-U)=93650+4649.94-30656.25+404.685+1899.1706=69947.5456 kN/mP=48073.905+1582.97+19.2599-2434.8342=47241.3007 kN/mK=f(W-U)/ P=0.7269947.546447241.3007=1.07K=1.05稳定满足要求。设计洪水位：- 11 -(W-U)=93650+4425.09+404.685+1899.1706-30000.4515=70378.4941 kN/mP=44435.53+1582.97+53.2806-2434.8342=43636.9464 kN/mK=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）校核洪水位：水平截面上的边缘正应力 y和 ” y y= W/B+6M/B2” y= W/B-6M/B2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）B计算截面沿上下游方向的宽度1.自重W1=1264025=3000 kN(下) L W1=40-162/3=36 m MW1=300036=108000 kNm（逆）W2=910125=22725 kN(下) L W2=40-（6+9/2）=29.5 m MW2=2272529.5=670387.5 kNm（逆）W3=126583.625=67925 kN(下) L W3=40-(6+9+65/3)=3.33 m MW3=679253.33=226190.25 kNm（逆）2.上游静水压力水平向：P 2x=1/29.81(191-92)2=48073.905 kN/m （右）L2x=（191-92）/3=33 mM2x=-48073.90533=-1586438.865 kNm（顺）垂直向：P 2y=1/26（99+59)9.81=4649.94 kN/m （下）L2y=40-6/3(592+99)/(59+99)=37.253 mM2y=4649.9437.253=173224.98 kNm（逆）3.下游静水压力水平向：P 3x=1/29.8122.282=2434.8342 kN/m （左）L3x=22.28/3=7.4267 mM3x=2434.83427.4267=18082.7 kNm（逆）垂直向：P 3y=1/222.2820.789.81=1899.1706 kN/m （右）L3y=40-1/30.7822.28=34.2072 mM3y=-1899.170634.2072=-64956.31 kNm（顺）4.扬压力U =22.28659.81 =14206.842 kN/m （上）LU =6+9+65/2-40=7.5 mMU =14206.8427.5=106551.315 kNm（逆）U =1/26519.189.81=6115.0635 kN/m （上）LU =6+9+65/3-40=-3.33 mMU =6115.0635(-3.33)=-20383.545 kNm（顺）- 12 -U =1/215(19.18+22.28+99)9.81=10334.3445 kN/m （上）LU =40-(6+9)/32(19.18+22.28)+99/(22.28+19.18+99) =33.524 mMU =10334.3445(-33.524)=-334505.06 kNm（顺）W=69542.8606 kN （下）M=-715800.899 kNm（顺） 水平截面上的边缘正应力 y和 ” y y=69542.8606/80+6(-715800.899)/802=198.2224 kPa” y=69542.8606/80-6(-715800.899)/802=1540.349 kPa边缘剪应力 和 ”=(p-p u- y)n= - y n= -198.22240.15=-29.7334 kPa”=(” y +pu”-p”)m=” y m=1540.3490.78=1201.472 kPa铅直截面上的边缘正应力 x和 ” x x=(p-pu)-(p-pu- y)n2= yn2=198.22240.152=4.4600 kPa” x=(p”-pu”)+(” y +pu”-p”)m2=” y m2=1540.3490.782=937.1484 kPa上游边缘主应力 1和 2 1=(1+n2) y -( p-pu)n2=(1+0.152) 198.2224=202.6824 kPa 2= p-pu=0 kPa下游边缘主应力 ” 1和 ” 2” 1=(1+m2)” y -( p”-pu”)m2=(1+0.782) 1540.349=2477.497 kPa” 2= p”-pu”=0 kPa没有出现拉应力及压应力强度超过抗压强度情况，故应力满足要求。设计洪水位：1.自重W1=1264025=3000 kN(下) L W1=40-162/3=36 m MW1=300036=108000 kNm（逆）W2=910125=22725 kN(下) L W2=40-（6+9/2）=29.5 m MW2=2272529.5=670387.5 kNm（逆）W3=126583.625=67925 kN(下) L W3=40-(6+9+65/3)=3.33 m MW3=679253.33=226190.25 kNm（逆）2.上游静水压力水平向：P 2x=1/29.81(187.18-92)2=44435.53 kN/m （右）L2x=（187.18-92）/3=31.727 mM2x=-44435.5331.727=-1409791.248 kNm（顺）垂直向：P 2y=1/26（95.18+55.18)9.81=4425.09 kN/m （下）L2y=40-6/3(55.182+95.18)/(55.18+95.18)=37.266 mM2y=4425.0937.266=164905.4039 kNm（逆）3.下游静水压力水平向：P 3x=1/29.8122.282=2434.8342 kN/m （左）L3x=22.28/3=7.4267 mM3x=2434.83427.4267=18082.7 kNm（逆）- 13 -垂直向：P 3y=1/222.2820.789.81=1899.1706 kN/m （右）L3y=40-1/30.7822.28=34.2072 mM3y=-1899.170634.2072=-64956.31 kNm（顺）4.扬压力U =22.28659.81 =14206.842 kN/m （上）LU =6+9+65/2-40=7.5 mMU =14206.8427.5=106551.315 kNm（逆）U =1/26518.2259.81=5810.5856 kN/m （上）LU =6+9+65/3-40=-3.33 mMU =5810.5856(-3.33)=-19368.6187 kNm（顺）U =1/215(18.225+22.28+95.18)9.81=9983.0239 kN/m （上）LU =40-(6+9)/32(22.28+18.225)+95.18/(22.28+18.225+95.18)=33.5074 mMU =9983.0239(-33.5074)=-334505.06 kNm（顺）W=69973.8091 kN （下）M=-534513.0671 kNm（顺） 水平截面上的边缘正应力 y和 ” y y=69973.8091/80+6(-534513.0671)/802=373.567 kPa” y=69973.8091/80-6(-534513.0671)/802=1375.779 kPa边缘剪应力 和 ”=(p-p u- y)n= - y n= -373.5670.15=-56.036 kPa”=(” y +pu”-p”)m=” y m=1375.7790.78=1073.107 kPa铅直截面上的边缘正应力 x和 ” x x=(p-pu)-(p-pu- y)n2= yn2=373.5670.152=8.405 kPa” x=(p”-pu”)+(” y +pu”-p”)m2=” y m2=1375.7790.782=837.024 kPa上游边缘主应力 1和 2 1=(1+n2) y -( p-pu)n2=(1+0.152) 373.567=381.972 kPa 2= p-pu=0 kPa下游边缘主应力 ” 1和 ” 2” 1=(1+m2)” y -( p”-pu”)m2=(1+0.782) 1375.779=2212.803 kPa” 2= p”-pu”=0 kPa没有出现拉应力及压应力强度超过抗压强度情况，故应力满足要求。2.2 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：V=H/6L13b+(m1+m2)H+L23b+2(m1+m2)H第块- 14 -L1=180m L2=75m b=80-6-400.78=42.8m m1=0.15 m2=0.78 H=40mV =40/6180342.8+(0.15+0.78)40+75342.8+2(0.15+0.78)40=300120 m3第块L1=263m L2=180m b=9m m1=0 m2=0.78 H=43.6mV =43.6/626339+(0+0.78)43.6+18039+2(0+0.78)43.6=240875.35m3第块L1=291m L2=263m b=9m m1=0 m2=0 H=17.4mV =17.4/629139+(0+0)17.4+26339+2(0+0)17.4=43378.2m3重力坝工程量:V 1= V + V + V =300120+240875.35+43378.2=584373.55 m3拱坝工程量计算利用下式分别对四个坝块进行计算：V=(A 上 +A 下 ) h/2A1=（195 2-1872）104.5/360=2786.872m 2A2=（165.7 2-153.22）99.5/360=3461.266m 2A3=（143.1 2-126.12）94.5/360=3774.011m 2A4=（113.3 2-91.82）93.5/360=3598.016m 2A5=（89.3 2-63.32）56.8/360=1966.634m 2V =（A 1 +A2）h/2=(2786.872+3461.266) 25.25/2=78882.74 m3- 15 -V =（A 2 +A3）h/2=(3461.266+3774.011) 25.25/2=91345.37 m3V =（A 3 +A4）h/2=(3774.011+3598.016) 25.25/2=993071.84 m3V =（A 4 +A5）h/2=(3598.016+1966.634) 25.25/2=70253.71 m3拱坝工程量:V 2= V + V + V + V=78882.74+91345.37+993071.84 +70253.71=333553.7m3经比较，拱坝较重力坝可节约工程量：（V 1-V2）/ V 1=（584373.55-333553.7 ）/584373.55=42.92%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案。第三章 第一建筑物大坝的设计计算3.1 拱坝的剖面设计以及拱坝的布置3.1.1 坝型选择双曲拱坝V 形河谷或其它上宽下窄的河谷，若采用定半径式拱坝，其底部会因中心角过小而不能满足应力的要求，此时宜将水平拱圈的半径从上到下逐渐减小，以使上下各层拱圈的中心角基本相等，并在铅直向设计成一定曲率，形成变半径等中心角双曲拱坝，而做到上下层拱圈的中心角相等很困难，故采用变半径变中心角的双曲拱坝。3.1.2 拱坝的尺寸- 16 -坝顶的厚度 Tc 根据结构、人防、运用等要求并考虑改善坝体应力，初步设计，采用下列经验公式：TC=0.01H+（ 0.0120.024）L 1 又 Tmin=35m式中：H坝高（m） ，H=101mL1坝顶高程处两拱端新鲜基岩之间的直线距离（ m） ，L1=304mTC=0.01H+（0.0120.024）L 1=0.01101+（0.0120.024）304=(4.6588.306)mTmin=35m取 TC =8m坝底的厚度 TBTB=K(L1+L4)H/式中 K=0.0035L1,L4分别为第一，第四层拱圈两拱端新鲜基岩之间直线距离L1=304m，L 4=140mH 为坝高 101m拱的允许压应力 56 MPa 取为 6 MPaTB=0.0035(304+140) 101/6=26.159m 取 TB=26m上游面的曲线采用二次抛物线 z= -x1(y/H)+x2(y/H)2式中： x1=2 1x2 x2= 2TB/(2 1-1) 1=0.60.65 2=0.30.6取 1=0.64 2=0.32 则x2=0.3226/(20.64-1)=29.714 x1=20.6429.714=38.034上游面的曲线方程为 z= -38.034y/101+29.714(y/101)2下游面的曲线按 Tc，T B 沿高程线性内插。设第 i 层拱圈的厚度为 Ti 则Ti=Tc+(TB-Tc)/ Hyi=8+(26-8)/101yi Z 下 =Z 上+T i表 3-1 拱冠梁端面的几层典型拱圈的几何尺寸层 1 2 3 4 5高程 193 167.75 142.5 117.25 92纵坐标 yi 0 25.25 50.5 75.75 101- 17 -上游面横坐标 z1 0 -7.65143 -11.5886 -11.8114 -8.32拱厚 Ti 8 12.5 17 21.5 26下游面横坐标 z2 8 4.848571 5.411429 9.688571 17.68图 3-1 拱冠梁剖面示意图3.2 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3.3 拱坝的应力计算3.3.1 对荷载组合，使用 FORTRAN 程序进行电算- 18 -正常水位+温降n= 5u= 0.20 AT=-47.00 BT= 3.39 RG= 2.50 FS=10.00 RS= 0.85 EC=2200000.0EF=2200000.0 GC=0.000008 HW= 9.75 HS= 78.00 X1= 38.03 X2= 29.71DESIGN POINT 0X1= 38.0343 X2= 29.7143LEVEL HI AF SL T R1 0.00 45.00 150.00 8.00 191.002 25.25 45.00 120.75 12.50 159.453 50.50 45.00 99.00 17.00 134.604 75.75 45.00 74.75 21.50 102.555 101.00 45.00 36.50 26.00 76.30LEVEL SM= SS=1 217.17 130.88 97.59 255.57 0.00 0.00 0.00 0.002 271.69 102.73 47.76 225.69 60.47 52.81 -10.23 115.393 272.23 40.74 -16.48 186.11 87.31 120.06 20.10 168.694 210.88 -20.03 -48.71 125.37 49.74 234.38 134.66 124.835 93.49 -70.74 -47.42 38.75 -30.36 371.83 326.73 -16.01LEVEL DISPLACE PA PAT1 0.040821 0.000276 7.26 0.002 0.033634 0.000339 14.95 0.913 0.024062 0.000427 21.55 2.884 0.012611 0.000389 25.70 7.295 0.003213 0.000172 28.66 17.91设计水位+温升n= 5u= 0.20 AT= 47.00 BT= 3.39 RG= 2.50 FS=10.00 RS= 0.85 EC=2200000.0EF=2200000.0 GC=0.000008 HW= 5.82 HS= 78.00 X1= 38.03 X2= 29.71DESIGN POINT 0X1= 38.0343 X2= 29.7143- 19 -LEVEL HI AF SL T R1 0.00 45.00 150.00 8.00 191.002 25.25 45.00 120.75 12.50 159.453 50.50 45.00 99.00 17.00 134.604 75.75 45.00 74.75 21.50 102.555 101.00 45.00 36.50 26.00 76.30LEVEL SM= SS=1 270.09 210.49 187.50 296.62 0.00 0.00 0.00 0.002 293.74 165.50 123.78 256.56 90.48 24.54 -10.23 115.393 287.19 100.69 54.59 215.70 120.07 89.72 20.10 168.694 227.36 36.95 13.30 155.27 84.06 200.73 134.66 124.835 121.51 -26.11 -5.15 70.54 36.30 298.55 326.73 -16.01LEVEL DISPLACE PA PAT1 0.028341 0.000092 9.94 0.002 0.025682 0.000187 17.95 0.533 0.019541 0.000317 25.43 2.494 0.010553 0.000314 31.34 6.035 0.002964 0.000142 36.67 15.15校核水位+温升n= 5u= 0.20 AT= 47.00 BT= 3.39 RG= 2.50 FS=10.00 RS= 0.85 EC=2200000.0EF=2200000.0 GC=0.000008 HW= 2.00 HS= 78.00 X1= 38.03 X2= 29.71DESIGN POINT 0X1= 38.0343 X2= 29.7143LEVEL HI AF SL T R1 0.00 45.00 150.00 8.00 191.002 25.25 45.00 120.75 12.50 159.453 50.50 45.00 99.00 17.00 134.604 75.75 45.00 74.75 21.50 102.555 101.00 45.00 36.50 26.00 76.30- 20 -LEVEL SM= SS=1 305.99 235.64 208.50 337.31 0.00 0.00 0.00 0.002 329.68 182.55 134.68 287.78 98.48 18.79 -10.23 115.393 315.79 107.93 56.54 236.95 116.03 97.66 20.10 168.694 244.72 37.62 11.90 167.06 66.78 222.34 134.66 124.835 127.51 -28.81 -6.61 74.25 11.41 327.80 326.73 -16.01LEVEL DISPLACE PA PAT1 0.033437 0.000143 11.21 0.002 0.029452 0.000246 20.04 0.693 0.021771 0.000373 27.83 2.784 0.011471 0.000351 33.59 6.545 0.003137 0.000155 38.49 16.243.3.2 对荷载组合进行手算拱冠梁法计算应力的变形协调方程：ai1x1+ai2x2+ ai3x3+ ai4x4+ ai5x5+ xi i= Pi i+A i-B i式中：a ij单位荷载作用在梁上 j 点使 i 点产生的径向变位，称为梁的变位系数； i在单位均匀径向水平荷载作用下，第 i 层拱圈拱冠处的径向变位，称为拱的变位系数；A i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；B i作用于梁上竖直方向荷载引起的拱冠梁上 i 点的径向变位；Pi、x i分别为 i 层截面处水平径向总荷载、梁分担的荷载。i=1，2， 3，4，51拱圈变位系数 i 的计算及均匀温降 时的 A i的计算ER10ii式中: 拱冠径向位移系数iE混凝土的弹性模量，取 2.2106；- 21 -R第 i 层拱圈的平均半径。A i= 0（RC ）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；C坝身材料线胀系数，取 0.810-5；第 i 层拱圈的均匀温度下降值。=47/（T+3.39）( oC)T第 i 层拱圈的拱厚。经计算得：表 3-2 各层拱圈的 i与 A i的结果拱厚T半径R T/R i i/1000 i*(1/E)均匀温降t系数 Ci A i*E8 191 0.0419 52.25 -52.8833 10100.7103 4.126 -1.8405 255303.0412.5 159.45 0.0784 49.75 -26.8181 4276.14605 2.958 -1.7662 146605.7617 134.6 0.1263 47.25 -16.7529 2254.94034 2.305 -1.6065 87724.13421.5 102.55 0.2097 46.75 -10.1432 1040.18516 1.888 -1.3553 46190.93326 76.3 0.3408 28.4 -3.1686 241.76418 1.599 -0.4025 8643.73342垂直荷载作用下引起的梁的径向变位 B i 的计算（1）垂直荷载（坝重、水荷载）作用下由于梁本身弯曲引起的变位 B iIB iI= iyi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。拱冠梁基本尺寸、垂直荷载及其弯矩计算表见下页。（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= Mx2表 3-3 拱冠梁基本尺寸、垂直荷载及其弯矩计算表序 计算项目 拱冠梁计算界面编号- 22 -号 类别 序号 名称 单位 1 2 3 4 51 h 拱冠梁分段高度 m 25.25 25.25 25.25 25.252 拱 Su 上游面宽度 m 1.021 1.039 1.063 1.105 1.173 冠 S 平均宽度 m 1 1 1 1 14 梁 e1 截面形心偏心矩 m 0.028 0.082 0.179 0.376 0.7385 基 aD 形心至下游面距离 m 4.028 6.332 8.679 11.126 13.7386 本 au 形心至上游面距离 m 3.972 6.168 8.321 10.374 12.2627 尺 a e 每块上游面水平投影 m 7.65 3.94 0.22 -3.498 存 a u 顶底行心水平距离 m 5.454 1.787 -1.833 -5.3789 Ia 截面惯性矩 m4 42.66 162.677 408.872 825.164 1450.49410 拱 A 截面积 m2 8 12.5 17 21.5 2611 冠 A 平均 平均截面积 m2 10.25 14.75 19.25 23.7512 梁 W 1 分块自重 kN 6470.31 9310.94 12151.25 14992.1913 自 分块重心至上游面 的水平距离 m 8.75 9.31 9.78 10.2214 重 分块自重对块底形心 的水平距离 m 2.582 0.989 -0.594 -2.04215 及 W1 累计自重 kN 0 6470.31 15781.25 27932.81 4292516 弯 M 1分块自重对块底形心的力矩 kNm 16706.34 9208.52 -7218.03 -30614.0517 矩 M 1累记自重对块底形心的力矩 kNm 0 0 11562.44 -28927.03 -1550222.6518 M1 自重引起的力矩 kNm 0 16706.34 37477.3 1332.24 -179504.4619 h 分块平均水头 m 7.75 28.125 53.375 78.62520 水 W 2 每块上游水重 kN 599.1168 1142.7286 124.8702 -3062.278421 重 W2 累计水重 kN 0 599.1168 1741.8454 1866.7156 -1195.562822 及 bg 每块水重心至上游面的距离 m 2.343 6.351 10.264 14.00723 弯 M 2每块水重对块底形心力矩 kNm 1403.73 7257.47 1281.67 -42893.3324 距 M 2累计水重对块底形心的力矩 kNm 0 0 1070.62 -3192.8 -10039.196525 M2 水重引起的力矩 m 0 1403.73 9731.82 7820.69 -45111.836526 M2/I kPa 0 8.629 23.802 9.478 -31.101取拱坝 Ec=Er=22106kN/m2，即 n=1=5.62n/（E cT2）n=5.62/(26 2Ec)=0.0083/Ec- 23 -2=0.74n/(27Ec)=0.74、 （26E c)=0.0285/EcMx=-45111.8365kNmf= Mx f= Mx2Bi =f hi+f表 3-4 垂直荷载作用下由于弯矩引起的变位 Bi1截面 坐标 i(1/Ec) yi i*yi (1/Ec)B i (1/Ec)距梁基高hiB i (1/Ec)B i (1/Ec)108.94113 16.83333 1833.8423409.44138 39.84389 16313.737420.16 61.3137 25761.56327.9601 77.71667 2172.9658-300.9022 94.55 -28450.31 0 17631.807 17631.807 101 -37817.25 -20185.45409.44138 14.59389 5975.342420.16 36.0637 15152.52327.9601 52.46667 1466.9732-300.9022 69.3 -20852.522 24.25 1742.3174 1742.3174 75.75 -28362.94 -26620.62420.16 10.8137 4543.482927.9601 27.21667 760.98072-300.9022 44.05 -13254.743 48.5 -7950.277 -7950.277 50.5 -18908.63 -26858.927.9601 1.966667 54.988197-300.9022 18.8 -5656.9614 72.75 -5601.973 -5601.973 25.25 -9454.313 -15056.295 97 0 0 0 0 0 0 0（3）将 B iI和 B i 迭加得 B iB i=B iI+B i表 3-5 垂直荷载下梁的径向变位Bi 的计算结果截面 B i (1/Ec) B i (1/Ec) B i (1/Ec)1 17631.81 -37817.3 -201852 1742.317 -28362.9 -266213 -7950.28 -18908.6 -268594 -5601.97 -9454.31 -150565 0 0 0- 24 -3梁变位系数 aij的计算结果：表 3-6 梁变位系数 aija11 6760.81 a21 3962.86 a31 1887.71 a41 650.12 a51 78.55a12 9140.66 a22 5904.36 a32 3020.35 a42 1087.45 a52 144.71a13 4326.72 a23 3053.05 a33 1873.86 a43 767.17 a53 126.71a14 1531.50 a24 1147.07 a34 809.201 a44 437.16 a54 108.52a15 235.357 a25 191.062 a35 146.79 a45 102.52 a55 48.214计算 pi 正常水位 183.75m H1=183.75-164.75=19m 水库淤积高程 115mp1=0p2= wH1=9.81(183.25-167.75)=152.055 kN/m2p3= wH2=9.81(183.25-142.5)=399.7575kN/m2p4= wH3=9.81(183.25-117.25)=647.46 kN/m2p5w= wH4=9.81(183.25-92) =895.1625kN/m2p5s= shstg2(45o-s/2)= 8.523tg2(45o-10o/2)=137.6492 kN/m2p5= p5w+ p5s=895.1625+137.6492=1032.8117 kN/m25根据 ai1x1+ai2x2+ ai3x3+ ai4x4+ ai5x5+ xi i=Pi i+A i-B i列出五元一次方程组：16861.52x1+9140.66x2+4326.72x3+1531.5x4+235.357x5=275488.453962.86x1+10239.01x2+3053.05x3+1147.07x4+190.06x5=823435.771887.71x1+3020.350x2+4128.80x3+809.201x4+146.79x5=1016012.4650.119x1+1087.450x2+767.167x3+1477.34x4+102.52x5=734725.5178.5469x1+144.710x2+126.7120x3+108.516x4+289.978x5=258340.6求解此五元一次方程组得：梁所受的荷载： x 1= -74.3416 x2=-0.8474x3=179.9112 x4=389.5644 x5=687.0578拱所受的荷载： p 1-x1=74.3416 p2-x2=152.9024p3-x3=219.8463 p4-x4=257.8956 p5-x5=345.7539表 3-7 水平径向总荷载 Pi截 面 1 2 3 4 5- 25 -水平径向总荷载Pi 0 152.055 399.7575647.46 1032.81176拱冠梁受水平荷载作用下的弯矩 M 水平 ，受垂直荷载及水平荷载共同作用下的弯矩 M 以及应力的计算表 3-8 拱冠梁受水平荷载 Xi及在垂直荷载（自重）作用下的应力计算截面编号 2 3 4 5截面积 A（ m2） 12.5 17 21.5 26惯性矩（m 4） 162.667 408.872 825.164 1450.494弯矩 M（knm） 548.2674211 35229.3221 93156.4694 282769.7007轴力 N（kn ） 6470.31 15781.25 27932.81 42925N/A 517.6248 928.308824 1299.20047 1650.961538M/I 3.370489535 86.162227 112.894491 194.9471702a