褒河水庫單曲拱壩設計畢業設計說明書含圖紙-全文預覽

　　

【正文】 案 方案一 方案二 方案三 方案四應力 大 大 大 小拱端推力 2 3 4 1工程量 4 2 3 1平面布置 好 好 好 好倒懸度 適中 適中 適中 適中注 拱端推力、及工程量中間的數據由小到大排列。表 52 所示。 當壩肩處在校核水位+溫升情況下時，其壩肩的穩定條件是最差的，故以校核水位+溫升情況作為壩肩穩定分析的原始依據。若在穩定分析中，發現某些層的穩定不足，且無把握判斷整個壩的安全時，則必須創造條件進行岸坡的整體穩定分析，最后的結果應該使整體穩定必須滿足要求，同時應對局部不穩定的部位采取必要的工程措施。⑵ 只考慮滑移體上的力的平衡，不考慮力矩平衡，后者可由力的分布自行調整滿足。193。 在各種荷載作用下，拱壩壩肩對山坡作用有一定的力，現切取單位高度（1m）和單位寬度（1m）水平拱進行分析，作用在壩肩處的荷載可分解為：⑴ 拱端反力——法向力 ，剪力aHaV⑵ 梁底反力——垂直力 ，剪力Gb以上力系以圖中的指向為正。1 平面穩定分析計算簡圖 穩定計算 從地形圖上來看，某一高程拱圈與等高線相交，從該拱圈上游面交點任作對線四條，對線與等高線的交點即該線段的長為 L，將拱端所受的力 、 分aHV解為 ， ， ， 。2 拱端力的分解圖作用在上述滑移體上的力有：⑴ 1m 高的水平拱圈傳來的拱端推力 與徑向剪力 。t⑷。⑶ 滑移體自重 （W 為圖 62 所示。1 所示。ω R1UδLHadαα VcosinaL由于做了各種假定，剛體極限平衡理論為半經驗性的，所得成果有一定的局限性，但因其具有長期的工程實踐經驗，采用的抗剪強度指標和安全系數配套，計算精度又與當前的勘探和試驗手段所獲取的原始數據的精度相當，方法簡便易行。⑷ 巖體達到極限平衡狀態時，滑裂面上的剪力方向將與滑移方向平行，指向相反，數值達到極限值。采用剛體極限平衡法必須采用下列的假設。必須按空間抗滑穩定計算才能反映實際情況，本次設計采用取單位寬度、單位高度的拱圈進行分層計算。2）6 壩肩穩定計算壩址區巖性為片巖及大理巖，庫區出露地層為石炭系三疊系前海相沉積物經區域變質而成的變質巖，庫區內無大斷裂，則對壩肩穩定無太大影響，所以滑坡以一般組合發生滑移，一個較陡的側裂面和一個平緩的底裂面。2/mkNkN3m ，計算得到的壓應力表中未列出。15 中看出，由于方案四應力最小，推力小，工程量小。15。16 所示。P 其他方案的計算 由于四個方案的計算步驟是一樣的，故其他方案的計算過程不打印出來了，只打印計算結果，現把四個方案的計算結果都列出來，如表 59。5 水平力作用下的彎矩和拱冠梁應力的計算表截面 i1 2 3 4 5 6（ ）h?m0 20 20 20 20 8對 截面的荷載（ ）iXkN/ 對 截面的力臂 （ ） 每分段的作用力 （ ） 對每一截面的彎矩為 piM（ ）mkN?0 10111 34786 120598每一截面的彎矩（ ）?iipi hPM??????)2(0 10111 2786 308247垂直力總彎矩（ ）imkN?0 1578 20822 43512 55237總垂直力 （ ）iW0 10424 19964總力矩 （PiiM??）kN?0 7659 106062 328211截面積 （ ）iA2m5 22截面慣性矩 （ ） 58 形心之上游面的距離 （ua） 形心之下游面的距離 （d） 上游面應力 iuiuiIMaAW???0 2945下游面應力 ididiI?0 5298河北工程大學畢業設計40注 ，彎矩的單位為 ，應力的單位為 。2 所示。39。= ， = ， = ， 39。61??61?C表 5ThKn?=?3 總計徑向變位系數系數 乘積 系數 乘積 系數 乘積 系數 乘積41a 7512 1 127543 1 1 53945 1 2176 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 河北工程大學畢業設計36 拱冠梁徑向變位 、 的求解i?iC根據 值和半中心角以及 值查《砌石壩設計》中附表可得內插系rT/ FmE/數，見表 5ThKn?=25ThKn?=2539。3彎矩變位系數=41Ih?=412Ih=?=412Ih?=412Ih?徑向變位系數系數 乘積 系數 乘積 系數 乘積 系數 乘積 系數 乘積41a0 0 0 0 4 0 0 0 0 6 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 畢業設計（論文） 32續表 5n iTiAiI單元。3 中計算。3。ThKn? 18319 5234=177065M1 1770 1 1770 1 1770總 計 1770注： 1. = =1 = = = =39。3ijaij5 3. 分別為水和混凝土的容重。 0 1553 8268 218364616358103注 ：力為 ，彎矩為 ，長度為 ，截面面積為 ，截面慣性矩為 。2Mu　 　 　 　 　 318揚壓力及其彎矩設防滲排水時的揚防滲排水減少的滲透壓力的力臂 uuabTe???)(32 　 　 　 　 　 畢業設計（論文） 26壓力防滲排水減少的彎矩 239。?0 898 2593 5098 9323 11810浮托力對塊底形心彎矩 39。 wcbwaMM????0 0 0 累積水重的彎矩（從上向下） 39。1截 面分類 名稱及算式1 2 3 4 5 6每塊水重對底部形心的總彎矩 39。39。39。39。39。39。31uugaTb???下矩形水重重心到塊底形心的距離 39。ss?0 2851 13613 35517 71622 90768A畢業設計（論文） 23續表 539。1 拱冠梁參數意義示意圖畢業設計（論文） 20畢業設計（論文） 21表 52所示。1。拱冠梁法按其荷載分配的計算方法不同可分為試載法和解聯立方程法兩種。 拱冠梁法的主要步驟⑴ 選定若干拱圈（ 5~7 圈） ，分別計算各拱圈以及拱冠梁與各拱圈交點在單位徑向荷載作用下的變位，這些變位即為變位系數。只計算基本組合⑴和特殊組合⑴。這種情況為壩肩穩定控制條件。ntnt d mt荷載的具體計算方法見應力計算過程中的公式一欄。⑷ 溫度荷載：包括沿截面厚度的平均溫度變化 ，等效線性溫差 ，非線性溫差mtdt。⑴ 自重：對于分塊澆注的混凝土壩，自重全部由懸臂梁承擔，并不影響水平徑向荷載的分配，單獨計算自重應力。從輪廓線以及工程量判斷，得出其中較優秀的方案。由于拱壩應力計算程序在進行計算的同時，也算出了壩體工程量。做法：在頂拱弦長線的中點上量取各圈的弦長（ = , = , = , = , = 。并使兩端夾角大致接近（其余各層拱圈也要求左右半中心角之差小于 2176。 122 100注 = ， = (L=200)uR2sin?LduRT 拱圈的平面布置拱壩平面布置的方法及步驟如下：⑴ 定出壩址，可利用基巖面等高線地形圖，這個工作前面已經作完。 122 540 104176。 122 580 104176。 131 109620 104176。 131 540 96176。 131 580 96176。1 四個方案的中心角及半徑匯集表方案高程中心角外半徑內半徑方案高程中心角外半徑內半徑620 96176。各方案保持拱壩在上下游面曲線與各拱圈的厚度不變，僅改變半徑，布置時保證兩個半中心角之差不超過 2176。 本設計根據以上情況及地質地形資料并結合設計要求，定各方案中心角為 96176。 現代拱壩設計中，頂拱圈的中心角多為 90176。若按與工程實際更為接近的兩端固端拱計算，當中心角 ?120176。畢業設計（論文） 13圖 41 方 案 四 拱 冠 梁 剖 面 圖 拱壩的平面布置 基本原則及假定 基本原則⑴ 控制梁的自重拉應力不超過允許值，一般為 ~.⑵ 控制壩面倒懸度不超過允許值，整體為 :1，局部在（~）:1 范圍內。則厚BT高比 = =，屬于中厚拱壩。4 式和 42LHcL——為到數第二層處的拱圈弦長，現取為與 同長。任德林公式：當 =60~100 ， =~ 時。——壩頂高程處，河谷開挖后兩拱端之間的直線距離， 。 壩頂厚度 cT畢業設計（論文） 11選擇 時，應該考慮工程的規模，交通和運行要求。則每截mm面的高程分別為 、 、580 、 、 、 。故在拱壩開挖后的河谷地形等高線要比原地形等高線的相同處少 5m高程，也就是說，以前是 625 的高程，在開挖后變成了 620 高程。故本設計采用等中心角、等外半徑的等截面圓弧單曲拱壩。雙曲拱壩雖然各層拱圈的剛度變化不大，但剛度條件已經能夠滿足受力條件，且能充分發揮混凝土的強度。所以中孔泄洪的形式、尺寸、高程、數目均沿用原設計。 壩身開孔泄流，一般布置于河心或對稱的布置于河心中央的兩側。 壩身開孔泄流的缺點是：⑴ 壩身開孔過大或過多，不利于壩體受力，同時也會引起震動。壩身開孔泄流除節省工程量，經濟外還具有以下的優點：⑴ 泄流流量隨水位的變化關系不大。若將滑雪道布置在拱壩的兩側，由于拱壩有向心集中和河床狹窄的特點，因此水舌能夠在空中沖擊消能。 壩面泄流 壩面泄流指水流過堰頂后繼續沿壩身下泄，最后以挑流或與下游尾水相接。⑵ 壩頂下泄水流的挑流速小，挑距近，容易沖刷壩腳，需對岸坡和壩腳采取一定的保護措施。⑷ 工程造價較低。而壩體泄洪有壩頂泄流、壩面泄流、滑雪道式和壩身泄水孔等幾種，現對他們進行分析比較。 在本次設計中，隧洞、電站廠房、引水道都未進行具體設計，在設計圖紙上為一個大體形象，多數引用了原設計。根據壩軸線和地形地質條件，擬利用引水渠引水到壩端，再以引水道引水到下游東干渠渠首。由于時間關系，引水隧洞不進行具體設計，采用原設計的數據，進口高程為 ，電站引水口的進口高程為 。 而右岸為凸岸，引水隧洞短而直，泄水迅速，經濟合理，故擬在右岸修建隧洞。故必須在兩岸山體中開挖隧洞作為施工導流和引水之用。② 軸線與地形線垂直，能充分起抗滑作用。② 該處軸線較長，工程量大，造成浪費。現分析比較選擇中間合理的方案。 ⑹ 可壩身泄水。 ⑶ 拱壩具有較高的超載能力和抗震能力，可達到設計荷載的 5~11 倍。 ⑷ 重力壩重要依靠自重產生的抗滑力維持穩定，無疑壩體的工程量大，壩體內鋼筋用量較多，未能很好的利用混凝土的抗壓強度。 重力壩和拱壩⑴ 兩種壩型均可滿足樞紐布置的總體要求，也都適合壩址的地質及地形條件。因此該壩址不選擇修建土石壩。現分別比較如下： 土石壩 土石壩僅靠壩身自重與地基接觸而產生的抗滑力維持穩定，因存在滑坡的問題，土石壩在各種壩型中體積最大，底寬最長，工程量也較大。kM3m礫石成分主要為花崗巖、石英巖，砂子以石英、長石為主，質地較好，交通運輸便利。壩址下游 20公里聯接寶成和襄與鐵道德陽（平關）安（康）鐵路即將建成通車。kN 工程材料設計指標壩址區巖石容重模量 ，彈性模量 16 ，泊桑比 ，摩擦系數3/mkGPa。下游水位：設計洪水位： ，校核洪水位：電站進口高程 567 ，最大引水流量 。m畢業設計（論文） 4該水庫設計洪水 =4290 ，校核洪水位 =5590 。庫區內岸坡地段基巖裸露，不會產生塌岸。 工程地質資料褒河庫區在褒河峽谷出口段，大地構造上位于南秦嶺褶皺帶中斷南緣，庫區出露地層為石炭系，三迭系前海相沉積物經區域變質作用而成的變質巖，三迭系巖層為片巖、片麻巖，并夾有大理巖、白云巖，分布于將軍鋪至青橋鋪一帶，石炭系巖層為片巖及大理巖分布于壩區附近。① 該地區多年平均降雨量為 ，其中 6～9 月雨量約占全年 75%。褒河水利樞紐控制流域面積 3 861 平方公里，擬裝機 萬千瓦，年發電量 億度，可將原灌區 萬畝農田灌溉保證率由 50%提高到 %，并擴澆 32 萬畝耕地。為此，樞紐定為：渠首電站、攔河壩（拱壩） 、