拱壩(第一二、三節(jié))解析課件

1、拱壩水工建筑物之第一節(jié) 概述認(rèn)識(shí)拱壩拱壩是一空間殼體結(jié)構(gòu),壩體結(jié)構(gòu)可近似看作由一系列凸向上游的水平拱圈和一系列豎向懸臂梁所組成。拱壩兩岸的巖體部分稱作拱座或壩肩；拱壩最大的梁稱拱冠梁。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力特點(diǎn)拱與梁的共同作用穩(wěn)定性主要依靠?jī)砂秹渭绲姆戳ψ饔贸惺茌S向壓力，有利于發(fā)揮砼及漿砌石材料的抗壓強(qiáng)度；拱梁所承受的荷載可相互調(diào)整, 超載能力高。一、拱壩的特點(diǎn)穩(wěn)定特點(diǎn)內(nèi)力特點(diǎn)抗震性能好拱壩壩身可以泄水幾何形狀復(fù)雜，施工難度大荷載特點(diǎn)一、拱壩的特點(diǎn)考慮基巖變形，并將溫度荷載作為一項(xiàng)主要荷載。性能特點(diǎn)泄洪特點(diǎn)設(shè)計(jì)和施工特點(diǎn)二、拱壩對(duì)地形和地質(zhì)條件的要求1.對(duì)地形的要求理想的地形是左右兩岸對(duì)稱，岸坡平順

2、無突變，在平面上向下游收縮的峽谷段。壩端下游側(cè)要有足夠的巖體支承，以保證壩體的穩(wěn)定。據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)：L/H1.5:窄深河谷中可修建薄拱壩（/H0.2）；L/H=23:中等寬度河谷中可修建中厚拱壩 (/H0.35) ；L/H4.5:寬淺河谷中，只宜修建重力壩或拱形重力壩。壩址處河谷形狀特征用河谷“寬高比”L/H及河谷的斷面形狀兩個(gè)指標(biāo)來表示。二、拱壩對(duì)地形和地質(zhì)條件的要求左右對(duì)稱的V形河谷最適宜發(fā)揮拱的作用，靠近底部水壓強(qiáng)度最大，但拱跨短，因而底拱厚度仍可較??；U形河谷靠近底部拱的作用顯著降低，大部分荷載由梁的作用來承擔(dān)，故厚度較大，梯型河谷的情況則介于這兩者之間。河谷形狀對(duì)荷載分配和壩體剖面的影響

3、 二、拱壩對(duì)地形和地質(zhì)條件的要求基巖均勻單一、完整穩(wěn)定、強(qiáng)度高、剛度大、透水性小和耐風(fēng)化等。兩岸壩肩的基巖必須能承受由拱端傳來的巨大推力、保持穩(wěn)定并不產(chǎn)生較大的變形。2.對(duì)地質(zhì)的要求二、拱壩對(duì)地形和地質(zhì)條件的要求按壩體體形分為：?jiǎn)吻皦坞p曲拱壩三、拱壩的類型第二節(jié) 拱壩的荷載及組合1.一般荷載的特點(diǎn) 水平徑向荷載 靜水壓力、泥沙壓力、浪壓力及冰壓力。一、拱壩的設(shè)計(jì)荷載 將p轉(zhuǎn)化為拱軸線上的壓力強(qiáng)度p時(shí)，則水平徑向靜水壓力的計(jì)算為：其他荷載的計(jì)算同重力壩的計(jì)算辦法靜水壓力是壩體上的主要荷載，由拱、梁系統(tǒng)共同承擔(dān)，可通過拱梁分載法來確定拱系和梁系上的荷載分配。荷載的分配：全部自重應(yīng)由懸臂梁承擔(dān)。壩

4、塊自重G可按辛普森公式計(jì)算：2自重拱壩壩體一般較薄，對(duì)薄拱壩通?？珊雎圆挥?jì)。對(duì)于中厚拱壩和厚拱壩需要計(jì)算。 3揚(yáng)壓力在拱壩的穩(wěn)定分析中必須考慮揚(yáng)壓力的作用。拱壩的荷載 二、溫度荷載溫度荷載是拱壩設(shè)計(jì)的主要荷載。封拱溫度拱壩系分塊澆筑，經(jīng)充分冷卻，當(dāng)壩體溫度逐漸降至相對(duì)穩(wěn)定值時(shí)，進(jìn)行封拱灌漿，形成整體。在封拱時(shí)的壩體溫度稱作封拱溫度。溫度荷載是指拱壩形成整體后，壩體溫度相對(duì)于封拱溫度的變化值。！拱壩封拱一般選在氣溫為年平均氣溫或略低于年平均氣溫時(shí)進(jìn)行！拱壩的荷載水壓力作用溫降荷載：壩體溫度低于封拱溫度時(shí)的溫度變化值。溫降作用當(dāng)壩體溫度低于封拱溫度時(shí)，拱圈將縮短并向下游變位，由此產(chǎn)生的彎矩、剪力及

5、位移的方向都與庫(kù)水壓力作用下所產(chǎn)生的彎矩、剪力及位移的方向相同，但軸力方向相反。封拱時(shí)溫度愈低，溫降越小，建成后愈有利于降低壩體拉應(yīng)力。拱壩的荷載溫升作用溫升荷載：壩體溫度高于封拱溫度時(shí)的溫度變化值。水壓力作用當(dāng)壩體溫度高于封拱溫度時(shí)，稱溫升，拱圈將伸長(zhǎng)并向上游變位，由此產(chǎn)生的彎矩、剪力和位移的方向與庫(kù)水壓力所產(chǎn)生的方向相反，但軸力方向則相同。一般情況下，溫降對(duì)壩體應(yīng)力不利；溫升將使拱端推力加大，對(duì)壩肩穩(wěn)定不利。拱壩的荷載溫度荷載的計(jì)算均勻溫度變化等效線性溫差非線性溫度變化壩體溫度拱壩的荷載基本組合：三拱壩的荷載組合重力壩的基本荷載和特殊荷載劃分也適用于拱壩，只是在基本荷載中還應(yīng)列入溫度荷載。

6、正常蓄水位及相應(yīng)尾水位的靜水壓力和設(shè)計(jì)正常溫降、自重等.水庫(kù)死水位或運(yùn)行最低水位及相應(yīng)尾水位時(shí)的靜水壓力和設(shè)計(jì)正常溫升、自重等.其他常遇的不利組合拱壩的荷載組合特殊組合：校核洪水位及相應(yīng)尾水位的靜水壓力和設(shè)計(jì)正常溫升、自重等.正常蓄水位及相應(yīng)尾水位的靜水壓力和設(shè)計(jì)正常溫降、自重等與地震荷載。其他稀遇的不利組合拱壩的荷載組合第三節(jié) 拱壩的布置拱壩的設(shè)計(jì)步驟修改壩體應(yīng)力、壩肩穩(wěn)定分析拱壩平面布置安全與否最終布置圖細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)圖 在滿足壩體應(yīng)力和壩肩穩(wěn)定的前提下，盡可能地使工程量最省，造價(jià)最低、安全度高和耐久性好。拱壩布置的基本內(nèi)容：根據(jù)地形、地質(zhì)、水文及施工條件，選擇壩型,選定平面布置形式；初擬壩

7、體剖面基本尺寸、壩體的平面布置等，確定各高程拱圈半徑、中心角、拱厚等參數(shù)。拱壩布置的原則是：拱壩的布置一、拱圈參數(shù)的選擇拱圈形狀的主要參數(shù)：中心角、半徑、厚度。1. 拱圈中心角可見對(duì)于一定的河谷，拱圈中心角越大，拱圈厚度越小拱壩的布置體積最小時(shí)（最優(yōu)中心角）拱壩的布置拱截面應(yīng)力條件較好時(shí)拱厚一定時(shí)，中心角愈大，應(yīng)力愈小，應(yīng)力條件愈好。若按固端拱計(jì)算，當(dāng)中心角1650時(shí)，拱端上游面的應(yīng)力將由拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力。拱壩的布置2A2A壩肩穩(wěn)定條件和工程量考慮從壩肩穩(wěn)定考慮，過大的中心角將使拱端內(nèi)弧面切線與巖面等高線的夾角減小，對(duì)壩肩穩(wěn)定不利。中心角過大，拱圈弧長(zhǎng)增加，工程量增加。 拱壩的布置應(yīng)力條件相同

8、時(shí)，拱中心角愈大，拱圈厚度T愈小，愈經(jīng)濟(jì)。拱圈體積最小時(shí)的中心角2A=13334。拱厚T一定時(shí)，拱中心角愈大，拱端應(yīng)力條件愈好。采用較大中心角比較有利，但選用很大的中心角將很難滿足壩肩穩(wěn)定的要求，也會(huì)引起拱圈弧長(zhǎng)增加，抵消了一部分由減小拱厚所節(jié)省的工程量。從有利于壩肩穩(wěn)定考慮，要求拱端內(nèi)弧面切線與可利用巖面等高線的夾角不得小于30。一般情況下頂拱中心角采用實(shí)際可行的最大值，常采用90110；往下拱圈的中心角逐漸減小。底拱中心角在5080之間選取。 結(jié)論二拱冠梁的形式和尺寸2、拱圈半徑： 由幾何條件確定3、拱厚：壩頂厚度，壩底厚度，具體見拱冠梁的尺寸 1、剖面尺寸的擬定壩頂高程的確定；壩頂厚度T

9、C按工程規(guī)模、運(yùn)用和交通要求確定，如無交通要求，一般采用35m；壩底厚度TB是表征拱壩厚薄的一項(xiàng)控制數(shù)據(jù)。拱壩的布置水工設(shè)計(jì)手冊(cè)建議的公式。 美國(guó)墾務(wù)局建議的公式拱壩的布置2、剖面形式單曲拱壩：拱冠上游面是鉛直線，下游面是傾斜的直線或幾段折線。雙曲拱壩拱壩的布置三、水平拱圈的形態(tài)合理的水平拱圈應(yīng)當(dāng)是壓力線接近拱軸線，使拱截面內(nèi)的壓應(yīng)力分布趨于均勻。 三心圓拱：由三段圓弧構(gòu)成的三心圓拱，通常兩側(cè)弧段的半徑比中間的大，從而可以減小中間弧段的彎矩，使壓應(yīng)力分布均勻，改善拱端與兩岸巖體的連接條件，更有利于壩肩的巖體穩(wěn)定。變曲率拱：橢圓拱、拋物線拱等變曲率拱，拱圈中段的曲率較大，向兩側(cè)逐漸減小，使拱圈中

10、的壓力線接近中心線，拱端推力方向與岸坡等高線的夾角增大，有利于壩肩巖體的抗滑穩(wěn)定。拱壩的布置四、布置1. 單曲拱壩布置步驟（1）畫出可利用基巖面等高線地形圖。（2）在地形圖上，將頂拱軸線繪在透明紙上，盡量使拱軸線與基巖等高線在拱端處的夾角不小于30，并使兩端夾角大致相同。（3）初擬拱冠梁剖面尺寸，自壩頂往下，一般選取510道拱圈，繪制各層拱圈平面圖。拱端的布置原則：全徑向或者半徑向拱壩的布置（4）切取若干鉛直剖面，檢查其輪廓線是否光滑連續(xù)，確定倒懸程度。并把各層拱圈的半徑、圓心位置以及中心角分別按高程點(diǎn)繪，連成上、下游面圓心線和中心角線。（5）進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算和壩肩巖體抗滑穩(wěn)定校核。（6）將壩體沿拱軸線展開，繪成拱壩上游或下游展視圖，顯示基巖面的起伏變化，對(duì)于突變處應(yīng)采取削平或填塞措施。（7）計(jì)算壩體工程量，作為不同方案比較的依據(jù)。. 雙曲拱壩類似單曲拱壩的布置，從第二層拱圈開始需要變圓心變半徑變中心角。 布置時(shí)，需在平面圖上把每層拱圈的內(nèi)外半徑及 中心角量出填寫拱圈參數(shù)表。拱壩的布置五、倒懸的處理及河谷改進(jìn)的輔助措施倒懸的含義：變圓心、變半徑的拱壩布置時(shí)，鉛直剖面上可能出現(xiàn) “倒懸”