支墩壩(河海大學(xué)水工建筑物課件)

第四章支墩壩(buttressdam)1第四章支墩壩(buttressdam)1第四章支墩壩(buttressdam)支墩壩是由一系列支墩和支墩支撐的上游擋水蓋板組成。目的：最大限度地利用材料強(qiáng)度

；最大限度地減小揚(yáng)壓力

；充分利用水重來節(jié)省砼方量

。一組成與工作原理

（1）組成：支墩壩由一系列獨(dú)立的支墩和擋水面板組成，支墩順壩軸線排列，上游面設(shè)擋水面板，遮斷河谷，形成擋水面。（2）傳力方式：庫水壓力由面板→支墩→地基（3）工作原理：利用水重和自重在壩基面產(chǎn)生的摩擦力來抵抗水平水壓力維持穩(wěn)定?！?概述2第四章支墩壩(buttressdam)支墩壩是由一系二支墩壩的型式根據(jù)擋水面板的形狀可將支墩壩分為平板壩、連拱壩、大頭壩三種型式。前二者為輕型壩，后者為大體積壩。1平板壩（platslabbuttresseddam）蓋板是一鋼筋混凝土板，并以簡支的型式與支墩連接。3二支墩壩的型式32大頭壩

由擴(kuò)大的支墩頭部起擋水作用，能充分利用材料強(qiáng)度。對地基的適應(yīng)性好。磨子潭雙支墩大頭壩桓仁單支墩大頭壩42大頭壩磨子潭雙支墩大頭壩桓仁單支墩大頭壩43連拱壩（multiplearchdam）擋水面由一系列拱形面板組成，受力條件優(yōu)，能充分利用材料強(qiáng)度，對地基要求高。梅山連拱壩佛子嶺拱壩53連拱壩（multiplearchdam）梅DaneljohnsonDam高214m，長1220m66

三支墩壩特點(diǎn)與其他混凝土壩比1混凝土用量省2能充分利用材料強(qiáng)度3壩身可以溢流：大頭壩、平板壩可以溢流，連拱壩一般不溢流4壩身鋼筋用量大5對地基地質(zhì)條件：連拱壩要求高，平板壩要求低。

6施工條件：溫控改善，模板復(fù)雜7側(cè)向穩(wěn)定性差廣東新豐江單支墩大頭壩浙江湖南鎮(zhèn)梯形支墩壩

7三支墩壩特點(diǎn)廣東新豐江單支墩大頭壩浙江湖南鎮(zhèn)梯形支墩88

四支墩壩的發(fā)展實(shí)體重力壩→

寬縫重力壩→

支墩壩最高平板壩：墨西哥，羅德里格茲，高73m，單支墩

最高大頭壩：巴西－巴拉圭，伊態(tài)普，高196m，雙支墩最高連拱壩：加拿大，丹尼爾－約翰遜，高214m，長1220m揚(yáng)壓力大，體積大，材料強(qiáng)度利用不充分揚(yáng)壓力減少，體積減小，材料強(qiáng)度利用有改善減少再減少揚(yáng)壓力再減少，體積再減小，能充分利用材料強(qiáng)度。9四支墩壩的發(fā)展實(shí)體重力壩→寬縫重力（一）平板壩

1體形和構(gòu)造

平板壩由支墩和面板組成。面板支撐于支墩，有簡支式（適應(yīng)地基變形，較常用）和連續(xù)式兩種（1）面板要滿足氣候、構(gòu)造和施工要求（2）支墩多采用單支墩，上下游坡由抗滑穩(wěn)定和應(yīng)力條件決定。（3）壩頂可以溢流（4）適用：中、低水頭，氣候溫和地區(qū)。支墩§2平板壩10（一）平板壩支墩§2平板壩102平板壩的結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn)

包括平板內(nèi)力計(jì)算、墩肩力計(jì)算、支墩應(yīng)力計(jì)算和配筋計(jì)算。（1）平板內(nèi)力簡支式平板壩：單位寬度板條簡支梁計(jì)算。板厚a，自重＝aγc112平板壩的結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn)包括平板內(nèi)力計(jì)算、墩肩力計(jì)算簡支式平板壩面板的底部實(shí)際上用齒墻與地基相嵌固．以增強(qiáng)壩的防滲與抗滑能力。故作較精確的分析時(shí)，可考慮按底邊固接而兩側(cè)簡支的三邊支承板計(jì)算內(nèi)力。連續(xù)式:可垂直上游壩面截取單寬連續(xù)梁或多跨框架進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)連續(xù)平板擱置于支墩時(shí)，按連續(xù)梁計(jì)算；當(dāng)連續(xù)平板與支墩剛性連接時(shí)，按多跨框架計(jì)算。12簡支式平板壩面板的底部實(shí)際上用齒墻與地基相嵌固．以增強(qiáng)壩的防（2）墩肩力面板傳來力、水壓力等,設(shè)為三角形分布，合力R。面板和墩肩的摩擦力（溫度變化面板伸縮引起）F=R·f，f為摩擦系數(shù)墩肩寬bc，R和F產(chǎn)生的AD面上彎矩MR＝(2/3)RbcMF=(1/2)FhAD上：總彎矩M＝MR+MF剪力Q=R軸力N=F13（2）墩肩力墩肩寬bc，R和F產(chǎn)生的AD面上彎矩13因此，AD上會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。需配受力鋼筋。為減小此拉應(yīng)力．有時(shí)可把墩肩做成削肩斜面，使R傾向墩頭內(nèi)部、可適當(dāng)減小拉應(yīng)力，但仍需配置受拉鋼筋。14因此，AD上會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。需配受力鋼筋。為減小此拉應(yīng)力．有時(shí)§3大頭壩大頭壩介于寬縫重力壩和輕型支墩壩（平板壩、連拱壩）之間，屬于大體積混凝土。1體形和構(gòu)造（1）頭部平頭型、圓弧型和鉆石型。（2）支墩有開敞式單支墩、封閉式單支墩、開敞式雙支墩、封閉式雙支墩等四種。應(yīng)力狀態(tài)不好立模不便介于兩者之間15§3大頭壩大頭壩介于寬縫重力壩和輕型支墩壩（平板壩、連拱壩（3）基本尺寸

包括大頭跨度、支墩平均厚度和上下游坡度?？缍却笮误w總方量影響不大?？缍却螅Ф盏臄?shù)目少，厚度增大，有利于側(cè)向穩(wěn)定，便于施工。但支墩過厚，有溫控問題。壩高Hm

＜4545～60＞100跨度Lm

9～1212～1616～18墩厚可根據(jù)壩高、跨厚比S=L/B（1.4～2.4）擬定支墩在豎直向自上向下可做成等厚的或變厚的，高、中壩一般采用變厚的。根據(jù)穩(wěn)定和強(qiáng)度要求選定上、下游壩坡坡率。放緩上游邊坡，可多利用水重，對穩(wěn)定有利，但過緩，對應(yīng)力不利（壩踵應(yīng)無拉應(yīng)力）；同時(shí)底寬加大，開挖量增加上下游壩坡大多為1：0.4～1：0.616（3）基本尺寸16大頭壩的支墩一般不致發(fā)生壓曲失穩(wěn)。百米以上的高壩，要進(jìn)行縱向壓曲穩(wěn)定驗(yàn)算。采用歐拉法或能量法計(jì)算。假定：支墩為由一系列被分割開的柱條所組成，忽略支墩的整體作用。計(jì)算工況：選擇最有可能失穩(wěn)的柱條作為分析對象。

對于開敞式支墩，鄰近下游邊最長的柱條最為危險(xiǎn)；封閉式支墩，取離下游頭部稍遠(yuǎn)的—根較長的柱條來驗(yàn)算（此處相鄰支墩互不相靠）。計(jì)算方法：柱條軸心受壓的作縱向彎曲穩(wěn)定問題。（2）支墩縱向壓曲穩(wěn)定2穩(wěn)定分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn)（1）穩(wěn)定分析抗滑穩(wěn)定同重力壩17大頭壩的支墩一般不致發(fā)生壓曲失穩(wěn)。百米以上的高壩，要進(jìn)行縱向1818歐拉統(tǒng)一公式

臨界荷載一般要求K≧2~3變厚支墩兼計(jì)頂部集中力及自重分布力時(shí)，要用能量法才能得到臨界荷載。能量法詳見《水工設(shè)汁手冊》(策5卷)19歐拉統(tǒng)一公式

臨界荷載一般要求K≧2~3變厚支（2）結(jié)構(gòu)計(jì)算包括頭部應(yīng)力分析、支墩應(yīng)力分析、抗震計(jì)算、強(qiáng)度與剛度校核等。劈頭裂縫：運(yùn)行過程中滲透壓力與溫度的不利組合作用，施工期表面裂縫發(fā)展形成。滲透壓力起關(guān)鍵作用。由σ≧0得E、B與d之間關(guān)系：按偏心受壓公式，求上游邊緣應(yīng)力（E面上的上游點(diǎn)）20（2）結(jié)構(gòu)計(jì)算包括頭部應(yīng)力分析、支墩應(yīng)力分析、抗震計(jì)算、強(qiáng)度3構(gòu)造特點(diǎn)（一）伸縮縫：適應(yīng)溫度變化和地基不均勻沉陷，保持各壩段工作獨(dú)立性。（二）縱縫：適應(yīng)澆筑能力；溫控防裂；防止斷面急劇變化影響。（三）灌漿廊道：雖揚(yáng)壓力較小，但仍需帷幕灌漿。為減小壩頭內(nèi)的滲透壓力，防止產(chǎn)生劈頭裂縫，壩面設(shè)防滲層，大頭水平排水孔幕。（四）過水：壩頂溢洪，壩身泄水管。213構(gòu)造特點(diǎn)（一）伸縮縫：適應(yīng)溫度變化和地基不均勻沉陷，保持§4連拱壩擋水蓋板呈拱形的輕型支墩壩。1特點(diǎn)（1）溫度變化和壩基不均勻變形對壩體應(yīng)力影響顯著。（2）充分利用材料強(qiáng)度，拱殼可很薄，混凝土方量小。（3）施工復(fù)雜，鋼筋用量大。2基本尺寸包括支墩間距、墩厚、上下游邊坡、拱中心角和拱厚等。3結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn)拱應(yīng)力：垂直上游壩面截取單位拱圈，用純拱法計(jì)算。應(yīng)考慮不均勻水壓力和自重的影響。支墩應(yīng)力：材料力學(xué)法、有限元法等。22§4連拱壩擋水蓋板呈拱形的輕型支墩壩。223構(gòu)造特點(diǎn)支墩與拱座連接：剛性、脫開兩種。拱與基巖連接：齒墻側(cè)向穩(wěn)定：加勁梁、加勁肋，隔墻壩頂一般不溢流，但可利用支墩溢流233構(gòu)造特點(diǎn)支墩與拱座連接：剛性、脫開兩種。23第四章支墩壩(buttressdam)24第四章支墩壩(buttressdam)1第四章支墩壩(buttressdam)支墩壩是由一系列支墩和支墩支撐的上游擋水蓋板組成。目的：最大限度地利用材料強(qiáng)度

；最大限度地減小揚(yáng)壓力

；充分利用水重來節(jié)省砼方量

。一組成與工作原理

（1）組成：支墩壩由一系列獨(dú)立的支墩和擋水面板組成，支墩順壩軸線排列，上游面設(shè)擋水面板，遮斷河谷，形成擋水面。（2）傳力方式：庫水壓力由面板→支墩→地基（3）工作原理：利用水重和自重在壩基面產(chǎn)生的摩擦力來抵抗水平水壓力維持穩(wěn)定。§1概述25第四章支墩壩(buttressdam)支墩壩是由一系二支墩壩的型式根據(jù)擋水面板的形狀可將支墩壩分為平板壩、連拱壩、大頭壩三種型式。前二者為輕型壩，后者為大體積壩。1平板壩（platslabbuttresseddam）蓋板是一鋼筋混凝土板，并以簡支的型式與支墩連接。26二支墩壩的型式32大頭壩

由擴(kuò)大的支墩頭部起擋水作用，能充分利用材料強(qiáng)度。對地基的適應(yīng)性好。磨子潭雙支墩大頭壩桓仁單支墩大頭壩272大頭壩磨子潭雙支墩大頭壩桓仁單支墩大頭壩43連拱壩（multiplearchdam）擋水面由一系列拱形面板組成，受力條件優(yōu)，能充分利用材料強(qiáng)度，對地基要求高。梅山連拱壩佛子嶺拱壩283連拱壩（multiplearchdam）梅DaneljohnsonDam高214m，長1220m296

三支墩壩特點(diǎn)與其他混凝土壩比1混凝土用量省2能充分利用材料強(qiáng)度3壩身可以溢流：大頭壩、平板壩可以溢流，連拱壩一般不溢流4壩身鋼筋用量大5對地基地質(zhì)條件：連拱壩要求高，平板壩要求低。

6施工條件：溫控改善，模板復(fù)雜7側(cè)向穩(wěn)定性差廣東新豐江單支墩大頭壩浙江湖南鎮(zhèn)梯形支墩壩

30三支墩壩特點(diǎn)廣東新豐江單支墩大頭壩浙江湖南鎮(zhèn)梯形支墩318

四支墩壩的發(fā)展實(shí)體重力壩→

寬縫重力壩→

支墩壩最高平板壩：墨西哥，羅德里格茲，高73m，單支墩

最高大頭壩：巴西－巴拉圭，伊態(tài)普，高196m，雙支墩最高連拱壩：加拿大，丹尼爾－約翰遜，高214m，長1220m揚(yáng)壓力大，體積大，材料強(qiáng)度利用不充分揚(yáng)壓力減少，體積減小，材料強(qiáng)度利用有改善減少再減少揚(yáng)壓力再減少，體積再減小，能充分利用材料強(qiáng)度。32四支墩壩的發(fā)展實(shí)體重力壩→寬縫重力（一）平板壩

1體形和構(gòu)造

平板壩由支墩和面板組成。面板支撐于支墩，有簡支式（適應(yīng)地基變形，較常用）和連續(xù)式兩種（1）面板要滿足氣候、構(gòu)造和施工要求（2）支墩多采用單支墩，上下游坡由抗滑穩(wěn)定和應(yīng)力條件決定。（3）壩頂可以溢流（4）適用：中、低水頭，氣候溫和地區(qū)。支墩§2平板壩33（一）平板壩支墩§2平板壩102平板壩的結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn)

包括平板內(nèi)力計(jì)算、墩肩力計(jì)算、支墩應(yīng)力計(jì)算和配筋計(jì)算。（1）平板內(nèi)力簡支式平板壩：單位寬度板條簡支梁計(jì)算。板厚a，自重＝aγc342平板壩的結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn)包括平板內(nèi)力計(jì)算、墩肩力計(jì)算簡支式平板壩面板的底部實(shí)際上用齒墻與地基相嵌固．以增強(qiáng)壩的防滲與抗滑能力。故作較精確的分析時(shí)，可考慮按底邊固接而兩側(cè)簡支的三邊支承板計(jì)算內(nèi)力。連續(xù)式:可垂直上游壩面截取單寬連續(xù)梁或多跨框架進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)連續(xù)平板擱置于支墩時(shí)，按連續(xù)梁計(jì)算；當(dāng)連續(xù)平板與支墩剛性連接時(shí)，按多跨框架計(jì)算。35簡支式平板壩面板的底部實(shí)際上用齒墻與地基相嵌固．以增強(qiáng)壩的防（2）墩肩力面板傳來力、水壓力等,設(shè)為三角形分布，合力R。面板和墩肩的摩擦力（溫度變化面板伸縮引起）F=R·f，f為摩擦系數(shù)墩肩寬bc，R和F產(chǎn)生的AD面上彎矩MR＝(2/3)RbcMF=(1/2)FhAD上：總彎矩M＝MR+MF剪力Q=R軸力N=F36（2）墩肩力墩肩寬bc，R和F產(chǎn)生的AD面上彎矩13因此，AD上會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。需配受力鋼筋。為減小此拉應(yīng)力．有時(shí)可把墩肩做成削肩斜面，使R傾向墩頭內(nèi)部、可適當(dāng)減小拉應(yīng)力，但仍需配置受拉鋼筋。37因此，AD上會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。需配受力鋼筋。為減小此拉應(yīng)力．有時(shí)§3大頭壩大頭壩介于寬縫重力壩和輕型支墩壩（平板壩、連拱壩）之間，屬于大體積混凝土。1體形和構(gòu)造（1）頭部平頭型、圓弧型和鉆石型。（2）支墩有開敞式單支墩、封閉式單支墩、開敞式雙支墩、封閉式雙支墩等四種。應(yīng)力狀態(tài)不好立模不便介于兩者之間38§3大頭壩大頭壩介于寬縫重力壩和輕型支墩壩（平板壩、連拱壩（3）基本尺寸

包括大頭跨度、支墩平均厚度和上下游坡度?？缍却笮误w總方量影響不大?？缍却?，支墩的數(shù)目少，厚度增大，有利于側(cè)向穩(wěn)定，便于施工。但支墩過厚，有溫控問題。壩高Hm

＜4545～60＞100跨度Lm

9～1212～1616～18墩厚可根據(jù)壩高、跨厚比S=L/B（1.4～2.4）擬定支墩在豎直向自上向下可做成等厚的或變厚的，高、中壩一般采用變厚的。根據(jù)穩(wěn)定和強(qiáng)度要求選定上、下游壩坡坡率。放緩上游邊坡，可多利用水重，對穩(wěn)定有利，但過緩，對應(yīng)力不利（壩踵應(yīng)無拉應(yīng)力）；同時(shí)底寬加大，開挖量增加上下游壩坡大多為1：0.4～1：0.639（3）基本尺寸16大頭壩的支墩一般不致發(fā)生壓曲失穩(wěn)。百米以上的高壩，要進(jìn)行縱向壓曲穩(wěn)定驗(yàn)算。采用歐拉法或能量法計(jì)算。假定：支墩為由一系列被分割開的柱條所組成，忽略支墩的整體作用。計(jì)算工況：選擇最有可能失穩(wěn)的柱條作為分析對象。

對于開敞式支墩，鄰近下游邊最長的柱條最為危險(xiǎn)；封閉式支墩，取離下游頭部稍遠(yuǎn)的—根較長的柱條來驗(yàn)算（此處相鄰支墩互不相靠）。計(jì)算方法：柱條軸心受壓的作縱向彎曲穩(wěn)定問題。（2）支墩縱向壓曲穩(wěn)定2穩(wěn)定分析和結(jié)構(gòu)計(jì)算要點(diǎn)（1）穩(wěn)定分析抗滑穩(wěn)定同重力壩40大頭壩的支墩一般不致發(fā)生壓曲失穩(wěn)。百米以上的高壩，要進(jìn)行縱向4118歐拉統(tǒng)一公式

臨界荷載一般要求K≧2~3變厚支墩兼計(jì)頂部集中力及自重分布力時(shí)，要用能量法才能得到臨界荷載。能量法詳見《水工設(shè)汁手冊》(策5卷)4