《水工建筑物》課件-模塊三：拱壩

模塊三：拱壩拱壩工作原理、特點、類型拱壩的工作原理目前世界上第一高的拱壩為四川錦屏一級水電站大壩，壩高305米，相當(dāng)于101層樓房的高度。

拱壩工作原理、特點、類型拱壩是固接于基巖的空間殼體結(jié)構(gòu)，在平面上呈凸向上游的拱形，壩體結(jié)構(gòu)可近似看成是由一系列水平拱圈和一系列豎直懸臂梁所組成，其承受的荷載一部分通過拱的作業(yè)傳至兩岸基巖，另一部分通過豎直梁的作用傳至壩底基巖。拱壩的工作原理拱壩工作原理、特點、類型穩(wěn)定特點：拱壩在外荷載作用下的穩(wěn)定主要依靠兩岸拱端的反作用力，不像重力壩那樣依靠自重來維持穩(wěn)定，這樣可以將拱壩設(shè)計的較薄。但拱壩對壩址地形地質(zhì)條件要求較高，對地基處理的要求也較為嚴(yán)格，在拱壩的設(shè)計與施工中，除考慮壩體強度外，還應(yīng)十分重視壩肩巖體的抗滑穩(wěn)定和變形。拱壩的特點拱壩工作原理、特點、類型結(jié)構(gòu)特點：拱壩不設(shè)永久伸縮縫，超載能力強，安全度高，當(dāng)外荷載增大或壩的某一部分發(fā)生局部開裂時，壩體拱和梁的作用因受變位的相互制約而自行調(diào)整，壩體應(yīng)力出現(xiàn)從分配，原來應(yīng)力較低的部位將承受較大的應(yīng)力。從模型試驗來看，拱壩的超載能力可以達(dá)到設(shè)計荷載的5~11倍。拱壩壩體輕韌，彈性較好，工程實踐證明，拱壩具有良好的抗震性能。拱結(jié)構(gòu)是一種推力結(jié)構(gòu)，在外荷載作用下，有利于充分發(fā)揮筑壩材料的抗壓強度，若設(shè)計得當(dāng)，拱的作用發(fā)揮得更為充分，材料抗壓強度高的特點就越能充分發(fā)揮，從而壩體厚度就越薄，一般情況下，拱壩的體積比同一高度的重力壩體積可節(jié)省1/3~2/3。因此，拱壩是一種比較經(jīng)濟(jì)的壩型。拱壩工作原理、特點、類型荷載特點：拱壩不設(shè)永久伸縮縫，其周邊通常固結(jié)于基巖上，溫度變化和基巖變形對壩體應(yīng)力的影響比較顯著，設(shè)計時，必須考慮基巖變形，并將溫度荷載作為一項主要荷載。拱壩工作原理、特點、類型拱壩的類型按壩的高度劃分：拱壩按高度可分為高壩、中壩、低壩三類高壩壩高＞70米為高壩中壩壩高在30~70米為中壩低壩壩高＜30米為低壩拱壩工作原理、特點、類型按拱壩壩頂中心角劃分：可分為一般彎曲程度拱壩和扁平拱壩。拱壩的類型拱壩工作原理、特點、類型按水平拱圈形式劃分：可分為單圓心拱、多心拱、拋物線拱、橢圓拱、對數(shù)螺旋拱。拱壩工作原理、特點、類型可分為薄拱壩、中厚拱壩、厚拱壩按厚高比劃分按中心角和半徑沿高度變化劃分可分為定圓心定半徑拱壩、等中心角拱壩和變中心角變半徑拱壩三種。按拱壩垂直方向曲率劃分可分為垂直方向上無曲率或基本沒有曲率的稱為單曲拱壩，在垂直方向上有曲率的稱為雙曲拱壩。課程小結(jié)拱壩為固結(jié)于基巖的空間殼體結(jié)構(gòu)，具有超載能力強，安全度高，比較經(jīng)濟(jì)的一種壩型，同學(xué)們在以后的設(shè)計工作中可以優(yōu)先選擇拱壩來嘗試設(shè)計。思考題拱壩為固結(jié)于基巖的空間殼體結(jié)構(gòu)，那么在日常生活中，你們知道哪些為空間殼體結(jié)構(gòu)呢？模塊三：拱壩拱壩的壩身泄水及消能方式拱壩壩身的泄水方式拱壩的壩身泄水及消能方式自由跌流式1234鼻坎挑流式滑雪道式壩身泄水孔式拱壩的壩身泄水及消能方式對于比較薄的雙曲拱壩或小型拱壩，常采用壩頂自由跌流的方式，這種方式溢流頭部常采用非真空標(biāo)準(zhǔn)堰型。這種型式適用于基巖良好、單寬泄洪量較小的情況，堰頂設(shè)或不設(shè)閘門，視水庫淹沒損失和運用條件而定。自由跌流式拱壩的壩身泄水及消能方式滑雪道式該泄水方式是拱壩特有的一種泄洪方式，其溢流面由溢流壩頂和與之相連的泄槽組成，而泄槽為壩體輪廓以外的結(jié)構(gòu)部分。水流過壩以后，流經(jīng)泄槽，由槽尾端的挑流鼻坎挑出，使水流在空中擴(kuò)散，下落到距壩較遠(yuǎn)的地點。挑流坎一般都比堰頂?shù)秃芏?，落差較大，因而挑距較遠(yuǎn)，這是其優(yōu)點，但滑雪道各部分的形狀、尺寸必須適應(yīng)水流條件，否則容易產(chǎn)生空蝕破壞。所以，滑雪道式溢流面的曲線形狀、反弧半徑和鼻坎尺寸等都需經(jīng)過試驗研究來確定。拱壩的壩身泄水及消能方式壩身泄水孔式壩身泄水孔是指位于水面以下一定深度的中孔或底孔，一般以靠近壩體半高或更高處的為中孔，多用于泄洪，位于壩體下部的為底孔，多用于放空水庫，輔助泄洪和排沙以及施工導(dǎo)流。壩身泄水孔一般都是壓力流，比壩頂溢流流速大，挑射距離遠(yuǎn)。拱壩的壩身泄水及消能方式拱壩的消能方式跌流消能：水流從壩頂表孔直接跌落到下游河床，利用下游水墊消能。跌流消能較為簡單，但由于水舌入水點距壩址較近，需要采取相應(yīng)的防沖措施。如法國的烏格朗拱壩，利用下游施工圍堰做成二道壩，抬高下游水位；美國的卡爾德伍拱壩，在跌流的落水處建戽斗，并在其下游設(shè)置二道壩，運用情況良好。拱壩的壩身泄水及消能方式挑流消能：鼻坎挑流式、滑雪道式和壩身泄水孔式大都采用各種不同型式的鼻坎，使水流擴(kuò)散、沖撞或改變方向，在空中消減部分能量后再跌入水中，以減輕對下游河床的沖刷。泄流過壩后向心集中是拱壩泄水方式的一個特點。對于中、高拱壩，可利用這個特點，在拱冠兩側(cè)各布置一組溢流表孔或泄水孔，使兩側(cè)挑射水流在空中對沖，并沿河槽縱向擴(kuò)散，從而消耗大量能量，減輕對下游河床的沖刷。但應(yīng)注意必須使兩側(cè)閘門同步開啟，否則射流將直沖對岸，危害更加嚴(yán)重。近年來，不少中、高拱壩，特別是在大泄量情況下，采用高低坎大差動形式，形成水股上下對撞消能。這種消