拱坝专业课程设计计算

1、word可编辑拱坝专业课程设计计算.word可编辑水工建筑物课程设计设计题目：拱坝学院：土木建筑工程学院班级：水电061姓名：徐 君学号：指导老师：肖良锦老师第一章 工程概况 某工程位于排坡河中游河段，以发电为主。电站装机2X630Kw，坝址以上流域面积151Km2。枢纽主要建筑物有混凝土拱坝，坝后引水式厂房等。大坝为五等5级建筑物。设计洪水三十年一遇367m3/s，校核洪水二百年一遇572m3/s。坝址河床为较对称的V型河谷，两岸坡较陡。河床及漫滩砂砾石层厚为03m，弱风化层厚2。坝后冲刷坑范围以内河床为炉山组中至厚层白云岩，其岩性坚硬致密，隐节理发育，抗冲刷强度高。该电站位于我省东部多暴雨

2、地区，洪水强度大，流域坡度陡，汇流快，洪水陡涨陡落，枢纽建筑物布置多集中于河床。确定正常蓄水位与溢流堰顶高程平齐。课程设计任务根据以上提供的根本情况及地形图，布置设计混凝土拱坝。步骤如下：1、拱坝布置的原那么在地形图上布置双曲拱坝。选择7层拱圈，坝肩及河床的开挖深度按5m，坝顶无通行汽车要求。根据布置的尺寸进行拱坝应力分析，直至满足应力要求为止。时间2天2、选择坝顶溢流方式及消能方式，进行相应水力学计算。确定；孔口尺寸、闸墩宽度、上游设计水位、校核水位、下游设计水位、校核水位、工作桥。时间1天3、根据布置及计算结果，要求提供以下成果。时间2天 拱坝平面布置图建议比例1：200 溢流坝剖面图建议

3、比例1：200 非溢流坝剖面图建议比例1：200 拱坝下游立视图或展视图建议比例1：200 设计计算书1份第2章 拱坝的体形和布置坝体材料：C20混凝土，,×109(坝体弹模考虑徐变的影响，)，线胀系数1×10-5/，导温系数3m2/月。坝基：白云岩，,×109，×10-5/，导温系数3m2/月。,内摩擦角14°。温度荷载按标准(SD145-85)计算，封拱灌浆温度取812。大坝拱肩稳定及应力控制指标均严格按照 混凝土拱坝设计标准 SD145-85执行，见表2-1、2-2。 表2-1 抗滑稳定平安系数表类 别荷载组合情况平安系数抗剪断强度根本组

4、合3特殊组合 表2-2 大坝允许应力表类 别荷载组合情况允许应力允许拉应力(kg/cm2)根本组合12特殊组合15允许压应力(kg/cm2)根本组合50特殊组合55：,取单宽流量q=50，m，校核洪水位计算：，所以取L=12m, n=3, b=4m。通过EXCEL计算，设计洪水位的计算水位H孔口数n 流量系数m 堰宽b63434343434343434取H=7m,河底高程349.00，再往下开挖5m,坝底高程344.00堰顶高程375.00，设计水位382.00. 校核洪水位的计算834343434343434 所以取H=9m，堰顶高程375.00，校核水位384.00.。顶超高值h按下式计算

5、(官厅水库公式)h=hl% + hz + hc式中：h坝顶距水库静水位高度(m) hl%累计频率为1%时的浪高(m)hz波浪中心线至水库静水位的高度(m) hc平安超高(m)：，。 波浪要素按“官厅水库公式计算：hl = V5/4 D 1/3L = (hl ) 式中： L 波长m； D 吹程，由坝前沿水面至对岸的最大直线距离(km) ,取为5倍坝长。 V0计算风速(m/s)，据资料取15m/s。：计算情况设计情况校核情况相应水位m382384V0m/s1515Dkmhcmhl%mhzmhm坝顶高程m结论：综合考虑后， ，按地质提供的根本资料，属于中坝，。 根据美国垦务局的建议公式进行计算： 坝

6、顶厚度Tc Tc =H+式中 Tc 坝顶厚度m H 最大坝高m= L 顶拱弦长m= 经计算得Tc = ×(+×)=，据工程经验，拱坝顶部宽度Tc不小于3m,取Tc =5m。 拱圈厚度1、底拱厚度TB式中TB 坝底厚度m H 拱冠梁的高度m= L1 坝顶高程处拱端可利用岩基面间的河谷宽度m= L2-，m=经计算得TB =。综合考虑后，取坝底厚度为TB = 。2、，=。 上游面曲线初拟参考其他工程经验及标准要求进行设计：设 一般情况下有： 1 = 2 = S = 综合考虑后取参数计算如下： 由此可知，A、D、B三点的坐标为： 点号YZC00AB定出A、B、C三点位置后，可按二次

7、抛物线方程，通过三点定出上游曲线，下游用曲线拟合定出。解出，计算各点坐标如下表：Z-Y53-1.590-2.538-4.510-7.038Z-41.0Y0-0- 拱坝布置布置原那么：坝体轮廓力求简单，基岩面、坝面变化平顺，防止有任何突变。布置根本步骤：1. 将地形图上可利用的基岩线确定后，试定顶拱轴线位置。顶拱轴线半径可用R轴 =(L为顶拱高程处拱端可利用基岩面间的河谷宽度)拟定。将顶拱轴线在地形图上移动，调整位置，尽量使拱轴线与岩基面等高线在拱端处的交角不小于，并使两端夹角大致相近 。按选定的半径、中心角及顶拱厚度在画出顶拱内外缘弧线。 ，至上而下，选取7道拱圈，绘制各层拱圈剖面布置图，布置

8、原那么与顶拱相同。 。经过应力控制的优化后得到拱坝体型。计算采用提供程滑稳定校核序计算。 设计过程中严格按照有关标准的要求来进行大坝体形的设计调整。 拱圈分布示意图 各层拱圈参数如下表单位：米：序号河谷宽度半径R上高程下高程拱厚拱圈1拱圈2拱圈3拱圈4拱圈5拱圈6拱圈7第三章 应力计算 计算方法及荷载组合 拱坝应力按拱梁分载法拱冠梁法计算，利用本设计以提供的VB程序在计算机机上计算。计算初拟采用7层拱圈，其高程分别为：、。荷载组合情况分根本组合及特殊组合两类：根本组合1. 正常蓄水位+相应尾水位+设计正常温降+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力。2. 设计蓄水位+相应尾水位+设计正常温升+自重+扬

9、压力+泥沙压力+浪压力特殊组合为：3. 核洪水位+相应尾水位+设计正常温升+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力。4. 校核洪水位+相应尾水位+设计正常温降+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力+地震荷载载。 应力计算(见附件)第四章 溢流坝设计：为使水库有较好的超泄能力，采用开敞式孔口。；本次设计的拱坝是五级建筑物，采用30年一遇的洪水标准设计，200年一遇的洪水校核。：设计情况下，溢流坝的下泄流量为367m3/s ；校核情况下，溢流坝的下泄流量为572 m3/s。：坝址处基岩比拟坚硬完整，综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求，单宽流量范围3050 m3/s，取单款流量50 m3/s。：分别计算设计和校核

10、情况下溢洪道所需孔口宽度。计算成果如下：表41 孔口净宽计算计算情况流量Qm3/s单宽流量 qm3/s孔口净宽B(m)设计情况36750校核情况572根据以上计算，假设每一孔宽度为4m，孔数为3。 溢流坝段总长度溢流孔口的总宽度确实定：根据工程经验拟订孔口支墩的厚度为：中墩1m，边墩1m,那么溢流坝段的总长度L为： ：据设计资料，。 定型设计水头确实定：堰上最大水头校核洪水位-堰顶高程=所以，定型设计水头，.取= 下游最高水位计算：下游水位计算水深hn面积A湿周X水力半径R=A/X水力坡降J河宽B梯形周长10.3.51.72.82.2.2.92.103.3. WES曲线下游曲线段线采用：按上式

11、算得的坐标值如下表：Y/m X/m10. 挑流鼻坎有连续式鼻坎和差动式，本设计采用连续式；按标准规定，鼻坎挑射角，根据工程经验，挑射角一般取，取；鼻坝坝顶高程高出下游最高水位12m，+2=,反弧半径R=410h， h为校核洪水位时反弧处的水深常近似取鼻坎上水深。1. 鼻坎处水流速V2的计算，对上游和鼻坎处列方程： 2. 设计时： 因为 ，所以鼻坝平均水深为： Q校核洪水时溢流坝下泄流量为m3/s； B鼻坎处水面宽度，m。 ：. ，反弧半径 根据经验公式R=(410)h，取R=. 鼻坎挑射角度一般采用=2025度，取23度。 水舌挑射距离：式中： L坝下游垂直面到挑流水舌外缘进入下游水面后与河床

12、面交点的水平距离，m； 为坎顶水面流速； 鼻坎的挑角，度； 为坎顶平均水深h在铅直向的投影，h1=hcos ； h2 为坎顶至河床面的高差；设计时： 校核时： 冲刷坑深度 最大冲坑水垫厚度估算：其中，tk：水垫厚度；q：单宽流量；H：上下游水位差；a：冲刷系数，对坚硬完整岩石a=，坚硬但完整性较差的岩石a=，软弱破碎，裂隙发育的基岩a=。设计洪水位的情况： 单宽流量q=,上下游水位差H=,冲刷坑系数=，所以: 校核洪水位的情况：单宽流量q=50m/s,上下游水位差H=,冲刷坑系数=所以: 附件：拱坝应力计算： 拱 坝 坝 数 据 N HB1 HB2 HS FS MS MH 7 375 354

13、14 MC GC EC EF KC CS u 2600000 3000000 0 高程 外半径 拱圈厚 半中心角 坝趾距 岸坡角AF 坝肩弹模EF H R T A Y AF EF 2600000 2600000 2600000 2600000 2600000 2600000 2600000 当量矩形长宽比 m= 坝体积 V= m3 温升 G= /(T+) 计 算 结 果 E= 2 (双向扭转效应)(1) 荷 载 分 配 高程 总荷载 梁载 拱载 扭载 梁载(震) 拱载(震) 扭载(震) H P X XA Z Xv XAv Zv 385 379 373 367 361 355 349 (2) 拱

14、 端 内 力 Mao Vao Hao Maov Vaov Haov (3) 拱 应 力(T/m2)(压为正 拱端 拱冠 拱端(震) 拱冠(震) Sau Sad Sou Sod Sauv Sadv Souv Sodv (4) 粱 内 力 Moc Voc Woc Mocv Vocv Wocv (5) 梁 应 力(T/m2)(压为正 梁应力 梁应力(震) 梁自重应力 Scu Scd Scuv Scdv Scug Scdg (6) 拱 冠 变 位 Ror Rorv (7) 最 大 应 力 Sau Sad Sou Sod Scu Scd 最大 (1) (7) (1) (1) (3) (7) 最小 (7)

15、 (3) (3) (7) (7) (2)：拱 坝 坝 数 据 N HB1 HB2 HS FS MS MH 7 382 14 MC GC EC EF KC CS u 2600000 3000000 0 高程 外半径 拱圈厚 半中心角 坝趾距 岸坡角AF 坝肩弹模EF H R T A Y AF EF 2600000 2600000 2600000 2600000 2600000 2600000 2600000 当量矩形长宽比 m= 坝体积 V= m3 温升 G= /(T+) 计 算 结 果 E= 2 (双向扭转效应)(1) 荷 载 分 配 高程 总荷载 梁载 拱载 扭载 梁载(震) 拱载(震) 扭

16、载(震) H P X XA Z Xv XAv Zv 385 379 373 367 361 355 349 (2) 拱 端 内 力 Mao Vao Hao Maov Vaov Haov (3) 拱 应 力(T/m2)(压为正 拱端 拱冠 拱端(震) 拱冠(震) Sau Sad Sou Sod Sauv Sadv Souv Sodv (4) 粱 内 力 Moc Voc Woc Mocv Vocv Wocv (5) 梁 应 力(T/m2)(压为正 梁应力 梁应力(震) 梁自重应力 Scu Scd Scuv Scdv Scug Scdg (6) 拱 冠 变 位 Ror Rorv (7) 最 大 应

17、力 Sau Sad Sou Sod Scu Scd 最大 (1) (1) (1) (1) (3) (7) 最小 (7) (3) (3) (7) (7) (2)：拱 坝 坝 数 据 N HB1 HB2 HS FS MS MH 7 384 14 MC GC EC EF KC CS u 2600000 3000000 0 高程 外半径 拱圈厚 半中心角 坝趾距 岸坡角AF 坝肩弹模EF H R T A Y AF EF 2600000 2600000 2600000 2600000 2600000 2600000 2600000 当量矩形长宽比 m= 坝体积 V= m3 温升 G= /(T+) 计 算

18、 结 果 E= 2 (双向扭转效应)(1) 荷 载 分 配 高程 总荷载 梁载 拱载 扭载 梁载(震) 拱载(震) 扭载(震) H P X XA Z Xv XAv Zv 385 379 373 367 361 355 349 (2) 拱 端 内 力 Mao Vao Hao Maov Vaov Haov (3) 拱 应 力(T/m2)(压为正 拱端 拱冠 拱端(震) 拱冠(震) Sau Sad Sou Sod Sauv Sadv Souv Sodv (4) 粱 内 力 Moc Voc Woc Mocv Vocv Wocv (5) 梁 应 力(T/m2)(压为正 梁应力 梁应力(震) 梁自重应力 Scu Scd Scuv Scdv Scug Scdg (6) 拱 冠 变 位 Ror Rorv (7) 最 大 应 力 Sau Sad Sou Sod Scu Scd 最大 (1) (1) (1) (1) (3) (7) 最小 (7) (3) (4) (7) (7) (2)，考虑地震荷载： 拱 坝 坝 数 据 N HB1 HB2 HS FS MS MH 7 375 354