支墩坝(河海大学水工建筑物课件)

1、1,第四章 支 墩 坝(buttress dam),2,第四章 支 墩 坝(buttress dam),支墩坝是由一系列支墩和支墩支撑的上游挡水盖板组成。 目的：最大限度地利用材料强度 ；最大限度地减小扬压力 ；充分利用水重来节省砼方量 。 一 组成与工作原理 （1）组成 ：支墩坝由一系列独立的支墩和挡水面板组成，支墩顺坝轴线排列，上游面设挡水面板，遮断河谷，形成挡水面。 （2）传力方式： 库水压力由面板支墩地基 （3）工作原理：利用水重和自重在坝基面产生的摩擦力来抵抗水平水压力维持稳定。,1 概述,3,二 支墩坝的型式 根据挡水面板的形状可将支墩坝分为平板坝、连拱坝、大头坝三种型式。前二者为

2、轻型坝，后者为大体积坝。 1 平板坝（plat slab buttressed dam） 盖板是一钢筋混凝土板，并以简支的型式与支墩连接。,4,2 大头坝 由扩大的支墩头部起挡水作用，能充分利用材料强度。对地基的适应性好。,磨子潭双支墩大头坝,桓仁单支墩大头坝,5,3 连拱坝（multiple arch dam） 挡水面由一系列拱形面板组成，受力条件优，能充分利用材料强度，对地基要求高。,梅山连拱坝,佛子岭拱坝,6,Danel johnson Dam 高214m，长 1220m,7,三 支墩坝特点 与其他混凝土坝比 1 混凝土用量省 2 能充分利用材料强度 3 坝身可以溢流：大头坝、平板坝可以

3、溢流，连拱坝一般不溢流 4 坝身钢筋用量大 5 对地基地质条件：连拱坝要求高，平板坝要求低。 6 施工条件：温控改善，模板复杂 7 侧向稳定性差,广东新丰江单支墩大头坝,浙江湖南镇梯形支墩坝,8,9,四 支墩坝的发展,实体重力坝 宽缝重力坝 支墩坝 最高平板坝：墨西哥，罗德里格兹，高73m，单 支墩 最高大头坝：巴西巴拉圭，伊态普，高196m，双支墩 最高连拱坝：加拿大，丹尼尔约翰逊，高214m，长 1220m,扬压力大，体积大，材料强度利用不充分,扬压力减少，体积减小，材料强度利用有改善,减少,再减少,扬压力再减少，体积 再减小，能充分利用 材料强度。,10,（一）平板坝 1体形和构造 平板

4、坝由支墩和面板组成。面板支撑于支墩，有简支式（适应地基变形，较常用）和连续式两种 （1）面板 要满足气候、构造和施工要求 （2）支墩 多采用单支墩，上下游坡由抗滑 稳定和应力条件决定。 （3）坝顶可以溢流 （4）适用：中、低水头，气候温和地区。,支墩,2 平板坝,11,2 平板坝的结构计算要点,包括平板内力计算、墩肩力计算、支墩应力计算和配筋计算。 （1）平板内力 简支式平板坝： 单位宽度板条简支梁计算。 板厚a，自重ac,12,简支式平板坝面板的底部实际上用齿墙与地基相嵌固以增强坝的防渗与抗滑能力。故作较精确的分析时，可考虑按底边固接而两侧简支的三边支承板计算内力。,连续式:可垂直上游坝面截

5、取单宽连续梁或多跨框架进行计算。 当连续平板搁置于支墩时，按连续梁计算； 当连续平板与支墩刚性连接时，按多跨框架计算。,13,（2）墩肩力 面板传来力、水压力等,设为三角形分布，合力R。 面板和墩肩的摩擦力（温度变化面板伸缩引起） F=Rf ，f为摩擦系数,墩肩宽bc ，R和F产生的AD面上弯矩 MR(2/3)Rbc MF=(1/2)Fh AD上： 总弯矩MMR+MF 剪力Q=R 轴力N=F,14,因此，AD上会产生拉应力。需配受力钢筋。为减小此拉应力有时可把墩肩做成削肩斜面，使R倾向墩头内部、可适当减小拉应力，但仍需配置受拉钢筋。,15,3 大头坝,大头坝介于宽缝重力坝和轻型支墩坝（平板坝、

6、连拱坝）之间，属于大体积混凝土。 1 体形和构造 （1）头部 平头型、圆弧型和钻石型。 （2）支墩 有开敞式单支墩、封闭式单支墩、 开敞式双支墩、封闭式双支墩等四种。,应力状态不好,立模不便,介于两者之间,16,（3）基本尺寸 包括大头跨度、支墩平均厚度和上下游坡度。 跨度大小对坝体总方量影响不大。跨度大，支墩的数目少，厚度增大，有利于侧向稳定，便于施工。但支墩过厚，有温控问题。 坝高Hm 45 4560 100 跨度Lm 912 1216 1618 墩厚可根据坝高、跨厚比S=L/B（1.42.4）拟定 支墩在竖直向自上向下可做成等厚的或变厚的，高、中坝一般采用变厚的。 根据稳定和强度要求选定

7、上、下游坝坡坡率。放缓上游边坡，可多利用水重，对稳定有利，但过缓，对应力不利（坝踵应无拉应力）； 同时底宽加大，开挖量增加 上下游坝坡大多为 1：0.41：0.6,17,大头坝的支墩一般不致发生压曲失稳。百米以上的高坝，要进行纵向压曲稳定验算。 采用欧拉法或能量法计算。 假定：支墩为由一系列被分割开的柱条所组成，忽略支墩的整体作用。 计算工况：选择最有可能失稳的柱条作为分析对象。 对于开敞式支墩，邻近下游边最长的柱条最为危险；封闭式支墩，取离下游头部稍远的根较长的柱条来验算（此处相邻支墩互不相靠）。 计算方法：柱条轴心受压的作纵向弯曲稳定问题。,（2）支墩纵向压曲稳定,2 稳定分析和结构计算要

8、点 （1）稳定分析 抗滑稳定同重力坝,18,19,欧拉统一公式 临界荷载,一般要求K23,变厚支墩兼计顶部集中力及自重分布力时，要用能量法才能得到临界荷载。,能量法,详见水工设汁手册(策5卷),20,（2）结构计算,包括头部应力分析、支墩应力分析、抗震计算、强度与刚度校核等。,劈头裂缝：运行过程中渗透压力与温度的不利组合作用，施工期表面裂缝发展形成。渗透压力起关键作用。,由0得 E、B与d之间关系：,按偏心受压公式，求上游边缘应力（E面上的上游点）,21,3 构造特点,（一）伸缩缝：适应温度变化和地基不均匀沉陷，保持各坝段工作独立性。 （二）纵缝：适应浇筑能力；温控防裂；防止断面急剧变化影响。 （三）灌浆廊道：虽扬压力较小，但仍需帷幕灌浆。 为减小坝头内的渗透压力，防止产生劈头裂缝，坝面设防渗层，大头水平排水孔幕。 （四）过水：坝顶溢洪，坝身泄水管。,22,4 连拱坝,挡水盖板呈拱形的轻型支墩坝。 1 特点 （1）温度变化和坝基不均匀变形对坝体应力影响显著。 （2）充分利用材料强度，拱壳可很薄，混凝土方量小。 （3）施工复杂，钢筋用量大。 2 基本尺寸 包括支墩间距、墩厚、上下游边坡、拱中心角和拱厚等。 3