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1、拱坝课程设计计算建 巩 物 课 程设设计题目：拱坝学院：土木建筑工程学 院班级：水电061姓名：徐君学号:060807110296第一章工程概况某工程位于排坡河中游河段，以发电为主。电指导老师：肖良锦老师站装机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 22.5m。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。上游
2、坝址溢流堰顶高程375.00m。电站额定引用流量 2X2.69m3/s。该电站位于我省东部多暴雨地区，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基本情况及地形图，布置设计混 凝土拱坝。步骤如下：1、拱坝布置的原则在地形图上布置双曲拱坝。选择7层拱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。（
3、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份第二章拱坝的体形和布置2.1设计参数坝体材料：C20混凝土，容重2.4t/m 3,弹模为25.5 X109（坝体弹模考虑徐变的影响，取为瞬时弹性 模量的0.6-0.7），泊松比0.167 ,线胀系 数1 X105/ ，导温系数3m2/月。坝基：白云岩，容重2.5t/m 3,弹模29.82 x 109,泊松比0.17，线胀系数1.4 X10-5/ C,导 温 系
4、数3m2/月。淤沙浮容重按1.3t/m3,内摩擦角 14。温度荷载按规范（SD145-85）计算，封拱灌浆 温 度取8一12C。2.2控制指标大坝拱肩稳定及应力控制指标均严格按照混凝 土拱坝设计规范（SD145-85）执行，见表2-1、 2-2。表2-1抗滑稳定安全系数表类别荷载组合情况安全系数抗剪断强度Ks基本组合3特殊组合2.5表2-2大坝允许应力表类别荷载组合情允许应况力允许拉应力(kg/cm )2基本组台12特殊组合15允许压应力(kg/cm )2基本组合50特殊组合552.3坝顶高程的拟定2.3.1设计洪水位计算：Q 溢 Q 总 Q0367 2 2.69 361.62 m3/s ,取
5、单宽流量 q=50m3/ s，,m.L Q 溢 /q 361.62 / 50 7.23，校核洪水位计算：Q 溢 Q 总 Q0572 2 2.69 566.62 m3/s L Q 溢 /q 566.62/ 50 11.33m，所以取 L=12m, n=3, b=4m。通过EXCEL计算，设计水位382.00,校核水位386.00设计洪水位的计算流量 Q水位H孔口数n流量系数m侧收缩系数堰宽bnbm2gH3/2630.490.94344.32990826.0530.490.94348.64298656.130.490.94352.97392466.1530.490.94357.32264896.2
6、30.490.94361.68908716.2230.490.94363.44060626.2430.490.94365.19494366.2630.490.94366.9520946R H=7m,河底高程349.00，再往下开挖5m,坝底高程344.00堰顶高程 校核洪水位的计算375.00，设计水位 382.00.830.490.94530.13057388.130.490.94540.101528.230.490.94550.13420688.330.490.94560.22825658.430.490.94570.38329848.4130.490.94571.40214318.423
7、0.490.94572.4215937所以取H=9m，堰顶高程375.00，校核水位384.00.2.3.2坝顶高程根据各种运行情况的水库静水位加上相应超高后的最大值确定。顶超高值A h按下式计算(官厅水库公式)a h=h + h + h1% z c式中：A h坝顶距水库静水位高度(m) hp%累计频率为1%时的浪高(m) h 波浪中心线至水库静水位的高度(m)h安全超高(m)：正常运用情况取0.3m，非常运用情况取0.2m2.3.3波浪要素按“官厅水库”公式计算：h产 0004眄 V 5/4 D 1/320.8h12cth2 H LLLD长。吹程，由坝前沿水面至对岸的最大直线距离(km),取
8、为5倍坝V0计算风速(m/s)，据资料取15m/s2.3.4坝顶高程计算成果见下表:计算情况设计情况c C C校核情况c c相应水位（m）382384* 冲/s)15 c a15 c aD (km)0.046 rx q0.046 rx oh (m)0.3 AHO0.2 AHOhj ( m、)0.18 rx rA0.18 rx rAh (m) 2L_、0.04C RO0.04rr街（m）0.520.042坝1顶高程（m）382.52384.42结论：综合考虑后，取坝顶高程为385.0m河床底部高程为349.0m，按地质提供的基本 资料，开挖按5.0m计，则坝高为41.0m，属于 中坝，在坝顶高程
9、385.0m开挖后的河谷水平宽 度为 56.90m。2.4拱坝体型设计根据美国垦务局的建议公式进行计算:2.4.1坝顶厚度TcTc=0.01 （H+1.2L1）式中Tc坝顶厚度（m）H 最大坝高（m）= 43.7L顶拱弦长（m）= 194.50经 计算得 Tc= 0.01 x （41.0+1.2 x 56.90） =1.09m，据工程经验，拱坝顶部宽度Tc不小于 3m,取 Tc=5m。2.4.2拱圈厚度1）、底拱厚度trBT 3 0.0012HL L （ H H /122B1 2 122）H 拱冠梁的高度（m） = 41.0L 1 坝顶高程处拱端可利用岩基面 间的河谷宽度（m） =56.90L
10、 2 坝底以上0.15H，即350.15高程 处拱端可利用岩基面间的河谷宽度（m）=11.12 经计算得TB=2.78m。综合考虑后，取坝底厚度为Tb= 7.0m（2）、0.45H高度，即高程362.45处的厚度T0.45HT =0 95T 经计算得到 0.45HBT045H=6.65m。2.4.3上游面曲线初拟参考其他工程经验及规范要求进行设计：z01 HDaHs1Z1般情况下有：P1= 0.6 0.7P 2= 0.15- 0.2S = 0.15 0.3综合考虑后取参数计算如下:7 H 0.65 41.0 26.65m 气 iH 0.17 41.0 7.00m2S1SZ10.20 (41.0
11、 26.65) 2.87m由此可知，A、D、B三点的坐标为:点号-CT-7.0Z o -26.65-4.13-41.0a2Z2定出A、B、C三点位置后，可按二次抛物线 方程，az y a1z 通过三点定出上游曲线，下游用曲线拟合定出。解出a10.564,a20.0113，计算各点坐标如下表：Z-1.0-3.0-5.0-10.0-15.0-20.025.0Y-0.553-1.590-2.538-4.510-5.189-6.767.038Z-27.0-30.0-35.037.040.0-41.0Y-6.990-6.750-5.898-5.398-4.480-4.1292.5拱坝布置布置原则：坝体轮
12、廓力求简单，基岩面、坝面变化平 顺，避免有任何突变。布置基本步骤：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=0.6L （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30，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。2. 按初定拱冠梁剖面尺寸，至上而下，选取7道拱圈，绘制各层拱圈剖面布置图，布置原则与顶拱相同。3. 进行应力计算和坝肩岩体抗。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规范的
13、要求来进行大坝体形的 设计调整。分布示意图各层拱圈参数如下表（单位：米）：序号河谷宽下高程拱厚半径R上高程56.9037.00385.0379.03.00拱圈244.3128.80379.0373.04.11拱圈334.5022.43373.0367.05.14拱圈426.3217.11367.0361.06.07拱圈521.4513.94361.0355.011.39拱圈615.7010.21355.0349.07.20拱圈7第三章应力计算8.855.80349.0344.07.213.1计算方法及荷载组合3.1.1计算方法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，其高程分别为：385.0、379.0、373.0、367.0、361.0、355.0、349.0m。荷载组合情况分基本组合及特殊组合两类：基本组合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+扬压 力+泥沙压力+
