拱坝的布置讲解
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ⅱ)双曲拱坝上游面的曲线方程
y y 2 x A ( ) B( ) H H
A、 B两个常数可以由下列条件确定
x | y H 2 TB dx dy | y 1H 0
2TB B 2 2 1 A 2 B 1
1 0.6 ~ 0.65 其中一般： 2 0.3 ~ 0.6
ⅲ)各高程厚度 T（y）可以是y的一次 二次 三次曲线变化 ⅳ)下游面方程由：x(y)及T(y)得到
2、拱圈尺寸：
• ①几何关系：φ A、R、L、T
• 其中：T由悬臂梁剖面设计得到 • L 河谷宽度为已知 • φ 、R、L具有如下关系 • R=L/(2sinφ A)
• 因此要确定拱圈尺寸，只需确定φ A或R即可，其他可 以由几何关系求得，常选择φ A作为要确定的参数。
Ⅱ) 重要性： 直接关系大坝的安全、造价、施工及美观。 Ⅲ) 影响因素： 自然条件，施工、运用 Ⅳ) 具体方法： a 、拱坝 CAD ，利用编制好的计算机软件自动 进行。 b、半自动化方法。 c、人工方法。
一)圆弧拱坝的几种典型布置方式
• 1、 等外半径拱坝又叫圆筒形拱坝。 • ①适于：U型或接近U型的梯形河谷， • ②做法：各层拱圈的外半径相同，中心角 2Φ A 基本接近或变化较小，为了适应水压力的增长， 坝厚从上到下逐渐加厚，因此内半径从上到下 逐渐减小。 • 即：⑴内外、圆心同线。 • ⑵外半径不变。 • ⑶内半径逐渐缩小 • 如：我国新修建的风滩，响洪甸等拱坝 。
§3-3 拱坝的布置
• • • • 要求： ① 掌握几种典型的圆弧拱坝的布置方法 ②掌握ΦA对应力、稳定、经济各方面的影响 ③ 掌握拱坝布置的原则及步骤。
Ⅰ) 拱坝布置的任务：
• 根据拱坝的自然条件，施工条件和运用要求选 择拱坝的坝型，拟定坝体的基本尺寸，并进行 平面布置，然后经过应力、稳定分析，反复修 改，最后确定一个既安全又经济的设计方案。 • 由于拱坝的类型很多，不同的类型，其基本尺 寸和平面布置均有一定的差别，但布置的方法 及考虑问题的出发点是一致的。因此，本课程 主要讲授圆弧拱坝的布置。对其他类型的拱坝 布置同学们以后找有关资料自学。
•
对V型山谷，若采用等外半径形式拱坝，势必使底部Φ A 太 小，而不能满足应力要求，为此需要加厚坝体，不经济、不利于 发挥拱坝的优点，这时可将各层拱圈的外半径从上到下逐渐减小， 而使各层拱圈的Φ A基本相等，布置成定角式拱坝。 适于：V型河谷。 优点：应力较好，经济。可以比等外半径式节约30%的工程量。 缺点：两岸倒悬，对施工不利，空库时坝体应力和稳定有问题。 改进：①梁向弯曲，布置成双曲拱坝。 ②改用变半径，变中心角拱坝。 解释：倒悬及倒悬度,n=△y/△x ， △y：△x =1：△x.
• • • • • •
• 如广东泉水拱坝
广东泉水定角式拱坝
3、 变半径，变中心角拱坝
• 在▽形和接近▽的梯形河谷，为了使拱 圈更好的适应河谷断面形状，既克服等 Φ A 式的倒悬问题，又不象等外半径式 那样的不经济，常布置成变半径变中心 角式拱坝。 • 优点：比等 R 外 应力好，比等 ΦA 式倒悬 要小，较经济，比R外式省20% • 适于：▽或
响洪甸等外半径重力拱坝
凤滩
• ③优点：形式简单、施工方便、直立的 上游面有利于布置进水口，或泄水建筑 物的控制设备。 • ④缺点：下部拱中心角必然减小，拱的 应力分布不均匀，因此所需断面较大， 极不经济。 • ⑤改进：采用定外圆心，定外半径，而 变内圆心，变内半径的变厚拱形式。
2、等中心角拱坝：
4、 双曲拱坝：
• 对变半径、变中心角，定角式拱坝如果在坝体 1/5~1/3处向上游突出，使悬臂梁也成为弯曲的形状， 就成了双曲拱坝。 • 优点：① 具有壳体作用 安全度高。 • a、各层拱圈的φ A 均能接近理想的角度，拱向应力好。
• • • • • b、梁的弯曲。外荷→水平位移→竖向位移→受阻→ M↘和N↗，改变梁的应力。 c、外荷在梁中部产生的应力与自重应力正好相反， 可改善梁中部应力。 d、增加拱座的垂直压力，改善稳定
b、 双曲：如：东风、东江、紧水滩、石门、泉水
世界知名拱坝拱冠 梁剖面 19－胡佛H=223m 28－莫瓦桑H=237m 30－瓦依昂H=262m
世界知名拱坝拱冠梁剖面
34－格兰峡H=217m 37－柯恩布赖茵H=200m 38－英古里H=272m 39－萨扬舒申斯克H=245m
中国知名 拱坝拱冠 梁剖面
②Φ A的确定：
• ⅰ)考虑的因素：a应力；b稳定; c经济； d自然条件。 • ⅱ)φ A对应力的影响及其对应的最优中心角[Φ a] • A、“圆筒公式”及其[Φ a]
•
从拱坝中取出一单位高度 • 的水平拱圈,受均匀水压力P, • 假设该拱圈是圆筒的一部分, • 因此，任一断面的内力可以近似的为
• ①Tc
• ⅰ)考虑的因素 • a、 强度要求：如坝顶承受较大的水压力、冲击力、 温度荷载等。 • b、 施工要求>=2 • c、 运用要求：交通，起闭机设备。 • d、 经济上要求 • e、 美观上要求 • ⅱ) 确定方法： • a、 工程类比 • b、 经验公式 见书上两个 • ⅲ) 影响： Tc决定顶拱的刚度，对荷载分配、顶拱及 梁向应力有明显的影响
• ② 对泄洪有利----渗气 • ③布置灵活：可较好的解决倒悬度问题 • 缺点：结构复杂，设计、施工较难。
二）圆弧拱坝基本尺寸的拟定：
• 1、基本尺寸包括 • ①悬臂梁尺寸：a、坝顶、底及各个高程的厚度
b、上下游面曲线的方程 ②拱圈尺寸：a、中心角2φ A b、半径R。
φ
A
ΦA
2、悬臂梁尺寸的初步拟定
② TB
• (ⅰ) 考虑因素： a、坝高；b、坝型；c、 河谷地形；d、地质；e、荷载及材料 • (ⅱ) 确定方法：反复试算 • a、 工程类比 • b、 经验公式: • 朱伯芳公式
• • 美国垦务局公式 即（4－15） 任德林公式：
③悬臂梁剖面： ⅰ)常见形状
a、 单曲： 龙羊峡 白山 风滩 响洪甸
ⅱ)双曲拱坝上游面的曲线方程
y y 2 x A ( ) B( ) H H
A、 B两个常数可以由下列条件确定
x | y H 2 TB dx dy | y 1H 0
2TB B 2 2 1 A 2 B 1
1 0.6 ~ 0.65 其中一般： 2 0.3 ~ 0.6
ⅲ)各高程厚度 T（y）可以是y的一次 二次 三次曲线变化 ⅳ)下游面方程由：x(y)及T(y)得到
2、拱圈尺寸：
• ①几何关系：φ A、R、L、T
• 其中：T由悬臂梁剖面设计得到 • L 河谷宽度为已知 • φ 、R、L具有如下关系 • R=L/(2sinφ A)
• 因此要确定拱圈尺寸，只需确定φ A或R即可，其他可 以由几何关系求得，常选择φ A作为要确定的参数。
Ⅱ) 重要性： 直接关系大坝的安全、造价、施工及美观。 Ⅲ) 影响因素： 自然条件，施工、运用 Ⅳ) 具体方法： a 、拱坝 CAD ，利用编制好的计算机软件自动 进行。 b、半自动化方法。 c、人工方法。
一)圆弧拱坝的几种典型布置方式
• 1、 等外半径拱坝又叫圆筒形拱坝。 • ①适于：U型或接近U型的梯形河谷， • ②做法：各层拱圈的外半径相同，中心角 2Φ A 基本接近或变化较小，为了适应水压力的增长， 坝厚从上到下逐渐加厚，因此内半径从上到下 逐渐减小。 • 即：⑴内外、圆心同线。 • ⑵外半径不变。 • ⑶内半径逐渐缩小 • 如：我国新修建的风滩，响洪甸等拱坝 。
§3-3 拱坝的布置
• • • • 要求： ① 掌握几种典型的圆弧拱坝的布置方法 ②掌握ΦA对应力、稳定、经济各方面的影响 ③ 掌握拱坝布置的原则及步骤。
Ⅰ) 拱坝布置的任务：
• 根据拱坝的自然条件，施工条件和运用要求选 择拱坝的坝型，拟定坝体的基本尺寸，并进行 平面布置，然后经过应力、稳定分析，反复修 改，最后确定一个既安全又经济的设计方案。 • 由于拱坝的类型很多，不同的类型，其基本尺 寸和平面布置均有一定的差别，但布置的方法 及考虑问题的出发点是一致的。因此，本课程 主要讲授圆弧拱坝的布置。对其他类型的拱坝 布置同学们以后找有关资料自学。
•
对V型山谷，若采用等外半径形式拱坝，势必使底部Φ A 太 小，而不能满足应力要求，为此需要加厚坝体，不经济、不利于 发挥拱坝的优点，这时可将各层拱圈的外半径从上到下逐渐减小， 而使各层拱圈的Φ A基本相等，布置成定角式拱坝。 适于：V型河谷。 优点：应力较好，经济。可以比等外半径式节约30%的工程量。 缺点：两岸倒悬，对施工不利，空库时坝体应力和稳定有问题。 改进：①梁向弯曲，布置成双曲拱坝。 ②改用变半径，变中心角拱坝。 解释：倒悬及倒悬度,n=△y/△x ， △y：△x =1：△x.
• • • • • •
• 如广东泉水拱坝
广东泉水定角式拱坝
3、 变半径，变中心角拱坝
• 在▽形和接近▽的梯形河谷，为了使拱 圈更好的适应河谷断面形状，既克服等 Φ A 式的倒悬问题，又不象等外半径式 那样的不经济，常布置成变半径变中心 角式拱坝。 • 优点：比等 R 外 应力好，比等 ΦA 式倒悬 要小，较经济，比R外式省20% • 适于：▽或
响洪甸等外半径重力拱坝
凤滩
• ③优点：形式简单、施工方便、直立的 上游面有利于布置进水口，或泄水建筑 物的控制设备。 • ④缺点：下部拱中心角必然减小，拱的 应力分布不均匀，因此所需断面较大， 极不经济。 • ⑤改进：采用定外圆心，定外半径，而 变内圆心，变内半径的变厚拱形式。
2、等中心角拱坝：
4、 双曲拱坝：
• 对变半径、变中心角，定角式拱坝如果在坝体 1/5~1/3处向上游突出，使悬臂梁也成为弯曲的形状， 就成了双曲拱坝。 • 优点：① 具有壳体作用 安全度高。 • a、各层拱圈的φ A 均能接近理想的角度，拱向应力好。
• • • • • b、梁的弯曲。外荷→水平位移→竖向位移→受阻→ M↘和N↗，改变梁的应力。 c、外荷在梁中部产生的应力与自重应力正好相反， 可改善梁中部应力。 d、增加拱座的垂直压力，改善稳定
b、 双曲：如：东风、东江、紧水滩、石门、泉水
世界知名拱坝拱冠 梁剖面 19－胡佛H=223m 28－莫瓦桑H=237m 30－瓦依昂H=262m
世界知名拱坝拱冠梁剖面
34－格兰峡H=217m 37－柯恩布赖茵H=200m 38－英古里H=272m 39－萨扬舒申斯克H=245m
中国知名 拱坝拱冠 梁剖面
②Φ A的确定：
• ⅰ)考虑的因素：a应力；b稳定; c经济； d自然条件。 • ⅱ)φ A对应力的影响及其对应的最优中心角[Φ a] • A、“圆筒公式”及其[Φ a]
•
从拱坝中取出一单位高度 • 的水平拱圈,受均匀水压力P, • 假设该拱圈是圆筒的一部分, • 因此，任一断面的内力可以近似的为
• ①Tc
• ⅰ)考虑的因素 • a、 强度要求：如坝顶承受较大的水压力、冲击力、 温度荷载等。 • b、 施工要求>=2 • c、 运用要求：交通，起闭机设备。 • d、 经济上要求 • e、 美观上要求 • ⅱ) 确定方法： • a、 工程类比 • b、 经验公式 见书上两个 • ⅲ) 影响： Tc决定顶拱的刚度，对荷载分配、顶拱及 梁向应力有明显的影响
• ② 对泄洪有利----渗气 • ③布置灵活：可较好的解决倒悬度问题 • 缺点：结构复杂，设计、施工较难。
二）圆弧拱坝基本尺寸的拟定：
• 1、基本尺寸包括 • ①悬臂梁尺寸：a、坝顶、底及各个高程的厚度
b、上下游面曲线的方程 ②拱圈尺寸：a、中心角2φ A b、半径R。
φ
A
ΦA
2、悬臂梁尺寸的初步拟定
② TB
• (ⅰ) 考虑因素： a、坝高；b、坝型；c、 河谷地形；d、地质；e、荷载及材料 • (ⅱ) 确定方法：反复试算 • a、 工程类比 • b、 经验公式: • 朱伯芳公式
• • 美国垦务局公式 即（4－15） 任德林公式：
③悬臂梁剖面： ⅰ)常见形状
a、 单曲： 龙羊峡 白山 风滩 响洪甸