3(1).拱坝(第一、二、三节)

拱坝的布置
2、剖面形式 单曲拱坝：拱 冠上游面是铅 直线，下游面 是倾斜的直线 或几段折线。
双曲拱坝
拱坝的布置
三、水平拱圈的形态 合理的水平拱圈应当是压力线接近拱轴线，使拱截 面内的压应力分布趋于均匀。 三心圆拱：由三段圆弧构成的三心圆拱，通常两侧 弧段的半径比中间的大，从而可以减小中间弧段的 弯矩，使压应力分布均匀，改善拱端与两岸岩体的 连接条件，更有利于坝肩的岩体稳定。 变曲率拱：椭圆拱、抛物线拱等变曲率拱，拱圈中 段的曲率较大，向两侧逐渐减小，使拱圈中的压力 线接近中心线，拱端推力方向与岸坡等高线的夹角 增大，有利于坝肩岩体的抗滑稳定。
２. 双曲拱坝
类似单曲拱坝的布臵，从第二层拱圈开始需要变圆 心变半径变中心角。
布臵时，需在平面图上把每层拱圈的内外半径及 中心角量出填写拱圈参数表。
拱坝的布置 五、倒悬的处理及河谷改进的辅助措施
倒悬的含义：变圆心、变半径的拱坝布臵时，铅
直剖面上可能出现 “倒悬” ，即上层坝面突出于 下层坝面的现象。
拱坝的荷载
温度荷载的计算
等效线性温差
坝体温度
均匀温度变化
非线性温度变化
57.57 t1 T 2.44
47 t1 T 3 39
拱坝的荷载组合
三．拱坝的荷载组合
重力坝的基本荷载和特殊荷载划分也适用于拱 坝，只是在基本荷载中还应列入温度荷载。
基本组合：
正常蓄水位及相应尾水位的静水压力和设
坝肩稳定条件和工程量考虑
※从坝肩稳定考虑，过大 的中心角将使拱端内弧面 切线与岩面等高线的夹角 减小，对坝肩稳定不利。 ※中心角过大，拱圈弧长 增加，工程量增加。
2φA 2φA
结论
应力条件相同时，拱中心角愈大，拱圈厚度T愈小，
愈经济。拱圈体积最小时的中心角2φA=133°34′。 拱厚T一定时，拱中心角愈大，拱端应力条件愈好。 采用较大中心角比较有利，但选用很大的中心角将很 难满足坝肩稳定的要求，也会引起拱圈弧长增加，抵 消了一部分由减小拱厚所节省的工程量。 从有利于坝肩稳定考虑，要求拱端内弧面切线与可 利用岩面等高线的夹角不得小于30°。 一般情况下顶拱中心角采用实际可行的最大值，常 采用90°～110°；往下拱圈的中心角逐渐减小。底 拱中心角在50°～80°之间选取。
TC 2CR轴 (3Rf / 2E) /
TB 0.7 L H

1 2
T0.45H 0.385HL0.45H
美国垦务局建议的公式
TC 0.01(H 1.2L1 )
H TB 0.0012HL1L 2 ( ) 122
3 H 122

T0.45H 0.95TB
V V(A )
dV 0 d
0 '
演算可解得A 133 34 2
拱坝的布置
拱截面应力条件较好时
p l T ( ) T sinA 2
拱厚一定时，中心角愈大，应力愈小，应 力条件愈好。若按固端拱计算，当中心角 >1650时，拱端上游面的应力将由拉应力 变为压应力。
拱坝的布置
上下层错动的距离与其间高差之比称为倒悬度。 倒悬增加了施工难度，二是对坝体应力不利。
一般要求倒悬度控制在1/3以内。
为了减小倒悬度，可将拱冠剖面稍向下游倒悬，
将拱端剖面微向上游倒悬，使倒悬度分散在各个铅 直剖面上。
河谷改进的辅助措施
拱坝布臵时 尽可能成对 称布臵，河 谷不对称， 可采取工程 措施进行改 进。
二、拱坝对地形和地质条件的要求
坝址处河谷形状特征用河谷“宽高比”L/H及河谷 的断面形状两个指标来表示。
据工程经验：
L/H<1.5:窄深河谷中可修建薄拱坝（Ｔ/H<0.2）；
L/H=2～3:中等宽度河谷中可修建中厚拱坝 (Ｔ/H<0.2～0.35)； L/H=3～4.5:宽河谷中多修建重力拱坝(Ｔ/H>0.35) ； L/H＞4.5:宽浅河谷中，只宜修建重力坝或拱形重力坝。
一、拱坝的特点
荷载特点
考虑基岩变形，并将温度荷载作为一项主要荷载。 性能特点
抗震性能好
泄洪特点
拱坝坝身可以泄水
设计和施工特点
几何形状复杂，施工难度大
二、拱坝对地形和地质条件的要求
1.对地形的要求 理想的地形是左右 两岸对称，岸坡平 顺无突变，在平面 上向下游收缩的峡 谷段。坝端下游侧 要有足够的岩体支 承，以保证坝体的 稳定。
计正常温降、自重等…….
水库死水位或运行最低水位及相应尾水位时的
静水压力和设计正常温升、自重等…….
其他常遇的不利组合
拱坝的荷载组合
特殊组合：
校核洪水位及相应尾水位的静水压力和设计正常
温升、自重等…….
正常蓄水位及相应尾水位的静水压力和设计正
常温降、自重等与地震荷载。
其他稀遇的不利组合
第三节
水平径向静水压力的计算为：p w h
pR u 将p转化为拱轴线上的压力强度p’时，则 p R
/
静水压力是坝体上的主要荷载，由拱、梁系统共 同承担，可通过拱梁分载法来确定拱系和梁系上的 荷载分配。 ※其他荷载的计算同重力坝的计算办法
拱坝的荷载 2．自重 坝块自重G可按辛普森公式计算：
1 G c Z( A 1 4 A m A 2 ) 6
封拱时温度愈低，温降越小，建成后愈有 利于降低坝体拉应力。
拱坝的荷载 温升荷载：坝体温度高于封拱温度时的温度变化值。
温升作用
水压力作用
当坝体温度高于封拱温度时，称温升，拱圈将伸长并向 上游变位，由此产生的弯矩、剪力和位移的方向与库水 压力所产生的方向相反，但轴力方向则相同。
一般情况下，温降对坝体应力不利；温升将使 拱端推力加大，对坝肩稳定不利。
水工建筑物之
第一节
概述
认识拱坝
拱坝是一空间壳体结构,坝体结构可近似看作由一系列凸 向上游的水平拱圈和一系列竖向悬臂梁所组成。拱坝两岸 的岩体部分称作拱座或坝肩；拱坝最大的梁称拱冠梁。
一、拱坝的特点
结构特点和受力特点 拱与梁的共同作用 稳定特点 稳定性主要依靠两岸坝肩的反力作用 内力特点 承受轴向压力，有利于发挥砼及浆砌石材料的抗压强度； 拱梁所承受的荷载可相互调整, 超载能力高。
拱坝的布置
四、布臵
1. 单曲拱坝 拱端的布臵原则：全径向或者半径向
布臵步骤
（1）画出可利用基岩面等高线地形图。 （2）在地形图上，将顶拱轴线绘在透明纸上，尽量使拱轴线 与基岩等高线在拱端处的夹角不小于30°，并使两端夹 角大致相同。 （3）初拟拱冠梁剖面尺寸，自坝顶往下，一般选取5～10道拱 圈，绘制各层拱圈平面图。
2.对地质的要求
基岩均匀单一、完整 稳定、强度高、刚度 大、透水性小和耐风 化等。两岸坝肩的基 岩必须能承受由拱端 传来的巨大推力、保 持稳定并不产生较大 的变形。
三、拱坝的类型
按坝体体形分为： 单曲拱坝 双曲拱坝
第二节 拱坝的荷载及组合
一、拱坝的设计荷载 1.一般荷载的特点 水平径向荷载 静水压力、泥沙压力、浪压力及冰压力。
在满足坝体应力和坝肩稳 定的前提下，尽可能地使 工程量最省，造价最低、 安全度高和耐久性好。
拱坝的布置 一、拱圈参数的选择
拱圈形状的主要参数： 中心角、半径、厚度。 1. 拱圈中心角
d PRud 2N sin 2
d d sin 2 2
pRu N T
T
pR u

T l T Ru R 2 sinA 2
பைடு நூலகம்
拱坝的布置
2、拱圈半径： 由几何条件确定 3、拱厚：坝顶厚度，坝底厚度，具体见拱冠梁的尺寸
二．拱冠梁的形式和尺寸
1、剖面尺寸的拟定 坝顶高程的确定； 坝顶厚度TC按工程规模、运用和交通要求确定， 如无交通要求，一般采用3～5m； 坝底厚度TB是表征拱坝厚薄的一项控制数据。
拱坝的布置
《水工设计手册》建议的公式。
拱坝的布置
拱坝的设计步骤
拱坝平 面布臵 坝体应力、坝 安全 肩稳定分析 与否 修改 最终布 臵图 细部 构造 设计图
拱坝的布置 拱坝布臵的基本内容：
根据地形、地质、水文及施工条件，选择坝型,选定平 面布臵形式；初拟坝体剖面基本尺寸、坝体的平面布 臵等，确定各高程拱圈半径、中心角、拱厚等参数。
拱坝布臵的原则是：
二、拱坝对地形和地质条件的要求
左右对称的V形河谷最适宜发挥拱的作用，靠近底部水
压强度最大，但拱跨短，因而底拱厚度仍可较薄；U形河 谷靠近底部拱的作用显著降低，大部分荷载由梁的作用来 承担，故厚度较大，梯型河谷的情况则介于这两者之间。 河谷形状对荷载分配和坝体剖面的影响
二、拱坝对地形和地质条件的要求
2lp T ( 2 p) sinA
可见对于一定的河谷，拱圈中心角越大，拱圈厚度越小
拱坝的布置
体积最小时（最优中心角）
2 V 2 A RT 360 2 l 2lp 2 A 360 sinA ( 2 p ) sinA 8l 2pA 360( 2 p ) sin2 A
！拱坝封拱一般选在气温为年平均气温或略低于 年平均气温时进行！
温度荷载是指拱坝形成整体后，坝体温度相对于 封拱温度的变化值。
拱坝的荷载 温降荷载：坝体温度低于封拱温度时的温度变化值。
温降作用
水压力作用
当坝体温度低于封拱温度时，拱圈将缩短并向下游变位， 由此产生的弯矩、剪力及位移的方向都与库水压力作用 下所产生的弯矩、剪力及位移的方向相同，但轴力方向 相反。
荷载的分配：全部自重应由悬臂梁承担。 3．扬压力 拱坝坝体一般较薄，对薄拱坝通常可忽略不计。 对于中厚拱坝和厚拱坝需要计算。
在拱坝的稳定分析中必须考虑扬压力的作用。
拱坝的荷载 二、温度荷载 温度荷载是拱坝设计的主要荷载。 封拱温度 拱坝系分块浇筑，经充分冷却，当坝体温度逐渐降 至相对稳定值时，进行封拱灌浆，形成整体。在封 拱时的坝体温度称作封拱温度。