拱坝课程设计计算

拱坝课程设计计算

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：060807110296

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0~3m，弱风化层厚2~2.5m。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25.5×109(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1×10-5/℃，导温系数3m 2

/月。

坝基：白云岩，容重2.5t/m 3

,弹模29.82×109，泊松比0.17，线胀系数1.4×10-5/℃，导温系数3m 2/月。淤沙浮容重按1.3t/m 3

,内摩擦角14°。

温度荷载按规范(SD145-85)计算，封拱灌浆温度取8～12℃。 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'

s

K

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

) 基本组合 12 特殊组合 15 允许压应力(kg/cm 2)

基本组合 50 特殊组合

55

2.3坝顶高程的拟定

2.3.1

设计洪水位计算：

62

.36169.223670=⨯-=∂-=Q Q Q 总溢s

m /3,取单宽流量

q=50s

m

/3

，

23

.750/62.361/≈==q Q L 溢m ，

校核洪水位计算：

62.56669.225720=⨯-=∂-=Q Q Q 总溢s m /3，

m

q Q L 33.1150/62.566/≈==溢，

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

水位H 孔口数n 流量系数m

堰宽b

6 3 0.49 0.9 4 344.3299082 6.05 3 0.49 0.9 4 348.6429865 6.1 3 0.49 0.9 4 352.9739246 6.15

3

0.49

0.9

4

357.3226489

ε

侧收缩系数2

/32H g nbm Q ε=流量

6.2 3 0.49 0.9 4 361.6890871 6.22 3 0.49 0.9 4 363.4406062 6.24 3 0.49 0.9 4 365.1949436 6.26 3 0.49 0.9 4 366.9520946

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

8 3

0.49 0.9 4 530.1305738 8.1 3 0.49 0.9 4 540.10152 8.2 3 0.49 0.9 4 550.1342068 8.3 3 0.49 0.9 4 560.2282565 8.4 3 0.49 0.9 4 570.3832984 8.41 3 0.49 0.9 4 571.4021431 8.42 3

0.49

0.9

4

572.4215937

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Δh 按下式计算(官厅水库公式)

Δh=h l% + h z + h c

式中：Δh ………坝顶距水库静水位高度(m)

h l%………累计频率为1%时的浪高(m) h z ………波浪中心线至水库静水位的高度(m)

h c ………安全超高(m)：正常运用情况取0.3m ，非常运用情况取0.2m 。 2.3.3 波浪要素按“官厅水库”公式计算：

h l = 0.0166 V 5/4 D 1/3 L = 10.4(h l ) 0.8

22l z h H

h cth L L

ππ= 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。

V 0………计算风速(m/s)，据资料取15m/s 。 2.3.4坝顶高程计算成果见下表：