A江水利枢纽—薄双曲拱坝设计 计算书.doc
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1、水利水电工程专业毕业设计完整设计图纸请联系本人,参见豆丁备注。目 录第一章 调洪演算- 3 -1.1调洪演算的原理- 3 -1.2 泄洪方案的选择- 3 -1.2.3 确定坝高- 5 -第二章 大坝工程量比较- 6 -2.1 大坝剖面设计计算- 6 -2.2工程量比较- 10 -第三章 第一建筑物大坝的设计计算- 11 -3.1 拱坝形式尺寸及拱坝布置- 11 -3.1.1 坝型选择双曲拱坝- 11 -3.1.2拱坝的尺寸- 11 -3.2荷载组合- 13 -3.3拱坝的应力计算- 13 -3.3.1对荷载组合,使用FORTRAN程序进行电算- 13 -3.3.2对荷载组合进行手算- 14 -
2、3.4坝肩稳定计算- 21 -3.4.1计算原理- 21 -3.4.2验算工况- 22 -3.4.3验算步骤- 22 -第四章 泄水建筑物的设计- 25 -4.1 泄水建筑物的型式尺寸- 25 -4.2 泄槽设计计算- 25 -4.3 导墙设计- 26 -4.3 消能防冲计算- 26 -4.3.1 水舌挑距- 26 -4.3.2 冲刷坑深度- 27 -4.3.3 消能率计算- 27 -4.3.4 孔口应力计算及配筋- 28 -参考文献- 31 -附录一- 32 -附录二- 33 -第一章 调洪演算1.1调洪演算的原理 先对一种泄洪方案,求得不同水头下的孔口泄洪能力,并作孔口泄洪能力曲线,再假定
3、几组最大泄流量,对设计(校核)洪水过程线进行调洪演算,求得这几组最大泄流量分别对应的水库存水量,查水位库容曲线,得出这几组最大泄流量分别对应的上游水位,并作最大泄流量与上游水位的关系曲线。上述两条曲线相交得出一交点,此交点坐标即为设计(校核)情况下的孔口最大泄流量及相应的水库水位,再对其它泄洪方案按同样的方法进行调洪演算,最后选定的泄洪方案孔口最大泄流量应接近并不超过容许值,库水位又相对比较低。1.2 泄洪方案的选择1.2.1 对以下三种方案进行调洪演算4表孔+2中孔2浅孔+2中孔4中孔方案一:4表孔+2中孔表孔:堰顶高程179m,孔宽12m m=0.48 , =412=48m 中孔:进口高程
4、135m,出口高程130m,孔口宽7.5m,高7m 闸门开度a=7m,孔口宽度B=27.5=15m, =0.96-0.227a /表1-1 四表孔二中孔泄流方案四表孔二中孔泄流水头(m)182186190194表孔下泄流量(m3/s)530.29051890.0753723.245928.828中孔侧收缩系数0.9272370.9297330.9318760.933736中孔下泄流量(m3/s)3003.3123133.1193257.7763377.85总下泄流量(m3/s)3533.6035023.1946981.0169306.678起调流量3871.603 m3/s,做出4表孔+2中孔
5、的泄洪能力曲线及水库水位与所需的最大泄流量的曲线,由两条曲线的交点可以得出:最大泄洪流量:设计6420 m3/s 校核7350 m3/s最高水位 :设计188.3m 校核190.4m方案二:2浅孔+2中孔浅孔:进口高程164m,出口高程154m,孔口宽8.5m,高8m =0.96-0.227a / a=7m B=17m中孔:进口高程135m,出口高程130m,孔口宽7.4m,高7.4m =0.96-0.227a / a=7.4m B=14.8m表1-2 2浅孔2中孔泄流方案2浅孔2中孔泄流水头(m)182186190194浅孔侧收缩系数0.8843330.8951430.903250.9095
6、56浅孔下泄流量(m3/s)2609.8172853.3813078.023287.524中孔侧收缩系数0.9252220.9278810.9301630.932143中孔下泄流量(m3/s)3119.3373255.2643385.7623511.43总下泄流量(m3/s)6067.1536446.6466801.7817136.953起调流量6067.2 m3/s,做出2浅孔+2中孔的泄洪能力曲线及水库水位与所需的最大泄流量的曲线,由两条曲线的交点可以得出:最大泄洪流量:设计6520 m3/s 校核7000 m3/s最高水位 :设计186.9m 校核189.8m方案三:4中孔中孔:进口高程
7、135m,出口高程130m,孔口宽7.5m,高7.5m =0.96-0.227a / a=7.5m B=30m表1-3 4中孔泄流方案4中孔泄流水头182186190194中孔侧收缩系数0.9272370.9297330.9318760.933736中孔下泄流量(m3/s)6184.4486437.1386679.8046913.548起调流量6184.4 m3/s,做出4中孔的泄洪能力曲线及水库水位与所需的最大泄流量的曲线,由两条曲线的交点可以得出:最大泄洪流量:设计6540m3/s 校核6640 m3/s最高水位 :设计186.9m 校核189.8m1.2.2 泄流方案的选择由下游容许下泄
8、流量在设计情况下为6550 m3/s,校核情况下为7550 m3/s.选择泄洪防方案,即设置两浅孔,孔口尺寸为8.5m8m,进口底高程为164m,出口底高程154m,两中孔,孔口尺寸为7.4m7.4m,进口底高程为135m,出口底高程为130m。设计洪水时,设计水位为186.9m,下泄流量为6520m3/s,小于允许流量6550m3/s,。校核洪水时,校核洪水位为189.8m,下泄流量为7000m3/s,小于允许下泄流量7550 m3/s。1.2.3 确定坝高1.2.3.1波浪三要素计算(采用官厅水库公式)坝顶超出水库静水位的高度h为 式中 V0计算风速, m/s; D库面吹程,m; 平均波高
9、,m;平均波周期,s;H水深,m。1.2.3.2 坝顶高程计算 坝顶高程= Max设计洪水位+h设,校核洪水位+h校 其中: h=2式中h1%累积频率1%的波浪高度(m), hz波浪中心线高出静水位的高度 (m), hc取决于坝的级别和计算情况的安全超高(等级为1级时:设计hc=0.7m,校核hc=0.5m)。经计算得:坝顶高程为192.3米,即拱坝坝高100.3米。第二章 大坝工程量比较2.1 大坝剖面设计计算混凝土重力坝:坝前水深:189.8-92=97.8m最大坝高:192.3-92=100.3m基本剖面 根据应力条件,确定坝底最小宽度 式中 =24kN/m3 =10kN/m3 扬压力折
10、减系数1取0.25则B=97.8/(24/10-0.25) 1/2=68.4m 按稳定条件确定坝底最小宽度 式中=1.10 =0.7 =0 =0.25 则B=1.197.8/0.7(24/10+0-0.25)=73.3m综合,取坝底最小宽度B=74m实用剖面坝顶宽度:取坝高的810%,即(810%)100.3=(8.0210.03)m,取为10m下游坡度为1:0.75 上游设折坡,折坡点距坝底的高度取为坝高的1/32/3范围内,即(1/32/3)100.3=(33.166.2)m,取为54m。上游折坡的坡度取为1:0.15坝底宽度为6+(100.3-2.48-13.33)0.75+10=81.
11、47m排水位置设计洪水最大下泄流量为6520m3/s,则Z下=114.4m,水头H=189.8-114.4=75.4m廊道上游壁到上游坝面距离不小于0.050.1倍水头,且不小于45m, 即 (0.050.1)75.4=(3.777.54)m,取为6m。宽取2.5m,高取3m。荷载计算设计水位时坝体自重W1=1/264024=2880 kN/mW2=109524=22800 kN/mW3=1/26081.124=58392 kN/mW= W1+ W2+ W3=84072 kN/m水压力垂直水压力W水上=108.1(186.9-146)+108.154/2=5499.9kN/mW水下=1/210
12、(114-92)0.75=1815 kN/m水平水压力P上=1/20H上2=1/210(186.9-92)2=44175.5 kN/m P下=1/20H下2=1/210(114.0-92)2=2420.0 kN/m扬压力 =22m,m, U1=102281.47=17923.4 kN/m U2=100.2572.914.1=2569.71 kN/m U3=1/20.2572.967.3710=6139.09 kN/m U4=1/21014.154.675=3854.59 kN/m浪压力 =54.31 kN/m泥沙压力 垂直泥沙压力8.5230.15/2=337.2 kN/m 水平泥沙压力Ph=
13、1/2nhn2tg2(45o-n/2)式中 n=8.5kN/m3 hn=115-92=23m n =10o 故 Ph=1/28.5232tg2(45o-10o/2)=1582.9kN/m稳定校核 设计状况 f(W-U)/ P=0.75/3(93575.4+5499.9+1815-17923.4-(2569.73+3854.591.1)-6139.091.2+337.2)+0.5/381.4710/(44174.5-2420+1582.971.2+54.311.2)=1.16K校核状况f(W-U)/ P=0.75/3(93575.4+5734.8+1898.4-18330.75-(2654.32
14、5+3981.571.1)-6341.21.2+337.2)+0.5/381.4710/(47824.2-2531.25+1582.971.2+19.641.2)/1.2=1.12K稳定满足要求应力分析(取坝基面) 设计水位力(kN)力臂(m)弯矩(105kN/m)重力3799.227.6351.055248.835.3351.85844568.1786.91静水压力5499.936.92.0344175.531.63-13.97181529.735-0.5424207.330.177扬压力17923.4002509.7333.685-0.8456139.094.18-0.263854.593
15、6.035-1.39淤沙压力1582.97180.285浪压力忽略上游拉应力 =420.20 满足 =2183.60 满足 =2306.721833.3 应力满足2.2工程量比较比较重力坝和拱坝的工程量:重力坝工程量计算利用下式分别对三个坝块进行计算:第块 L1=205m L2=79m b=57.6m m1=0.15 m2=0.75 H=54m V=54/6205357.6+(0.15+0.75)54+79357.6+2(0.15+0.75)54=600000m3第块 L1=263m L2=205m b=10m m1=0 m2=0.75 H=30.5m V=30.5/6263310+(0+0.
16、75)30.5+205310+2(0+0.75)30.5=150000m3第块 L1=308m L2=263m b=10m m1=0 m2=0 H=15.83m V=15.83/6308310+(0+0)15.83+263310+2(0+0)15.83=45200m3重力坝工程量:V1= V+ V+ V=795200 m3拱坝工程量计算利用下式分别对四个坝块进行计算A1=3003.22m2A2=3620.15m2A3=3935.58m2A4=3571.29m2A5=2017.53m2V2=(A1 +A2)h/2+(A2 +A3)h/2+(A3 +A4)h/2+(A4 +A5)h/2=34100
17、0 m3经比较,拱坝较重力坝可节约工程量(V1- V2)/ V1=(795200-341000)/795200=57.1故本次设计选择拱坝。第三章 第一建筑物大坝的设计计算3.1 拱坝形式尺寸及拱坝布置3.1.1 坝型选择双曲拱坝V形河谷或其它上宽下窄的河谷,若采用定半径式拱坝,其底部会因中心角过小而不能满足应力的要求,此时宜将水平拱圈的半径从上到下逐渐减小,以使上下各层拱圈的中心角基本相等,并在铅直向设计成一定曲率,形成变半径等中心角双曲拱坝,而做到上下层拱圈的中心角相等很困难,故采用变半径变中心角的双曲拱坝.3.1.2拱坝的尺寸坝顶的厚度Tc 0.01(H+2.4b1)=0.01(100.
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