拱坝的特点

拱坝的特点：掌握拱坝的特点和适用条件。

：高次超静定结构，受力特点，理想的地形条件。

：高次超静定结构，河谷宽高比。

?复习巩固：重力坝的工作原理、体型特点、坝体结构、消能防冲方式、适用条件。

?引入新课：不同与重力坝的坝，空间形状为曲线形，稳定由拱座维持。

?讲授新课:1、拱坝在水平外荷载作用下的稳定性主要是依靠作为拱座的两岸岩体的反力，并不全靠坝体自重来维持稳定，这是拱坝的一个主要工作特点。

2、拱坝可比重力坝节省工程量1/3～2/3；另外还可减少基础开挖，缩短泄水(引水)渠道和导流洞的长度。

3、拱坝超载能力很强，其破坏时所达到的荷载可达设计荷载的7～11倍(只要拱肩有足够的稳定性)。

4、拱坝的抗震性能好。

(世界坝高100m以上的拱坝有40座建在7～8度以上的地震区)。

5、拱坝砼的标号一般高于重力坝，(百米高以上的拱坝常用200～300号砼，百米以下的拱坝常用200号砼，重力坝则用150号砼)，但每方砼增加的单价一般不会超过重力坝的10～15％。

6、近年来，拱坝坝顶或表孔大流量泄洪已趋普遍，单宽流量已超过200m3/s。

7、温度荷载应列为拱坝的主要荷载，扬压力对坝体应力的影响则小，对薄拱坝可忽略之。

但在计算拱肩稳定时，则应考虑扬压力。

因此拱坝应力计算中三个最主要的荷载为：水平水(砂)压力、温度荷载、自重。

(一)地形条件1、理想的地形条件：河谷断面狭窄对称，山体雄厚，坝址上游较为宽阔，顺河流方向河谷逐渐变窄，呈“漏斗”状。

2、地形条件指标——河谷宽高比Ｌ/Ｈ<2.0时，薄拱坝Ｌ/Ｈ＝2.0～3.0时，中厚拱坝Ｌ/Ｈ>3.0时，厚拱坝虽然目前已认为L/H=5～7左右，拱坝仍可能有较好的经济性。

但到1990年为止，国外高于120米已建的拱坝中，L/H＞5的仅3座，L/H＞3的仅21座，说明拱坝(特别是高拱坝)应选在河谷狭窄处，中低拱坝的应力较小，L/H可放宽一些。

３、Ｕ形河谷与Ｖ形河谷的区别Ｕ形河谷大部分荷载由梁承担，坝体较厚。

Ｖ形河谷大部分荷载由拱承担，坝体较薄。

(二)地质条件理想的地质条件是：构造简单、岩体坚硬、完整、均一、有足够的强度、透水性小、抗风化能力强。

120m以上高拱坝中，以瑞士，美国，意大利，西班牙等国较多。

目前最高的俄"英古里"拱坝，H=272m，L/H=2.8，T/H=0.33地震烈度(设计)为9度；意大利拱坝建的较多，设计大胆轻巧，高而薄。

最薄的拱坝法国的托拉，H=80m，底厚T=2m，T/H=0.023我国较薄的拱坝有广东泉水，H=80m，T/H=0.11。

世界上高于100米的大坝中，土石坝占1/2，拱坝1/3，重力坝1/5；但在200m 以上的高坝中，拱坝超过50％，居各类坝型之首。

高实上坝越高，拱坝的经济性和安全性愈显著。

四1、选择拱坝的体型(拱轴形式、单或双曲)2、拟定坝体基本尺寸3、进行平面布置及悬臂梁切片检查4、应力计算5、稳定计算6、坝体的细部构造设计+V 12按垦务局拱冠梁剖面，拱坝的体积V可按下式估算:2V=0.000177HL(H+0.8L)/(L+L) 122112V=VV=0.0108HL(H+1.1L) 211VV为顶拱及坝底以上0.15H处开挖后河谷宽。

，12：掌握拱坝体型的分类，布置的原则、方法、注意点，各项参数的选择。

：参数的选择和布置方法。

：倒悬度、拱冠粱、河谷展示图?复习巩固：掌握拱坝的特点，拱坝和适用条件。

?引入新课：这节课着重介绍拱坝参数的选择和布置方法。

?讲授新课：1、按坝高仍分为低、中、高坝(与重力坝、土石坝分法一致)H<30，30～70，H?70cm。

2、按坝体曲率分：单拱或双曲拱坝。

3、按水平拱圈形状分：圆弧拱：三圆心拱、抛物线拱、椭圆拱、对数螺旋。

4、按厚高比分：Ｔ/Ｈ<0.2，薄拱坝Ｔ/Ｈ＝0.2～0.35，中厚拱坝Ｔ/Ｈ>0.35，厚拱坝５、按坝体结构型式分：一般拱坝、周边缝拱坝、底缝拱坝等６、按水平拱圈的厚度变化分：等厚拱坝和变厚拱坝。

(一)拱圈形状选择由地形和地质条件确定。

，半径Ｒ，拱圈厚度Ｔ A(二)圆拱形状参数拟定：中心2ψＴ＝ＰＲ/[σ]＝ＰＬ/(2[σ]sinψ) A１、拱坝中心角的选取(1)、应力条件跨度L=2 Rsinψ A拱圈厚T = PR / (σ) 圆筒公式将L=2Rsinψ代入上式R得: A(由90－ψ<30 ?得中心角2ψ<120 ?) AAT=P L /2(σ)sinψ A使圆弧拱圈体积V=2ψRT最小，得最经济中心角2ψ=133?34' AA以上是仅考虑应力条件导出的结果。

注：圆筒公式中的允许应力只能取较小值，砼(σ)=2.5～3.5Mpa，浆砌石拱坝上式中，(σ)仅取2～2.5Mpa，(σ)为拱厚T上的平均应力。

(2)、稳定条件过大的中心角将使拱端推力趋向下游，对稳定不利。

一般要求拱轴线两端的切线与可利用基岩等高线的夹角大于30?～35?，最好大于40?，即当基岩等高线与河流平行时，2ψ不宜大于110?～120?，最好不大于100?对于下A游收缩的漏斗形地形，可选用略大一些的中心角。

过大的中心角还会增大坝肩的开挖量。

多数拱坝，顶拱中心角2ψ=90?～110?，底拱(倒数第二层或0.15H处)A中心角2ψ=50?～80?，其余拱圈介于二者之间。

近代大型拱坝更多采用变曲A率，偏平化，变厚度的拱圈，顶拱中心角75?～90?左右，比过去减少20?，使拱推力向山体转动10?，以提高稳定性。

B1、坝顶厚度按交通和构造要求定(最小厚度?2～3m)这是个拱坝剖面的控制性尺寸，对拱坝安全及坝体方量影响较大，宜多2、坝底厚度T用几个经验公式计算。

1)朱伯芳公式T=K(L+L)H/(σ) B12L，L～顶拱及坝底以上0.15H处开挖后的河谷宽度 12K～经验系数，取K=0.35；H为坝高浆砌石(σ)=3～4Mpa，砼拱坝(σ)=5～7Mpa 2)任德林公式0.269T/H=0.132(L/H)+2H/1000 中低坝 B0.632T/H=0.0832(L/H)+2H/1000 中高坝 B3)垦务局1/3T=(0.0012HLL(H/122)H/122) B124)查图表3、拱冠梁剖面的拟定1)可参考P81表2-1拟定2)按式(2-5)拟定3)浆砌石坝见表2-19(等截面圆弧拱)(一)布置原则：在满足稳定和建筑物运用的条件下，通过调整拱坝的外形尺寸使坝体材料的强度得到充分发挥，不出现不利的拉应力而坝的工程量最省。

(二)步骤1、定出开挖深度，绘出可利用基岩面等高线的地形图。

2、在可利用基岩面等高线地形图上布置顶拱，顶拱中心角取90～100?左右。

可将顶拱轴线绘在透明纸上以便在地形图上移动调整位置。

使拱端与等高线夹角不小于35?，并使两端夹角大致相近。

3、绘制沿坝轴线(顶拱外弧)展开的河谷断面图、看河谷断面是否对称。

必要时可加大局部开挖或填补，使之满足对称和坡度的要求。

4、绘制拱冠梁剖面图。

5、布置底层拱圈(0.15H处)，其中心角应为50～60?左右，然后再布置的各层拱圈。

要求各层拱圈左右半中心角相差应?5～10?，在垂直面上各圆心中心连线应光滑。

6、坝面检查：切取若干个悬臂梁，检查坝面是否光滑，倒悬度是否小于0.2～0.25(砼拱坝可达0.3)。

7、校核应力及稳定，计算坝体方量。

：掌握拱坝荷载的计算、纯拱法及拱冠梁法应力计算的方法和应力控制标准。

：荷载的计算，拱冠梁法应力计算方法。

：纯拱法，温度荷载，拱冠梁法，变位系数。

：?复习巩固：拱坝体型的分类，布置的原则、方法、注意点，各项参数的选择。

?引入新课：这节课着重介绍拱坝荷载的计算、纯拱法及拱冠梁法应力计算的方法和应力控制标准。

?讲授新课：主要介绍拱冠梁法，简要介绍纯拱法及多拱梁法(一)、温度荷载砼拱坝分块浇筑，待砼充分冷却后，当气温达年平均气温或低于年平均气温时，进行灌浆封拱。

相对于封拱时的温度变化即为拱坝的温度荷载。

一般正常蓄水位+温降对拱坝的应力最不利(拉应力大)；校核洪水位+温升使拱端推力加大，对稳定可能最不利。

中小拱坝温度荷载(温度):t=?47/(T+3.39) (2-6) 1=?(12.52-0.672T) (2-7) 1T计算高程处拱厚，t-该拱圈最大温度变幅(均匀温变) ～1或t按(2-7)式计算出的温度变幅t比(2-6)式偏大1/3左右，不宜采用 1补充：温度荷载的更合理算法(天大P114)1、均匀温变幅t=0.5(A+A)(A'+B')(2～6) 11222式中A，A～上游水温和下游气温的年变幅(?) 12A'A'查天大P114表，222、温变梯度?t=0.5(A-A) (2～6b) 221按此计算出的坝体拉应力与式(2-6)相比，在拱坝上部大了，下部相接近。

(二)、荷载组合基本组合?正常挡水水压力+自重(和垂直水压力)+温降+沙浪压力 ?设计洪水位水压力+自重及垂直水压力+温降(升)+沙浪压力校核组合?校核洪水位+自重及垂直水压力压力+温降+沙浪压力 ?抗震情况?峻工(施工期)(拱梁法)(一)浆砌石拱坝允许拉应力一般在1.0～1.5Mpa(本省可取1.2MP) a基本组合允许压应力3～4Mpa(二)砼拱坝允许压力5-7Mpa (90天龄期)， K(安全系数)3.5～4允许拉应力基本组合1.2Mpa特殊组合1.5Mpa，K=1.0 l国外高拱坝允许压力多为7～10Mpa，抗震时可达15Mpa(k=3)k=(2或1)一般中等高度(如50m)以下的拱坝，强度(应力)常不是控制条件，而应注意拱肩稳定、抗渗、消能防冲。

书中规定的许用应力、一般指多拱梁的主应力，采用拱冠梁法只能求出拱向及梁向正应力，考虑到正应力最大值一般略小于最大主应力，以上应力控制标准还应留有裕度。

1、基本方程拱梁交点径向变位一致(第i层)i=1，2～nx +δ= (pi-x)δ + c (2～31) ij j w i i i i(分层数n可分为5～手算，电算n= 6层拱圈或更多)式中ΣaP ～作用于第i层拱圈中面高程上的总水平荷载强度，包括水压力，泥i沙压力等(水平地震力认为直接由拱承担，不分配) x ～拱冠梁在第i层拱高程上分配承担的水平荷载 ip--x 为第i层拱分担的水平荷载强度 i ix～梁的j点所受的荷载 ja～梁的变位系数，表示拱冠梁j点的单位荷载在另一点i上产生的径向ij2变位。

所谓单位荷载就是在作用点(如j点)上强度为1(kN/m)，在上下?h处强度为0的三角形分布荷载。

δ～拱的径向变位系数，表示第i层水平拱圈在单位强度的径向荷载(水i压力)作用下，在拱冠处产生的径向变位C～由于均匀温变t1使第i层拱圈在拱冠处产生的径向变位 iδ～拱冠梁i高程处在垂直荷载(垂直水压力，梁自重～砼拱坝不计之)wi作用下产生的水平径向变位。