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拱坝设计 主讲人:邹爽 1 拱坝布置 §1.1 画河谷剖面图 在选定坝址处作河谷横剖面图,作图时剖面线基本垂直于两岸地形等高线。 在作河谷横剖面时经常碰到陡岩的问题，地形图上只有陡岩符号，没有等高线。此时可在陡岩的上下各找一点高程，中间用直线连接。如图1.1。 §1.2 画坝基开挖线 根据当地的地形地质情况，和地质人员一起，共同商定开挖深度，确定地基开挖线。 开挖深度 规范规定“一般高坝应尽量开挖至新鲜或微风化的基岩，中坝应尽量开挖至微风化或弱风化中、下部的基岩。” 两岸的开挖，应尽量使岸坡平顺，不要出现凸点。因为有凸点的地方，有应力集中现象； 两岸地形不对称时，不必强调对称性，根据实际情况确定开挖线； 当地形为V形河谷时，也不必开挖成梯形，V型也可布置并进行应力计算。如图1.1。 图1.1河谷剖面图及开挖线 §1.3 拱系布置 拱坝是一空间壳体，设计时把它分成为一系列拱和一系列梁，分别设计这些拱和梁，就得到整个拱坝 。我们先介绍拱的设计。 拱的布置归纳起来有以下几点： 一、 拱圈数可在4-9层之间任取； 二、层间距离可以相等也可以不等； 三、设定了层数后，各层的高程可以自动生成 ，也可人为设定； 四、因为不必等分坝高，所以高程可取整数或一二位小数。 拱系布置如图1.2。 图1.2拱系布置图 §1.4 梁系布置 中央悬臂梁的布置。中央悬臂梁布置在“参考平面”内，“参考平面”俗称对称平面。 参考平面一般按下述原则设定： 一、对于V型河谷，选取河谷最低高程所在的铅直面为参考平面，不用考虑是否对称的问题； 二、对于U型河谷，尤其是两岸不对称的情况，“参考平面有以下几种选择： 1、为便于溢流堰的布置，选择在河床中心线； 2、底拱的垂直平分线； 3、为使两岸应力比较均匀，可选1/3坝高处拱的垂直平分线，也就是整个坝基本对称的地方。 梁系的布置如图1.3。 　　对于宽河谷，中间部分梁的间距较大，可在中间加密，只是要成对的加。见图1.4。 §1.5拱冠梁剖面的设计 决定拱冠梁剖面形状的量值有： 拱冠梁上游面曲线； 拱冠梁的厚度曲线； 圆心连线（或曲率中心连线）：即水平拱在拱冠处的曲率半径及其连线。 一、上游曲线的设计 坐标规定：原点定在拱冠梁顶的上游面（定在顶拱的曲率中心线上也行） Y轴取在参考平面内，以指向上游为正； X轴与Y轴垂直，以指向右岸为正，左岸为负； 由三点决定上游曲线，顶点A、坝踵点B和凸点D。见图 1.5。用三个参数来描述该曲线： 图１.5 拱冠梁剖面图 影响这三个参数的因素很多，如枢纽布置，地形地质条件，施工条件及强度设计准则等等。 根据实际工程资料统计，其取值范围为： β１＝０.3-0.4 　　　　 β2=0.135-0.175 k=0.03-0.05 根据经验，初步设计时可取β１＝0.4，β2=0.15 k=0.04，以后再优化调整。 二、厚度曲线的设计 1、坝顶厚度 中小型工程，坝顶没有交通要求，一般为2.5-3m。对于宽河谷拱坝，从拱的弹性稳定考虑，顶拱厚度最好大于弧长的1/60。 2、坝底厚度 有很多参考经验公式和曲线。 原贵州工学院拱坝研究室朱柏松老师他们对省内25座拱坝（坝高10-87米），进行了多拱梁法的应力计算，应力控制在规定的范围之内，用最小二乘法统计，得到一个坝底厚度计算的经验公式： 式中： TB：坝底厚度； W：河谷宽高比； H：坝的计算高度。 坝顶坝底厚度确定后，中间如何变化，还没有确切的计算方法。但厚度曲线不外乎三种型式：凸型、直线型和凹型（扫帚型），最开始可以按直线型设计，等应力计算后再调整。 §1.6 拱圈设计 现在拱圈的形状多种多样，可早期只有一种，即圆弧拱，后来发展成非圆弧拱（也称变曲率拱），包括双心拱，三心拱、抛物线拱、对数螺旋线拱、双曲线拱、椭圆拱、混合曲线、二次曲线等等。有人通过比较，得出以下结论：“等厚