河海大学水工建筑物(重力坝)教学课件02-重力坝3 剖面设计.ppt

2. 实用剖面—utility profile 2）坝顶高程 3. 剖面形态 2）溢流重力坝—profile of overflow dam 重力坝剖面实例 The main parameters of profile of the Three Gorges Dam The typical cross section of spillway dam (a) The typical cross section of spillway dam section (b) The typical cross section of power house dam section 4. 重力坝型式改进 * 任务：选择一个既满足稳定和强度要求，又使体积最小、施工简便、运行方便的剖面 方法：以整个工程的经济指标作为目标函数，进行优化设计，获得最优剖面。 实际，简化分析，拟定基本剖面，核算、修改，确定剖面。 §5 重力坝的剖面设计 1）按应力确定B 1. 基本剖面—base profile 在主要荷载作用下，满足坝基面稳定和应力控制条件的最小三角形剖面。 任务：给定坝高H，求最小坝底宽度B，即确定三角形的上下游坡度。 最小坝底宽度B 2）按稳定确定B 1）坝顶宽度 根据运用要求（如坝顶超高、构造、交通等），由基本剖面修改而成的剖面。重力坝一般沿坝轴线分为10-30m的坝段，各坝段独立工作。 满足设备布置、运行、交通及施工的需要。 a. 坝高的8~10%，且不小于2m； b. 交通、启闭设备，按实际需要确定； c. 满足强度要求（冰压力、漂浮物撞击力）。 为满足挡水要求，坝顶或防浪墙顶至少不低于水库静水位，超高为： 对于1、2级坝，如果按照可能最大洪水校核，则坝顶高程不能低于相应静水位，防浪墙顶高程不得低于波浪顶高程。防浪墙一般高1.2m，与坝体连成整体，墙身能抵抗波浪和漂浮物的冲击。 1）非溢流重力坝—profile of non-overflow dam (a) 适用于坝基抗剪强度较高且有防渗排水设施、由应力控制剖面尺寸的情况； (b) 适用于坝基抗剪强度较低、由稳定条件控制剖面的情况； (c) 应用较多，既可利用部分水重帮助坝体稳定，又便于进水口的设备安装和操作； (d) 把基本三角形的顶点适当提高，它保留了(a)的特点，在坝高及剖面面积相同的情况下底宽较小，当下游水位高时能显著减小扬压力，但在库空遇上地震的情况下，下游面易出现较大的拉应力。 要求：坝体稳定、坝体强度、水力学条件 基本剖面也是三角形，常用剖面要求尽量与非溢流坝一致，溢流堰顶为一特定曲面。 实体重力坝的缺点： (1) 坝基扬压力大 (2) 坝体工程量大，材料强度不能充分发挥 (3) 水化热大，温控不易 1、宽缝重力坝 1）特点 (1) 坝基扬压力减小，坝体混凝土减少10~20% (2) 坝段内部减薄，材料强度能较好利用 (3) 天然散热面，有利于温控 (4) 宽缝有利于观测和检查 (5) 模板增加，施工复杂（有倒悬） (6) 气温变化剧烈，易产生裂缝，严寒地区保温 宽缝重力坝在适当的条件下是合理的，新安江、丹江口、潘家口、古田四级、黄龙滩等。 实例 2）宽缝重力坝的剖面尺寸 坝段宽度一般16～24m，可根据坝的高度、施工条件、泄水道布置和坝后厂房机组间距等因素选定；缝宽2S一般为坝段宽的20～40％，如缝宽过小，宽缝坝的优点就不显著，但如缝宽过大，又可能在坝体腹部产生较大的主拉应力；上下游坡度n、m的选择与实体重力坝一样，也是在满足稳定和应力条件下力求经济，上游坡比实体重力坝略缓，一般在0.15～0.35之间采用，下游坡一般在0.5～0.7之间；上游头部厚度一般为(0.08～0.12)倍的坝面作用水头，且不小于3m；下游尾部厚度由应力条件及施工条件确定，一般3～5m，不宜小于2m，寒冷地区应适当加厚。宽缝的上下游及顶部与实体部分的连接处，应有足够的渐变段长度，以减小断面变化处的应力集中，在变厚处采用斜坡连接，其坡度一般为1～2。 3）宽缝重力坝的稳定和应力分析 稳定分析方法与实体重力坝相同，但应以整个坝段进行分析。由于宽缝的存在，渗流水可从宽缝排出，所以坝底部扬压力的分布与实体重力坝略有不同。用折线ABC表示沿截面宽度平均的渗透压力分布。图中上游面仍为Hg0，在排水线上为aHg0，a为渗压系数，与实体重力坝相应，在C点处渗透压力为零，该点距宽缝起点的距离约为2b，b为宽缝部位坝段的厚度。浮托力在整个坝段截面上均等于H2g0，H2为下游水深。 应力分析 是三维问题，应采用三维有限元分析。简化，以平面分析为基础，局部应力复合。 整体应力分析——坝段的整体作为变厚度的平面问题。按材料力学法，简化为工字形截面，应力沿坝轴线方向均匀分布，水平截面上的垂直正应力为直线分布。 局部应力分析—