重力坝电算课程设计报告

一、设计任务重力坝典型剖面设计二、设计内容根据提供的水文、水利计算成果，在分析研究所提供的资料的基础上，进行水工建筑物的设计工作，设计深度为初步设计。主要设计内容为：1、确定水利枢纽工程和水工建筑物的等级、洪水标准2、通过稳定、强度分析，拟定坝体经济断面尺寸；3、通过坝基水平截面处坝体内部应力分析，定出坝体混凝土分区方案；4、坝体细部构造设计：廊道布置、坝体止水、坝体排水及基础防渗和排水等。要求成果：1、设计计算说明书一份；2、A3设计图纸两张。三、设计作法从分析基本资料做起，复习消化课堂内容，参照规范[1～3]各相应部分进行设计，对设计参数的选取、方案的拟定等要多加思考。设计所需基本资料，除已给定之外，要自行研究确定。四、基本资料(一)、设计标准：某水库位于某河道的上游，库区所在位置属高山峡谷地区。根据当地的经济发展要求需修建水库，该工程以发电、灌溉、防洪为主。拟建的水库总库容1.33亿立方米，电站装机容量9600kw。工程等级、建筑物级别以及各项控制标准、指标按现行的国家规范规范[4]自行确定。(二)、坝基地质条件1、开挖标准：本工程坝体在河床部分的基岩设计高程原定在827.7m。2、力学指标：坝体与坝基面接触面的抗剪断摩擦系数f＇=1.05，粘结力系数c＇＝900kPa。3、基岩抗压强度：1500(三)、特征水位经水库规划计算，坝址上、下游特征水位如下：P=0.1%校核洪水位为909.92，相应下游水位为861.15；P=1%设计洪水位为907.32，相应下游水位为859.80；正常挡水位为905.70；相应下游水位为855.70；淤沙厚度为15.00；(四)、荷载及荷载组合荷载应按实际情况进行分析，决定计算内容。荷载组合根据实际情况参照规范[1～3]要求。具体计算时每人选取1种有代表性或估计其为控制性的组合进行设计计算。有关荷载资料如下，未经列出者由设计者自行拟定。1、筑坝材料：混凝土容重～；浆砌石容重～。2、坝基扬压力、坝基防渗处理：根据水库地基情况，设置帷幕灌浆和排水孔幕，帷幕灌浆中心线距上游坝踵5m，排水孔中心线据帷幕中心线1.5m。为简化计算起见，扬压力折减系数取0.3，折减位置距上游坝轴线6.5m。3、风速与吹程：坝址洪水期多年平均最大风速18.1m/s，洪水期50年重现期最大风速25m/s，坝前吹程1公里。4、水库淤沙：淤沙浮容重为8.0，淤沙内摩擦角。5、坝址地震基本烈度：根据“中国地震烈度区划图”坝址位于7度区，设防烈度按7度考虑。6、坝顶有一般交通要求。五、计算过程：（一）初步拟定坝体断面1、基本剖面尺寸的确定根据已知坝址出的上下游特征洪水位和坝底高程如下表：单位（m）坝底高程上游水位高程下游水位高程上游水深下游水深校核洪水位827.7909.92861.1582.2233.45设计洪水位827.7907.32859.879.6232.1正常挡水位827.7905.7855.778281）、初步确定底部宽度假定下游水位暂时不计，上游坝坡为竖直，求得上游坝面为铅直面的三角形基本剖面的最小底宽为。已知采用校核洪水位时所对应的水深，则带入计算式中，初步计算出来所以2）、按满足稳定条件确定坝底最小宽度根据已知的条件，取单位宽度计算，计算简图，如下;所以：更据已知的条件可以知道如下表所示f'c'A1.0590056.8所以计算安全稳定系数带入以上的数据，解出,初步计算，所得坝底宽度满足要求。2、坝顶高程和坝顶宽度1）、坝顶高程根据规范得要求，坝顶高程应高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程，应高于波浪顶高程。防浪墙顶至设计洪水位或校核洪水位的高差Δh。为波浪中心线的高于静水位的高程。为安全超高，2级建筑物，设计情况已知坝址处基本条件如下表　设计洪水位情况校核洪水位情况计算风速Ｖ0(m/s)2518.1有效吹程D(m)10001000水位高程(m)907.32909.92坝基高程(m)827.7827.7迎水面深度H(m)79.6282.22a)、波浪要素按官厅水库公式计算（适用于V020m/s及D20km）：带入以上表格的的数据，算出，算出的,时，为累积频率的5%的波高计算出设计情况时的，校核情况下所以算出的设计情况：0.927校核情况：0.619又因为累计频率为的波高为所以可以解得设计情况下的波高：=1.15校核情况下的波高：=1.24*0.927=0.768带入上式计算出设计情况下：校核情况下：所以可以解出：设计情况下：校核情况下：b)、波浪中心线至水库静水位的高度按下式计算：根据以上求出的结果，整理如下表：　校核情况（m）设计情况（m）H　82.22　79.62h1%　0.768　1.15Lm　7.11　9.83根据上表数据解出设计情况下：=0.422校核情况下：=0.261综上所得　设计洪水位校核洪水位h1%　1.15　0.768hz　0.422　0.261hc　0.4　0.4　1.972　1.429所以可以确定防浪墙顶高程（m）：设计情况高程：909.29m校核情况高程：911.35m取大值，所以防浪墙顶高程为911.35m2）、坝顶宽度a)、一般坝顶宽度为坝高的，且不小于3m，坝高为83.65m。所以可以坝顶宽度的范围为。b)、坝顶设有门式起重机，门机轨距为7米，考虑放浪墙的厚度，去坝顶宽为8米。所以综上去坝顶宽为8米。3、拟定坝体的基本剖面（三）、确定荷载的组合经分析研究，确定每种工况下要考虑的荷载如下图表荷载组合主要考虑情况荷载作用力附注自重水压力扬压力淤沙压力浪压力冰压力地震力动水压力其他基本组合(1)正常蓄水位情况√√√√√√(2)设计洪水位√√√√√√√特殊组合(1)校核洪水位√√√√√√√(2)地震情况√√√√√√√（四）、荷载计算采用校核工况下的荷载组合，进行荷载计算当上游坡n=0.2，计算简图如下：手算结果如下表格：序号荷载名称　荷载(每m坝长)力臂(m)力矩(kN-m)　水平(kN)垂直(kN)+-1自重W10.003760.0027.07101783.20　W2　15726.2020.40320814.48　W3　40499.240.135386.40　W4　3313.4328.4094101.29　W5　1569.6029.7346664.21　W6　180.0031.405652.00　W7　3791.7124.70　93655.232水压力P133158.43　27.41　908762.03P2-5488.22　11.1561193.62　3扬压力U1　-21263.470.00　　U2　-932.9529.15　27195.35U3　-4183.906.47　27069.83U4　-1088.4630.23　32904.074淤沙压力Ps590.18　5.00　2950.905浪压力PL14.03　82.56　332.72PL213.91　79.85　1110.716动水压力　0.000.000.000.000.00　　　　　　635595.191093980.84荷载求和28278.3341371.40　-458385.65稳定分析满足稳定要求出现拉应力，不满足要求，所以从新假的剖面。假定当上游坡n=0.1，坝底宽度不变，同样根据以上简图，计算得出如下结果序号荷载名称　荷载(每m坝长)力臂(m)力矩(kN-m)　水平(kN)垂直(kN)+-1自重W10.007520.0027.07203566.40　W2　15726.2020.40320814.48　W3　40499.240.135386.40　W4　174.2328.404948.01　W5　3139.2029.7393328.42　W6　90.0031.902871.00　W7　3791.7124.70　93655.232水压力P133158.43　27.41　908762.03P2-5488.22　11.1561193.62　3扬压力U1　-21263.470.00　　U2　-932.9529.15　27195.35U3　-4183.906.47　27069.83U4　-1088.4630.23　32904.074淤沙压力P3590.18　10.00　5901.805浪压力PL14.03　82.56　332.72PL213.91　79.85　1110.716动水压力　0.000.000.000.000.00　　　　　　692108.321096931.74荷载求和　　28278.3343471.80　-404823.42稳定分析满足稳定要求，即出现拉应力，满足要求。(六)、坝体应力分析1、计算边缘应力，判定坝基、坝体强度是否满足要求选择校核洪水位工况下的荷载组合，计算出、、、、、及主应力、、、，将计算结果列入下表：主要考虑情况上游坝踵处　　　　　校核高水位92.41-1.3778.8392.5578.69主要考虑情况下游坝址处　　　　　校核高水位1249.31863.18596.461845.840.00分析判断在校核洪水位工况的荷载组合情况下，坝的断面尺寸设计是合理的。2、计算坝基截面处得坝体内部应力①选取坝基面的八个计算点，计算校核工况下的荷载组合，对、、、、分别进行计算②作计算简图标明计算点如下：③计算水平截面(Ⅰ—Ⅰ截面)上垂直正应力已知，根据，解出的系数。解得，所以解出各点的，如下表：计算点编号01234567坐标(m)010203040506064.8　1249.311070.78892.24713.71535.17356.64178.1092.41画出Ⅰ—Ⅰ界面的分布图，如下：④计算水平截面(Ⅰ—Ⅰ截面)上剪应力已知列分布表达式：，用上、下游边缘处、的边界条件定系数、、，列出方程式如下863.18=①②③根据以上的方程组解得根据已知的方程式，求解出各点的，结果如下表：计算点编号01234567坐标010203040506064.8　863.18725.46589.32454.74321.73190.2960.41-1.37根据已知各点的坐标对应的，画出Ⅰ—Ⅰ截面分布图，如下⑤计算水平截面(Ⅰ—Ⅰ截面)上水平正应力列分布表达式：，用上、下游边缘处、的边界条件定系数、，列出方程组，如下：①②解出根据以上的计算简图，计算出各点的，如下表：计算点编号01234567坐标010203040506064.8　596.46516.56436.66356.76276.86196.96117.0678.83根据已知各点的坐标对应的，画出Ⅰ—Ⅰ截面分布图，如下图⑥计算各点主应力、根据以上求出的、、代入公式=，求得、，将计算成果列表如下计算点编号0.001.002.003.004.005.006.007.00坐标0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0064.80　596.46516.56436.66356.76276.86196.96117.0678.83　1249.311070.78892.24713.71535.17356.64178.1092.41863.18725.46589.32454.74321.73190.2960.41-1.371845.721570.251296.261023.74752.70483.16215.2792.540.0517.0832.6446.7359.3370.4479.8978.69计算主应力方向，从铅直线到主应力的夹角，即将值由上式算出，并计入下表中计算点编号01234567坐标010203040506064.821726.361450.931178.63909.48643.46380.58120.83-2.73-　652.85554.22455.58356.95258.31159.6861.0413.58-2.64-2.62-2.59-2.55-2.49-2.38-1.980.20　-69.29-69.09-68.87-68.57-68.13-67.24-63.2011.38　-34.64-34.55-34.43-34.29-34