5. 拱坝的应力分析。应力分析方法综述；拱梁法的基本原理和计算方法；地基变形对拱坝应力的影响。地基变形计算方法。
6. 拱坝的坝身泄水，泄水方式和特点、消能和防冲。
学习要点：
1. 拱坝的特点、适用条件及拱坝的分类 2. 拱坝的基本尺寸和拱冠梁剖面的确定 3. 拱坝的荷载及应力计算 4. 拱坝的泄洪
1. 简述拱坝的结构特点和工作特点。
拱坝的特点为：
①在空间上，拱坝是一种三维壳体结构，属于高次超静定结构
高次超静定结构具有超载能力（当拱坝局部开裂，拱坝拱和梁的作用会自行调整，坝体的应力会重分配。国内外拱坝的破坏试验表明，在坝肩稳定的条件下，混凝土拱坝的超载能力可达设计荷载的 5~11 倍）
温度变化和地基变形对坝体的应力的影响不能忽略 抗震性能好
②拱坝是推力结构，坝体的应力状态以受压为主
采用拱坝坝型，建筑材料的抗压强度可以充分发挥，混凝土的抗压强度约为抗拉强度的 10 倍。
拱坝承受的荷载主要通过拱的作用传至两岸，拱坝的稳定取决于两岸坝端岩体的的稳定；重力坝是依靠自己的重量维持自身的稳定。因此拱坝的体积可小，在坝高、坝址条件相同的情况下，拱坝的体积可为重力坝的 1/1.5～1/5 。
③拱坝可以看作是“拱”和“梁”的交织体，即坝体结构既有拱的作用，又有梁的作用，拱坝的荷载可由水平拱圈和垂直悬臂梁共同承担，水平拱圈将荷载传至两岸山体，垂直悬臂梁将荷载传至河床基岩。 ④拱坝的泄洪问题容易解决。
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2. 拱坝对地形、地质条件有哪些要求？
地形条件决定拱坝的混凝土方量。兴建拱坝的地形条件应为：
①河谷的宽高比小，河谷狭窄，拱圈短而粗，刚度大，竖直梁长而细，刚度小，拱的作用大，坝体可薄。
②河谷的对称性好，避免产生附加扭转矩。
③河谷的断面形状为 V 形河谷， 底部拱的跨度小，拱的作用大，拱圈厚度可薄。 ④河谷平面形状向下游呈漏斗状。
地质条件确定拱坝的稳定性，应为基岩完整均一 ， 地质构造简单，抗渗性能好。
3. 拱坝可分有哪些类型？
拱坝的分类
按拱圈厚度分类：可分为薄拱坝、中厚拱坝、重力拱坝。 按拱圈轴线形式分类：可分为园弧拱、二次曲线拱、三心园拱。
按拱圈间的几何关系分类：可分为定园心 、等外（内）半径拱坝、园心单曲率拱坝、变园心双曲率拱坝。
按拱坝的体形分类：可分为园筒拱坝、单曲率拱坝、双曲率拱坝。
4. 什么叫拱圈的最优中心角？
满足坝体应力分布均匀、拱坝的体积较小、拱端稳定性好的拱圈中心角。
5. 在河谷高宽比相同时，河谷断面形状为 V 、 U 、 形时，拱坝布置有何不同？
V 形河谷 底部拱的跨度小，拱的作用大，拱圈厚度可薄。
U 形河谷 底部拱的跨度大，拱的作用小，梁承担的水压力大，拱圈厚度较大。 梯形河谷 介于两者之间。
6. 说明拱坝布置的原则、方法和步骤。
拱坝平面布置的任务是：
拟定拱冠梁剖面和拱圈的尺寸，通过平面布置，确定各高程拱圈的半径、中心角和厚度。
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具体步骤：
①在坝址地形图上，确定基岩的可利用等高线及河谷对称中心线。 ②拟定拱冠梁剖面，进行分层，确定各层拱圈的高程及厚度。 ③布置顶层拱圈，要求拱轴线与基岩等高线的交角α≥ 30
④布置其他各层拱圈，检查拱轴线与基岩等高线的交角，要求α≥ 30 ⑤坝面检查，拱冠梁处的圆心轨迹线平顺、光滑，坝面倒悬度 /H 〈 0.3 。
⑥应力稳定计算
7. 拱坝的应力分析方法有哪几种？其精度和适用条件各如何？
拱坝是一个变厚度、变曲率，边界条件十分复杂的壳体结构，目前的理论计算，
需作必要的假定和简化。拱坝的应力计算方法有： ①纯拱法
假定：坝体由若干层独立的水平拱圈迭和而成，将问题简化为结构力学的弹性拱的计算问题。
与实际弹性拱相比：拱圈的厚度大，所承受的轴力、剪力大；拱圈轴力大，将引起较大的轴向变形；基岩变形显著，不能忽略。
纯拱法存在的问题是：忽略了拱圈间的相互作用，全部荷载由拱承担，使计算应力大于实际应力。
纯拱法的适用条件：狭窄河谷上的薄拱坝，拱的作用大。 ②拱梁法
假定拱坝是由许多水平拱圈和竖直悬臂梁组成，拱坝的外荷载一部分由拱系承担，一部分由梁系承担，拱和梁各自承担荷载比例，按变形协调条件分配。一般将拱坝分为七拱十三梁、五拱九梁（梁站在拱端上）。拱冠梁（七拱一梁、五拱一梁）是拱梁法的简化计算方法。
拱冠梁的适用条件：大体对称、比较狭窄河谷上的拱坝；高坝的初步设计，中低坝的技术设计。 ③有限单元法
有限单元法是更简便、有效、极有发展前途的方法。该法能模拟拱坝逐级加荷的施工过程，多种材料拱坝和复杂的边界条件，能求解空间问题。
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8. 拱坝应力分析中为什么要计入地基变形？有哪些计算地基变形方法？
拱坝是超静定结构，地基变形对坝体的变形和应力的影响很大，所以应计入地基
变形对拱坝应力的影响。目前国内采用的是 1952 年由挪威 F. 伏格特提出的近似计算方法。由于作出了一些假定，该方法计算复杂且与实际情况有较大的出入。
9. 拱冠梁法和多拱梁法有何不同？精度如何？适用情况呢？
拱梁法是假定拱坝是由许多水平拱圈和竖直悬臂梁组成，拱坝的外荷载一部分由
拱系承担，一部分由梁系承担，拱和梁各自承担荷载比例，按变形协调条件分配。一般将拱坝分为七拱十三梁、五拱九梁（梁站在拱端上）。拱冠梁（七拱一梁、五拱一梁）是拱梁法的简化计算方法，计算精度低于拱梁法，适用条件：大体对称、比较狭窄河谷上的拱坝。
10. 试写出拱冠梁法变位协调方程，并说明各符号的意义。
+ = （ ） + ---- 荷载分配方程组
其中：
：单位均布荷载作用在第 i 层拱圈上，使之在拱冠处产生的径向变位 ------ 拱的变位系数
：第 i 层拱圈由于温度荷载作用，在拱冠处产生的径向变位 ：梁的 i 点在竖直荷载作用下，产生的径向变位
： j 点作用着单位水平荷载 在 i 点产生的径向变位
11. 根据温降内力与水平水压力内力的关系，解释温降对应力不利，温升对应力有利的原因。
温降时：拱坝的轴线缩短，向下游变位，由此产生的剪力、弯矩的方向与水压力
产生的剪力、弯矩的方向相同；轴力的方向与水压力产生的方向相反，对坝体应力不利。 温升时：拱坝的轴线伸长，向上游变位，由此产生的剪力、弯矩的方向与水压力产生的剪力、弯矩的方向相反，轴力的方向与水压力产生的方向相同，对坝肩稳定不利。
12. 拱坝有哪些泄水方式 ? 试述其特点和适用条件。
拱坝的泄洪方式有坝顶溢流式和坝身泄水孔。
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坝顶溢流式有：
①自由跌落式，特点：适于基岩良好，泄流量不大的情况；结构简单，施工方便；水舌通气条件不好，不能挑流；易产生贴坡流。
②鼻坎挑流式，特点：曲线坝顶下接一反弧鼻坎，有利于减少溢流水流的振动，避免了低水头时的贴坡流；有利于挑流。
③滑雪道式，特点：落差大，挑距远，可达 60~ 100M ，结构复杂，工程量大，适于泄流量大，较薄的拱坝。
坝身泄水孔可以放空水库，提前预泄洪水。 综合测试： 1. 拱坝是：
错误！未找到引用源。（A）受力结构，坝体的应力状态以受压为主； 错误！未找到引用源。（B）推力结构，坝体的应力状态以受压为主； 错误！未找到引用源。（C）拉力结构，坝体的应力状态以受压为主； 错误！未找到引用源。（D）推力结构，坝体的应力状态以受拉为主。
2. 拱坝是高次超静定结构
错误！未找到引用源。（A）具有超载能力（D）推力结构，坝体的应力状态以受拉为主。
；
错误！未找到引用源。（B）温度变化对坝体的应力的影响可以忽略； 错误！未找到引用源。（C）抗震性能较差；
错误！未找到引用源。（D）地基变形对坝体的应力的影响可以忽略。
3. 拱坝要求：
错误！未找到引用源。（A）河谷断面的高宽比小； 错误！未找到引用源。（B）河谷断面的宽高比大； 错误！未找到引用源。（C）河谷断面的宽高比小； 错误！未找到引用源。（D）河谷断面的宽高比大于5。
4. 三心园拱的轴线是由三个不同圆心的园弧组成
错误！未找到引用源。（A）两侧弧段的半径比中间的小； 错误！未找到引用源。（B）两侧弧段的曲率比中间的小； 错误！未找到引用源。（C）两侧弧段的弧长比中间的长； 错误！未找到引用源。（D）两侧弧段的半径比中间的大。 5. 双曲率拱坝拱冠梁在（1/5～1/3）坝高处，向上游鼓出 错误！未找到引用源。（A）可以平衡水压力产生的压应力； 错误！未找到引用源。（B）可以平衡水压力产生的拉应力； 错误！未找到引用源。（C）可以增加水压力产生的拉应力； 错误！未找到引用源。（D）可以维持水压力产生的拉应力。 6. 最优半中心角的选择范围是： 错误！未找到引用源。（A）40°~55°之间选取； 错误！未找到引用源。（B）20°~60°之间选取；
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