毕业设计
摘要
本次毕业设计的题目是《褒河拱坝枢纽设计》。褒河库区位于陕西省汉中平原堡河下游，汉中平原地区气候温和、湿润、土地开阔肥沃，是著名的粮仓。由于现有的汉惠渠、褒惠渠等渠道，均系无坝引水灌溉，保证率低；有汉中地区属于三线，近年来大量工矿企业纷纷建立，电力负荷急剧增长，故拟在该地区修建水利枢纽，开发水资源，对于促进工农业的发展都有重要意义。
此次设计的目的是为了使水利水电专业学生了解和掌握我国各种拱坝设计方法与思路，理论与实践相结合，提高分析问题和解决问题的能力。并通过此次设计系统了解拱坝设计过程，拟定拱坝的不同设计方案，科学合理的确定拱坝的建设规模和运行方式。褒河水利枢纽主要任务为灌溉、发电，其次为防洪。为此，枢纽定为：渠首电站、拦河坝（拱坝）、中孔泄洪、底孔、电站引水渠道等。
根据工程规模、效益，参照相关规范将褒河水库定为三级，建筑物级别：主要建筑物为三等，次要建筑物为四等，临时建筑物为五级。褒河拱坝的设计过程主要包括坝型选择和枢纽布置、拱坝的平面布置、拱坝的应力计算、坝肩稳定、底孔应力和配筋计算。
关键词：混凝土拱坝、中心角、温度应力、应力计算、坝肩稳定
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Abstract
This graduation project's topic is “Baohe arch dam. Design ” Baohe reservoir area is located Bao river downstream of Hanzhong plain shensi. The climate in Hanzhong plain region is mildness wetness and its tract open fecundity. It is famous granary. Owing to Hanhui & Baohui channel existing being non-dam irrigation by channeling water, the ensure rate is low. Due to Hanzhong plain belonging to the third line, a great deal of industrial and mining establishments having been established and electric power load rapid going up, hydro junction has been built in the area to develop water resources. It has important meaning to accelerate development of industry and agriculture.
On the basis of scope of project benefit, refer to correlation criterion, Baohe reservoir has been confirmed as third class, key constructions as third class, subordination constructions as fourth class and temporary structures as fifth class.
Shimen arch dam design process is introduced as follow: Select Type of Dam and Arrange Hydro Junction、Plan Layout of Arch Dam、Stress Calculation of Arch Dam、Rock Dam Abutment Stabilization、Basal Pore and Reinforce Calculation
Keyword: ncrete arch dam, center angle, temperature should dint, should dint calculation,
the dam shoulder stabilit
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1 坝型选择和枢纽布置
（1） 根据褒河库区水文，地质、地形条件，决定修建拱坝，并从工程量（坝体工程量和金属安装）、泄洪安全性、计算方法和施工方法等几个方面阐述修建拱坝的优越性。
（2） 根据地形地质条件，确定坝址；根据泄洪要求，并比较各种泄洪方式，选用坝身孔口泄流。由于电站是渠首电站，故引水遂洞布置在河的左岸，并结合施工导流遂洞。
枢纽布置原则：①结构紧凑。
②能满足快速泄流的要求。 ③遂洞洞线布置应短而直。
2 拱坝的平面布置
（1） 拱坝的体型设计。根据王英华编的《水工建筑物》（中国水利是水电出版社）提供的试验公式，分别确定坝顶拱厚Tc=4.8m，坝底拱厚TB?22m。
由于本设计中河谷地形对称，地质条件较好，则平面上选单心圆弧拱，拱冠梁的上、下游面都取为圆弧面。
（2） 平面布置。把拱坝分成六拱圈五不等段，利用拱冠梁的上游偏距及外半径分别确定每一层拱圈的圆心，再根据圆心和半径从顶拱到底拱逐步确定每层拱圈在平面上的位置。根据优化要求选定五个方案，分别绘在透明纸上。
平面布置的原则：
① 坝体轮廓线应光滑连续，包括拱圈中心角，内外半径，坝体厚度，拱圈内外圆心轨迹沿高程变化均应是光滑连续或基本连续的。
② 坝体与基岩的接触线应光滑连续，无突出或凹陷，不满足是应做地基处理。 ③ 坝面倒悬度应控制在允许范围内，混凝土拱坝不大于0.3:1,局部控制在(0.2~0.25):1范围内。
3 拱坝的应力计算
（1） 荷载及荷载组合。本设计主要计算的荷载有：静水压力、温度荷载、自重、水重、扬压力与泥沙压力。荷载组合有：正常蓄水位+温升、正常蓄水位+温降、校核水位+温降与校核水位+温升。 荷载组合原则：
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① 温升与温降是相对于年平均温度。
② 特殊状态情况不能叠加，如，在设计中，地震荷载不与校核水位一起考虑。
（2） 拱冠梁法的原理
拱冠梁法是最简单的拱梁法，仅考虑各水平拱圈上拱冠径向变位与拱冠梁上相应点的变位相等条件，再进行拱、梁荷载分配，以一根在拱冠处的悬臂梁分配到的荷载代表全部悬臂梁的受力情况。
原则：自重由梁承担，温度荷载由拱圈承担并通过拱圈变化考虑对梁的影响，而在进行拱梁分载后计算应力时，自重、水沙重、扬压力等全部有梁承担。 （3） 计算过程
本设计的计算都利用了Excel的强大计算功能。计算过程为：
① 截面常数及自重及其弯矩、水重及其弯矩、扬压力及其弯矩的计算。见表5·1。 ② 垂直力作用下的径向变位系数?iw的求解。见表5·2。 ③ 水平力作用下的径向变位系数aij的求解，见表5·3。
④ 均匀温降下的径向变位系数Ci，水沙压力作用下的拱圈径向变位系数?i的求解。见表5·4。
⑤ 拱、梁分载值的求解，见表5·4。
⑥ 利用材料力学中的偏心拉压公式来求解拱冠梁应力，见表5·5。 ⑦ 利用纯拱法计算拱圈的应力。见表5·6~5·8。 （4） 计算成果分析和方案确定
比较四个方案的计算结果，应力都满足条件。选择中间应力小、工程量小、平面布置好、拱端推力小的方案，最后确定方案一为设计所选方案。 （5） 应力控制标准
《混凝土拱坝设计规范》（SDJ45—85）规定：拱坝应力分析一般以拱梁分载法计算成果最为衡量强度、安全的重要标准。
基本荷载组合时，????1.2MPa。 特殊荷载组合时，????1.5MPa。
在考虑地震时，混凝土拱坝的???可以比静荷载情况适当的提高，但不超过30%。
4 坝肩稳定
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利用刚体极限平衡假定，采用平面分层稳定分析法求解坝肩稳定。 采用单一陡倾角侧裂面与单一缓裂面组合失稳形式。 刚体极限平衡基本假定为：
① 将滑移的各块岩体视为刚体，不考虑其中各部分间的相对位移。
② 只考虑滑移体上的力的平衡，不考虑力矩平衡，后者可由力的分布自行调整满足。
③ 忽略拱坝内力的重分布作用，认为拱端作用在岩体上的力系为定值。 ④ 岩体达到极限平衡状态时，滑裂面上的剪力方向将与滑移方向平行，指向相反，数值达到极限值。
根据马文英等编《水工建筑物》P119的抗剪断公式和抗剪强度公式计算稳定系数K。根据选择的侧裂面计算每一层处的最小K值，计算得出Kmin大于?K?。
《混凝土拱坝设计规范》（SDJ45—85）规定： 抗剪断公式计算时： ?K?=1.1。 抗剪强度公式计算时： ?K?=2.75。
5 底孔应力和配筋计算
（1） 底孔应力计算
采用汪景奇编《拱坝的设计和计算》P340~P344的试验方法计算底孔应力。 采用该试验方法的假定：
① 底孔的高宽比为1.5。 ② 认为孔口的剪应力为零。 ③ 以无限域的孔口计算。
（2） 配筋计算
把底孔分成三等分四个断面进行计算，取底孔高程为550米，从前面应力计算过程中内插出该高程处的孔口应力，然后求出每一断面的应力，以该应力为基础求的每一截面上的应力，根据实验方法把该截面上单位宽度上的拉应力求和，然后以轴向拉伸构件进行配筋计算。
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