毕业设计计算书车家坝河水利枢纽碾压重力坝设计.docx
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毕业设计计算书车家坝河水利枢纽碾压重力坝设计
毕业设计计算书--车家坝河水利枢纽碾压重力坝设计
目 录1
第1章非溢流坝设计2
1.1坝基面高程de确定2
1.2坝顶高程计算2
合情况下:
2
合情况下:
3
1.3坝宽计算4
1.4坝面坡度4
1.5坝基de防渗与排水设施拟定5
第二章非溢流坝段荷载计算5
2.1计算情况de选择5
2.2荷载计算5
自重6
静水压力及其推力6
扬压力de计算7
淤沙压力及其推力10
波浪压力11
土压力12
第3章坝体抗滑稳定性分析13
3.2抗滑稳定计算15
3.3抗剪断强度计算16
第4章应力分析17
4.1总则17
直应力分析17
直应力满足要求18
4.2计算截面为建基面de情况19
荷载计算19
(计入扬压力de情况)20
(不计入扬压力de情况)21
施工期21
第5章溢流坝段设计22
5.1泄流方式选择22
5.2洪水标准de确定23
5.3流量de确定23
5.4单宽流量de选择23
5.5孔口净宽de拟定23
5.6溢流坝段总长度de确定24
5.7堰顶高程de确定24
5.8闸门高度de确定25
5.9定型水头de确定25
5.10泄流能力de校核26
溢流坝段剖面图26
溢流坝段稳定性分析27
(1)正常蓄水情况27
(2)设计洪水情况27
(3)校核洪水情况28
第6章消能防冲设计28
6.1洪水标准和相关参数de选定29
6.2反弧半径de确定29
6.3坎顶水深de确定30
6.4水舌抛距计算31
6.5最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度32
第7章泄水孔de设计33
7.1有压泄水孔de设计34
7.11孔径Dde拟定34
7.12进水口体形设计34
7.13闸门与门槽35
7.14渐宽段35
7.15出水口35
7.15通气孔和平压管35
参考文献36
毕业设计(论文)任务书
题目车家坝河水利枢纽碾压重力坝设计
(任务起止日期2010年3月29日~2010年6月18日)
河海院水利水电专业03班
学生姓名谢龙学号06150311
指导教师张建梅教研室主任许光祥
院领导周华君
第一章非溢流坝设计
1.1坝基面高程de确定
由《混凝土重力坝设计规范》可知,坝高100~50米时,重力坝可建在微风化至弱风化中部基岩上,本工程坝高为50~100m,由于本坝址岩层分布主要为石英砂岩,故可确定坝基面高程为832.0m。
由水位―库容曲线查de该库容为0.03×108m3,故可知该工程等级为Ⅳ级。
1.2坝顶高程计算
合情况下:
.1正常蓄水位时:
坝顶高程分别按设计和校核两种情况,用以下公式进行计算:
波浪要素按官厅公式计算。
公式如下:
库水位以上de超高:
式中--波浪高度,m
--波浪中心线超出静水位de高度,m
--安全超高,m
--计算风速。
水库为正常蓄水位和设计洪水位时,宜用相应洪水期多年平均最大风速de1.5~2.0倍;校核洪水位时,宜用相应洪水期多年平均最大风速,m/s
D-风区长度;m
L--波长;M
H--坝前水深
.2设计洪水位时:
根据水库总库容在之间可知,大坝工程安全级别为级
计算风速取相应洪水期多年平均最大风速de1.8倍,即47.7m/s
根据公式,可知波浪高度2.71m
根据公式,可知波长L23.19m
根据公式,可知波浪中心线超静水位高度0.994274m
可知库水位超高4.1m
可知坝顶高程890.00+4.1894.1m.2校核洪水位时:
计算风速取相应洪水期多年平均最大风速,即26.5m/s
根据公式,可知波浪高度1.30m
根据公式,可知波长L7.0034m
根据公式,可知波浪中心线超静水位高度0.7577m
可知库水位超高2.355m
可知坝顶高程890.00+2.355892.355m
合情况下:
Vo26.5m/s
故按公式
6.43×10-3
故hm0.4603m
1.1146
故Tm3.011s
综合
(1)、
(2),可知最大坝顶高程取894.1m
1.3坝宽计算
为了适应运用和施工de需要,坝顶必须有一定de宽度。
一般地,坝顶宽度取最大坝高de8%~10%。
,且不小于3m
所以坝顶宽度6m,并可算出坝底宽为78.5m
1.4坝面坡度
上游坝坡采用折线面,一般起坡点在坝高de2/3附近,建坝基面高程为832m,折坡点高程为873.4m,坡度为1:
0.2;下游坡度为1:
0.8。
因为基本三角形de顶点与正常蓄水位齐平,故重力坝剖面de下游坡向上延伸应与正常蓄水位相交,具体尺寸见下图
图1.1重力坝剖面图
1.5坝基de防渗与排水设施拟定
由于防渗de需要,坝基须设置防渗帷幕和排水孔幕。
据基础廊道de布置要求,初步拟定防渗帷幕及排水孔廊道中心线在坝基面处距离坝踵5.5m。
第二章非溢流坝段荷载计算
2.1计算情况de选择
作用在坝基面de荷载有:
自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力、土压力,常取坝长进行计算。
2.2荷载计算
自重
在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位完全一样计算步骤如下;
坝体自重de计算公式:
式中:
可知:
W1.812118.96KN
W2.818772.494KN
W3.44856.62KN
WW1+W2+W355748.47KN
坝体自重55748.47KN
静水压力及其推力
与作用水头有关,所以在正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时静水压力各不相同,应分别计算;
②静水压力是作用在上下游坝面de主要荷载,计算时常分解为水平压力和垂直压力两种。
de计算公式为:
式中:
――计算点de作用水头,;――水de重度,常取;9.8158216500.42KN
W10.558+2869.812538.72KN
设计洪水位情况:
F1.09216551.67KN
F2-.72-2309.715KN
W10.558.09+28.0969.812536.277KN
W20.5.812887.144KN
(2)特殊组合:
校核蓄水位情况:
F1.33217852.77KN
F2-.52-1502.156KN
W10.560.33+30.3369.812668.124KN
W2.5259.813420.651KN
扬压力de计算
规范:
当坝基设有防渗帷幕和排水孔时,坝底面上游(坝踵)处de扬压力作用水头为,排水孔中心线处为(,下游(坝趾)处为,其间各段依次以直线连接,则:
A坝踵处de扬压力强度为,坝址处de扬压力强度为,帷幕灌浆和排水孔处de渗透压力为(,de取值如表2-1所示)。
B扬压力de大小等于扬压力分布图de面积。
图2.1扬压力计算图示
表2.1坝底面de渗透压力、扬压力强度系数
坝型及部位坝基处理情况(A)设置防渗帷幕及排水孔(B)设置防渗帷幕及主、副排水孔并抽排部位坝型渗透压力强度系数α主排水孔前de扬压力强度系数α1残余扬压力强度系数α2河床坝段实体重力坝0.250.20.5宽缝重力坝0.20.150.5大头支墩坝0.20.150.5空腹重力坝0.25--岸坡实体重力坝0.35--宽缝重力坝0.3--则:
帷幕灌浆处de,排水孔处de。
(1)正常蓄水情况下:
H1890.0-832.058.0
H20
U1γH20
U2-.8158-1962.981KN
U3-.8158-5718.249KN
U40
Ucc-(0+1962.981+5718.249+0)-7681.23KN
设计洪水情况:
H1890.9-832.058.09
H221.7
U1γH2-212.877KN
U2-.8158.09-1966.027KN
U3-.8158.09-5727.122KN
U4-.39-209.2425KN
Ucc-(212.877+1966.027+5727.122+209.2425)-8115.269KN
(3)校核洪水位情况:
H160.33
H217.5
U1γH2-171.675KN
U2.8160.33-2041.839KN
U3-.8160.33-5947.965KN
U4-.83-246.2725KN
Ucc-(171.675+2041.839+5947.965+246.2725)-8407.751KN
淤沙压力及其推力
为:
式中:
,
水平方向:
(2)竖直方向:
Psv17.8+4480.224KN
波浪压力
计算公式:
式中:
(1)基本组合(设计和正常情况):
Hz0.7577m;
Lm7.0m;
h1%1.30m
(2)特殊组合(校核):
Hz0.05402m;
Lm2.488m;
h1%0.207m;
土压力
(1)正常蓄水情况:
(2)设计及校核洪水位情况:
第三章坝体抗滑稳定性分析
3.1总则
A、按抗剪断强度de计算公式进行计算,按抗剪断强度公式计算de坝基面抗滑稳定安全系数值应不小于表3-1规范规定;
B、它认为坝体混凝土与坝基基岩接触良好,属于交界面;
C、基础数据:
;
;
A178.578.5m2。
此时其抗滑稳定安全系数de计算公式为:
式中:
表3.1坝基面抗滑稳定安全系数K′
荷载组合K′基本组合3特殊组合12.522.3
表3.2全部荷载计算结果
荷载水平力垂直力正常工况设计工况校核工况正常工况设计工况校核工况自重144598.97144598.97144598.97水压力67144.5460426.660333.519025.2014775.915784.29扬压力-25586.66-57222.22-59984.09波浪力4.874.871.59淤沙力3614.423614.423614.42964.13964.13964.13土压力-805.0748.6448.646688.24511.194511.19总计69958.7664094.5363998.16135689.80107585.0105874.49
3.2抗滑稳定计算
(1)正常蓄水情况3.3抗剪断强度计算
(1)正常蓄水情况3.0
(2)设计洪水情况
∑W54067.9KN
∑P14953.2KN
2.5
(3)校核洪水情况
∑W54440.77KN
∑P17061.85KN
K′3.1907892.3
2.3
故非溢流坝段抗滑稳定满足设计规范要求。
第四章应力分析
4.1直应力分析
图4.1应力计算图示
1上游面垂直正应力:
2下游面垂直正应力:
式中:
直应力满足要求pa4000Kpa。
;
施工期:
坝趾垂直应力可允许由小于0.1Mpa(100Kpa)de拉应力;
重力坝坝体截面:
运用期:
坝体上游面不出现拉应力(计扬压力),下游面垂直正应力应不大于混凝土压应力值,采用C15混凝土,故混凝土压应力值为15/43.75Mpa3750Kpa。
施工期:
坝体任何截面上de主压应力应不大于混凝土de允许压应力,下游面可允许有不大于0.2Mpa(200Kpa)de主拉应力。
4.2计算截面为建基面d荷载计算
图4.2自重力矩计算图示
W12118.96KN;
W28772.494KN;
W344856.62KN
自重力矩计算如下:
M12118.9628.3159987.76KNm
M2212294.4KNm
M3491058.94KNm
MM1+M2+M3363341.1KNm
(计入扬压力de情况)
(不计入扬压力de情况)
2下游面垂直正应力:
施工期
2下游面垂直正应力:
第五章溢流坝段设计
5.1泄流方式选择5.2洪水标准de确定
5.3流量de确定
5.4单宽流量de选择5.5孔口净宽de拟定流量m3/s单宽流量q〔m3/s.m〕孔口净宽B(m)设计情况115.75205.79校核情况176208.8根据以上计算,溢流坝孔口净宽取B16m,假设每孔宽度为b8m,则孔数n为2。
5.6溢流坝段总长度de确定
,流量系数m0.463,因为过堰水流为自由出流,故
由堰流公式计算堰上水头Hw,计算水位分别减去其相应de堰上水头即为堰顶高程。
计算公式如下:
计算成果见表:
表5.2堰顶高程
计算情况流量(m3/s)侧收缩系数流量系数孔口净宽(m)堰上水头(m)堰顶高程(m)设计情况115.750.920.463167.57883.52校核情况1760.920.463169.86882.47根据以上计算,取堰顶高程为882.47m。
5.8闸门高度de确定
门高正常高水位-堰顶高程+安全超高
890.00-882.47+0.27.7(m)
则按规范取门高7.8m。
5.9定型水头de确定
堰上最大水头H校核洪水位-堰顶高程892.33-882.479.86(m);
定型设计水头Hd(75%~95%)H7.4~9.4(m);
取Hd8.4,Hd/H8.4/9.860.85,查表知坝面最大负压为:
0.3Hd2.8(m),小于规范de允许值(最大不超过3~6m水柱)
5.10泄流能力de校核
先由水力学公式计算侧收缩系数ε,然后计算不同水头作用下de流量系数m,根据已知条件,运用堰流公式校核溢流堰de泄流能力。
计算成果汇总如下表:
表5.3泄流能力校核
计算情况mBmHmQm3/sQ`m3/s设计情况0.4630.92167.57142141.950.0352%校核情况0.4630.92169.86211208.331.2654%满足de要求,则符合规范设计de孔口要求。
溢流坝段剖面图
溢流坝段稳定性分析
(1)正常蓄水情况3.0
(2)设计洪水情况
∑W54067.9KN
∑P14953.2KN
2.5
(3)校核洪水情况
∑W54440.77KN
∑P17061.85KN
K′3.1907892.3
2.3
故溢流坝段抗滑稳定满足设计规范要求。
第六章消能防冲设计
通过溢流坝顶下泄de水流,具有很大de能量,必须采取有效地消能措施,保护下游河床免受冲刷。
消能设计de原则是:
消能效果好,结构可靠,防止空蚀和磨损,以保证坝体和有关建筑物de安全。
设计时应根据坝址地形,地质条件,枢纽布置,坝高,下泄流量等综合考虑。
6.1洪水标准de选定
20°。
6.2反弧半径de确定
反弧半径R为:
对于挑流消能,可按下式求得反弧段de半径
―堰面流速系数,取0.95;
H―设计洪水位至坎顶高差,H891.09-851.040.09m取坎顶高程为851.0m
故算出V26.65m/s
Q―校核洪水时溢流坝下泄流量,211m3/s;
B―鼻坎处水面宽度,m,此处B单孔净宽+2×边墩厚度;
B8+2×314m
h15.65585m
R(4~10)h
R22.62~56.56(m)
取R32(m)
6.3坎顶水深de确定
坎顶水深计算公式为:
坎顶水流流速v按下式计算:
―堰面流速系数,取0.95;
H―设计洪水位至坎顶高差,H891.09-851.040.09m取坎顶高程为851.0m
故算出V26.65m/s
Q―50年一遇洪水时溢流坝下泄流量,105m3/s;
B―鼻坎处水面宽度,m,此处B单孔净宽+2×边墩厚度;
B8+2×314m
故坎顶平均水深:
6.4水舌抛距计算根据SL253-2000《溢洪道设计规范》,计算水舌抛距和最大冲坑水垫厚度。
计算公式:
水舌抛距计算公式:
L:
水舌抛距
:
鼻坎de挑角
:
坎顶至河床面de高差
:
堰面流量系数
将这些数据代入水舌抛距de公式得:
6.5最大冲坑水垫厚度及最大冲坑厚度
最大冲坑水垫厚度公式:
:
水垫厚度,自水面算至坑底。
:
单宽流量,由前面de计算可得单宽流量为
:
上下游水位差,根据资料可得水位差
:
冲刷系数,(这里根据地质情况取)将数据代入公式得:
所以最大冲坑水垫厚度为。
图6.1冲坑厚度图示
为了保证大坝de安全,挑距应有足够dede长度。
一般当时,认为是安全de。
计算结果为n3.817,所以满足规范。
故,其消能防冲设计符合规范设计要求。
第七章泄水孔de设计
7.1有压泄水孔de设计
坝体在内水压力de作用下可能会出现拉应力,因此孔壁需要钢板衬砌。
7.11孔径Dde拟定
孔径Dde拟定可依据下式:
式中:
Q―每个发电孔引取de流量,m3/s
vp―孔内de允许流速,m/s,对于发电孔vp5.0~6.0m/s。
7.12进水口体形设计
进水口体形应满足水流平顺、水头损失小de要求,进水口形状应尽可能符合流线变化规律。
工程中常采用椭圆曲线活着圆弧形de三向收缩矩形进水口
椭圆方程为:
式中a―椭圆长半轴,圆形进口时,a为圆孔直径:
矩形进口时,顶面曲线a为孔高h,侧面曲线a为孔宽B;
b―椭圆短半轴,圆形进口时,b0.3a;矩形进口时,顶面曲线b(1/3~1/4)a
对于重要工程de进水口曲线应通过水工模型试验进行修改。
孔口de高宽比(h/B)不宜太大,最大不超过2
根据经验和流量情况,选用椭圆曲线de三向收缩矩形进水口
可知:
ah2.11m
孔口de高宽比,故孔口设计符合要求
7.13闸门与门槽
有压泄水孔一般在进水口设置拦污栅和平面检修门,在出口处设置无门槽de弧形闸门。
7.14渐宽段
有压泄水孔控申断面为圆形,进水口闸门为矩形,在进口闸门之后需设置渐宽段,以保持水流平顺。
根据规范取渐宽段长度为5.28m渐变规律一般都是收缩型,采用圆角过渡。
7.15出水口
有压泄水孔de出口控制着整个泄水孔de内水压力情况,为了避免空蚀破坏,讲出口缩小以增加孔内压力,常采用压坡段,根据规范,取出口断面面积为孔身断面面积de90%
可知出水口断面面积A2.458m2
7.15通气孔和平压管
平压管是埋在坝体内部、平衡检修闸门两侧谁呀以减小启门力de输水管道。
从水库中引水,阀门设在廊道内。
平压管de直径应根据设计充水时间(一般不超过8h)确定。
根据规范,通气孔de断面面积A通0.022m2
参考文献
索丽生,任旭华,胡明.水利水电工程专业毕业设计指南〔M〕.中国水利水电出版社,2002
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吴持恭.水力学(上下册)〔M〕.高等教育出版社,2004
中华人民共和国电力工业部.DL/T5039―95.水利水电工程钢闸门设计规范.中国电力出版社,1995-05-03
中华人民共和国水利部.SL252―2000.水利水电工程等级划分及洪水标准.中国水利水电出版社,2000-07-13
中华人民共和国电力工业部.DL5077―1997.水工建筑物荷载设计规范.中国电力出版社,1997-10-22
中华人民共和国电力工业部.DL/T5206-2005.水电工程预可行性研究报告编制规程.中国电力出版社,1993-09-01
中华人民共和国水利部.SL319-2005.混凝土重力坝设计规范.中国水利水电出版社,2005-07-21
中华人民共和国电力工业部.DL5180―2003.水电枢纽工程等级划分及设计安全标准.中国电力出版社,2003-06-01
中华人民共和国电力工业部.DL5073―2000.水工建筑物抗震设计规范.中国电力出版社,2001-01-01
URBANTRANSPORTATIONPLANNING.MichaelD.MeyerAndEricJ.Miller
DAMSANDEARTHQUAKES.HarshK.CuptaAndool
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