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平和花溪拱坝设计前期分析及施工调整
作者:黄小辉 来源:中国论文联盟 点击量: 发布时间:2013-11-7 20:40:21
用以下三次曲线方程表示,坐标系及参数如图1所示。

  X=C。+C1(Y/H)+C2(Y/H)2+C3(Y/H)3

  上游面曲线具有以下边界条件:

  当Y=0,X=-α1Tb;

  Y=α2H,X=X。及XY′=0;

  Y=H,X=0。

  下游面同样具有以下边界条件:

  当Y=0,X=(1-α1)Tb;

  Y=α3H,X=X0′及XY′=0;

  Y=H,X=Tc。

  拱冠梁厚度T=X下一X上

  从上述边界条件可见,需联立方程组求解,除Tc,Tb已知外,还应确定α1Tb、X。、α2H、X0′、α3H。

  坝基外挺值α1Tb,国内较成熟的观点认为对于自然型双曲拱坝α1=0.3~0.6,即坝轴线大体交于基础宽度的上、下三分点以内。从花溪拱坝的河谷形状及宽度情况看,拱冠梁底拉应力值较易满足,主要应控制拱冠梁上游下部的倒悬度,以免引起两岸悬臂梁上游倒悬度过大,影响施工。因此,α1在初值选取时拟取大值,即拱冠梁略显后倾。

  上游面最大外挺高度α2H和下游面最凹点高度α3H,根据通常经验α2=0.2~0.4、α3=0.5~0.8,在坝顶和坝底厚度已定的前提下,此两高度值对坝体工程量大小起着主要影响作用,高度上升,拱冠梁中部显厚,高度下降,拱冠梁中部显薄。根据本坝自身情况,两高度系数α2、α3宜取小值,既能满足应力和稳定要求,又能获得良好的经济效果。

  上游面最大外挺值X。和下游面最凹值X0′′,均关系到坝体的厚薄程度,尤其X。的大小直接 影响 着拱冠梁上游面下部和两岸悬臂梁上游倒悬度大小。对本拱坝,在满足应力和稳定要求前提下,宜取小值。

  (七)倒悬度控制

  平面布置初定后,对左右两岸的边梁剖面倒悬控制,规范规定“一般不宜超过1:0.3”。据本人经验体会,执行此条,不应教条,适当要有灵活性,如有需要局部也可较1:0.3稍高些,并通过工程措施予以解决。灵活掌握这一点在拱坝设计调整中尤为实用。

  三、拱坝设计计算

  (一)应力计算

  根据以上设计前期预见 分析 :本坝坝型选用双曲单心等厚园拱,顶拱半径按0.6倍开挖后拱端弦长即58m确定;顶拱中心角取较大值为111.5°;本坝设计最低开挖高程为122.0m,河床狭窄,为使底拱有较大的中心角,以获得较好的力学效果,设计采用2.0m厚的砼垫座进行调整改良,即起拱高程为124.0m,底拱中心角亦取较大值为50°。

  依据《浆砌石坝设计规范》规定的荷载组合,利用北京勘测设计 研究 院“反力参数法”程序进行应力分析比选。由于前期论证分析较充分,参数选择准确,本拱坝在设计调整中,没费太大周折,即获得较满意的设计方案。

  (二)结果分析

  拱冠梁剖面分析:坝基外挺值α1Tb=4.0m,α1=0.5。上游面最大外挺高度α2H=7.73m,α2=0.184,下游面最凹点高度α3H=21.05m,α3=0.5。上游面最大外挺值X。=4.38m,下游面最凹值X0′=1.3m。拱冠梁上游面下部倒悬度为0.07。从结果看,初选剖面前所作的分析预见是准确客观的。α2=0.184,α3=0.5均属下限,两个高度降低使拱冠梁显扁薄。α3=0.5取大值,X。取小值,使拱冠梁略显后倾,降低了拱冠梁上游面下部的倒悬度,既满足了坝体应力要求,又很好地控制住了两岸悬臂梁上游下部倒悬度,均小于1:0.3。

  拱坝的优化评价分析:本拱坝的厚高比为0.19,小于0.2,属薄拱坝(规范界定),此指标宏观评估较简单易行,但要综合评价拱坝设计优劣,存在一定局限性。花溪拱坝为缓解拱冠梁上游底部拉应力,改善底部倒悬度,0.2H以下适当加厚,0.2H以上则削得较薄,况且底部为窄谷,适当加厚,增加方量不多。因此应使用柔度系数法评价较客观。本坝体方量为12100m3,柔度系数C=A2/VH=15.5,对照相关柔度系数统计表,本坝已属较优化范畴。

  拱坝应力成果分析:从拱坝应力成果看,坝体拱端最大拉应力-9.77kg/cm2,拱冠梁底最大拉应力-8.73kg/cm2,最大压应力24.75kg/cm2,整个坝体应力分布较均匀,大部分处于受压,局部受拉。花溪拱坝砌筑材料采用150#砼砌毛石,从规范规定的应力控制指标来看,坝体似乎还有挖潜余地。但本人认为,坝体应力分析中的许多参数如坝体和基岩弹模、泊桑比、容重等是

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