大工水工建筑物课程设计

'大连理2大学网络教育学院《水工建筑物课程设计》题目：非溢流段混凝土重力坝设计学习中心：安徽**奥鹏学习中心专业：水利水电工程年级：2012年春季学号：学生： 指导教师： 《水工建筑物》课程设计基本资料1.1气候特征根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14m/s,重现期为50年的年最大风速23m/s,吹程：设计洪水位2.6km,校核洪水位3.0km。最大冻土深度为1.25m。河流结冰期平均为150天左右，最大冰厚1.05m。1.2工程地质与水文地质1.2.1坝址地形地质条件(1)左岸：覆盖层2〜3m,全风化带厚3〜5m,强风化加弱风化带厚3m,微风化厚4m。(2)河床：岩面较平整。冲积沙砾层厚约0〜1.5m,弱风化层厚1m左右，微风化层厚3〜6m。坝址处河床岩面高程约在38m左右，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。(3)右岸：覆盖层3〜5m,全风化带厚5~7m,强风化带厚1〜3m,弱风化带厚1〜3m,微风化厚1〜4m。1.2.2天然建筑材料粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2〜3km均可开采，储量足，质量好。粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。砂石料满足碎重力坝要求。1.2.3水库水位及规模①死水位：初步确定死库容0.30亿m3,死水位51m。②正常蓄水位：80.0m。注：本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力。表状况坝底局程(m)坝顶局程(m)上游水位(m)下游水位(m)上游坡率下游坡率设计情况3184.982.5045.5001:0.8校核情况3184.984.7246.4501:0.8 本设计仅分析基本组合（2）及特殊组合（1）两种情况：基本组合（2）为设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。特殊组合（1）为校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。 2设计及计算内容2.1坝高计算按照所给基本资料进行坝高计算，详细写明计算过程和最终结果。2.2挡水坝段剖面设计按照所给基本资料进行挡水坝段剖面设计，详细写明计算过程和最终结果。2.3挡水坝段荷载计算按照所给基本资料进行挡水坝段荷载计算，详细写明计算过程和最终结果。2.4挡水坝段建基面抗滑稳定计算按照所给基本资料进行挡水坝段建基面抗滑稳定计算，详细写明计算过程和最终结果。2.5挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核按照所给基本资料进行挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核，详细写明计算过程和最终结果 2设计及计算内容2.1确定工程等级水库死库容0.30亿m3,属于中型，永久性水工建筑物中的主要建筑物为3级，次要建筑物和临时建筑物为4a。2.2确定坝顶高程（1）超高值Ah的计算Ah=hi%+hz+hcAh一防浪墙顶与设计洪水位或校核洪水位的高差，m;Hi%—累计频率为1%寸的波浪高度，m；hz—波浪中心线至设计洪水位或校核洪水位的高差，m；hc一安全加高，按表2—1采用表2-1坝的安全加高hc运用情况坝的级别123设计情况（基本情况）0.70.50.4校核情况（特殊情况）0.50.40.3内陆峡谷水库，宜按官厅水库公式计算（适用于V0v20m/s及Dv20km）卜面按官厅公式计算h1%,hz。1理=0.007喏吗Vo*0」10349101320mo02.972.422.232.112.02L96lTl1+61L430、940,112.2612.092,00]L921.S7；1.6SL561L410.960.22462.091.961.8S1.S11.761.591.511.370.9S0.32.231.931.S21.76L701.661.52L45L341.000.412,011.78F1.631.641.601,56[1.441.391L30I.01831.S01.631.561.521.491.461.371,33L25I.01超高值Ah的计算的基本数据设计洪水位校核洪水位吹程D(m)26003000风速v0(m)2114女士加局hc(m)0.40.3设计洪水位时，采用重现期为50年的最大风速，本次设计v0=21m/s;校核洪水位时,采用多年平均风速，本次设计v0=14m/s。a.设计洪水位时Ah计算：19.81父2600不212,9.812600212波浪三要素计算如下:981h1波高：981』=0.0076211221h=1.03m981L波长：2Lm=0.331212.1521Lm=10.65m 壅高：hzJ.14竺32,0.31mLm10.65gD9.812600一0==2一处57.84,故按累计频率为5%计算V021hm1.03一上=——定0由表B.6.3-1查表换算Hm53.9故工0.=1.24h50：=1.241.031.28mhc=0.4mc△h二h1％hzhc=1.280.310.4=1.99mb.校核洪水位时Ah计算：1波高:9.81父h49.81x3000^——l=0.0076M14122——14<142)19.81m3000"375~~14」h=0.65m波长：9.812Lm=0.33114示142Lm=7.37m壅高：hz=-h~=3.1406520.18mLm7.37gD9.813000、=2一定150.15,故按频率为5%计算V014hm0.65-——二定0,由由表B.6.3-1查表换算Hm53.9故10°=1.24h50.，=1.240.650.81mhc=0.3mch=h1％hzhc =0.810.180.3=1.29m(2)坝顶高程：a.设计洪水位的坝顶高程：灯设=设计洪水位+△“殳=82.51.99=84.49mb.校核洪水位的坝顶高程：▽校=校核洪水位+Ah校-84.721.29=86.01m为了保证大坝的安全，选取较大值，所以选取坝顶高程为86.01m2.3挡水坝段剖面设计拟定坝体形状为基本三角形。坝的下游面为均一斜面，斜面的延长线与上游坝面相交于最高库水位处，本次设计采用上游坝面铅直，下下游面倾斜的形式，坡度为1:0.8,折点设在高程为77.22m。坝底高程中顶=84.9ma.坝高为：86.01-31=55.01mb.坝顶宽度：坝顶宽度取坝高的10%即为5.5m,考虑到坝顶机械设备作业，取6nrc.坝底宽度:（▽校一▽底）_1B0.8B=0.8M卬校—守底）=0.8x（84.72-31）取43m-42.98md.基础灌浆廊道尺寸拟定: e.基础灌浆廊道的断面尺寸，应根据浇灌机具尺寸即工作要求确定，一般宽为高为3〜4m,为了保证完成其功能且可以自由通行，本次设计基础灌浆廊道断面取X3.5m,形状采用城门洞型。廊道的位置：廊道的上游避距离上游面10.5m廊道底部距离坝底面6m初步拟定坝体形状剖面如图：2.5〜3ml3.06m 2.4挡水坝段荷载计算B=43m,B1=6mB2=B-B1=43-6=37m1.自重：%=24KN/m3,¥=10KN/m3坝身自重：W=VccW=6父55.0仔24-(1/2M3.1451+2M2)M24=7787.76KN11W2B2H3c3746.2224=20521.68KN22下游水自重：a.设计洪水位时：B3=0.8H2=0.8M14.5=11.6m11W3B3H211.614.510=841KN22W=WW2W3=7787.7620521.68841=29150.44KNb.校核洪水位时：B3=0.8H2=0.815.45=12.36m 1.1W3B3H212.3615.4510=954.81KN22W=WW2W3=7787.7620521.68954.81=29264.25Ks,满足要求校核洪水位时:Ks1.129264.25-9848.621.110343一。=5.1818.2414429.19-1193.51Ks>Ks,满足要求1.分项系数极限状态设计法：承载能力极限状态设计式：,1,0-SL--RLd抗滑稳定极限状态作用效应函数为：sL="psp,坝基面上全部切向作用之和，即作用设计值水平方向的代数和抗滑稳定极限状态抗力函数：RL=f""WcA2W为坝基面上全部作用的法向作用设计值之和，既法向力设计值代数和。""f和c的分项系数由附表5可查：f分项系数为1.3,c分项系数为3.0a.设计洪水位时：作用效应函数：S（L）=£P=PU+P-PdW3261.2542.33-1051.25二12252.33KN坝基面抗剪断系数设计值：f"=-=0793 坝基面抗剪断黏聚力设计值：cJ1103366.67KPa3抗滑稳定抗力函数：RL=f"Wc"A=0.7929150.44-9333.75366.6743-31422.0CKN验算抗滑稳定性：查附表4知：持久状况（基本组合）设计状况系数中=1.0;结构重要性参数70=1.0,本组合结构系数兀=1.2。根据式10-sL—RLdJSL=1112252.33=12252.33KN31422.00=26185.00KN12252.33:二26185.00计算结果表明，重力坝在设计洪水位情况下满足承载能力极限状态下的抗滑稳定要求。b.校核洪水位时：作用效应函数：S|_=、P=FUFl-Pd=14429.1918.24-1193.51=13253.92N坝基面抗剪断系数设计值：f"=虫=0.793坝基面抗剪断黏聚力设计值：c"J110=366.67KPa3抗滑稳定抗力函数：R|_=f"xW"cA =0.7929264.25-9848.62366.6743=31105.16KN验算抗滑稳定性：持久状况（基本组合）设计状况系数甲=1.0;结构重要性参数¥0=0.85,本组合结构系数Vd=1.2。根据式1.0-SL--RLd01-"SL=10.8513253.92=11265.83KN-RL=d11.231105.16=25920.97KN11265.83<25920.97计算结果表明，重力坝在设计洪水位情况下满足承载能力极限状态下的抗滑稳定要求。2.6挡水坝段建基面边缘应力计算和强度校核1.用材料力学法计算边缘应力。在一般情况下，坝体的最大和最小应力都出现在坝面，应校核坝体边缘应力是否满足强度要求。在各种荷载组合下（地震荷载除外），坝踵垂直应力不应出现拉应力，坝趾垂直应力应小于坝基容许压应力10.05MPaa.设计洪水位:采用单一安全系数法:、W6"MBB2uy、W6VMBB2kN;2W」作用于计算截面以上全部荷载的铅直分力的总和,2M-作用于计算截面以上全部荷载对坝基截面垂直水流流向形心轴的力矩总和,kN•mi;B一计算截面的长度，mi%M=7787.7618.5020521.683.17-84117.63-62350 -55518.501711.253.17-832.519.5013261.2517.171051.2Sl.8342.3317.17-60970.38KNL_m、W6XM2-BB43229150.44-9333.756(-60970.38)43=263.0(KPa0坝踵铅直应力没有出现拉应力，符合规范要求。2W6%MB229150.449333.756(60970.38)43-658.KCPa100K5P)a坝趾铅直应力小于坝基容许压应力，符合规范要求。坝体最大主应力按下游边缘最大主应力计算:_d//2、_d：-1=(1m)：-y=(10.82)658.70=1080.27KPa：：：10050KPab.小于混凝土的容许压应力，满足要求。校核洪水位：坝趾抗压强度承载能力极限状态：坝趾抗压强度计入扬压力情况下的极限状态作用效应函数为W6%M2山百-丫1m坝趾抗压强度极限状态抗力函数为：RL=Ra式中：Ra为混凝土抗压强度偶然状况，只需采用承载能力极限状态法判别大坝是否满足强度要求%M=7787.7618.5020521.683.17-954.8117.38-6643.50-574.0518.50 -1769.994.01-861.0819.5014429.1917.911193.515.1518.2417.91=「94582.85