水工建筑物重力坝课程设计-不计扬压力(szc)(3)

下游水平水压力：PH2=0.5×9.81×14.42=1017.1kN（←）

水压力：Ph= Ph1+ Ph2=－49739.1+1017.1=－48722kN

静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：

垂直水压力（水重）对O点的弯矩：

MOP11 = 0.5×12.2×61×9.81×（47.3-12.2÷3）=195756.86 KN·m

MOP12 = 39.7×12.2×9.81×（47.3-12.2÷2）=157814.68 KN·m

MOP2 =- 813.68×（47.3-14.4×0.8÷3）=－35362.53KN·m

∑MOPv = MOP11＋MOP12＋MOP2 =195756.86＋157814.68－35362.53= 318209.01KN·m

水平水压力对O点的弯矩：

MOP1 = －49739.1×（100.7÷3）=－1669575.8 KN·m

MOP2 = 1017.1×（14.4÷3）=4882.08KN·m

∑MOph = MOP1＋MOP2=－1669575.8+4882.08=－1664693.72 KN·m

∑MOP=∑MOph ＋∑MOpv= 318209.01－1664693.72=－1346484.71 KN·m

3.1.3 扬压力U (设帷幕灌浆，设排水孔)

根据规范，排水处扬压力折减系数：α=0.25,如图3-1 所示，将扬压力分成四部分，U1，

U2，U3，U4。

U4=9.81×14.4×94.6=13363.57kN

U3=1/2×9.81×0.25×(224.7-138.4)×(94.6-13)=8635.35kN

U2=9.81×0.25×(224.7-138.4)×13=2752.1kN

U1=1/2×13×64.72×9.81=4126.87kN

U=U1+U2+U3+U4=27922.55kN

U4作用点至O点的力臂为： 0 m

U3作用点至O点的力臂为： 81.6×2/ 3－47. 3 = 7.1m

U2作用点至O点的力臂为： 47.3-6.5=40.8 m

U1作用点至O点的力臂为： 47.3-13÷3=43 m

竖向扬压力力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：

∑MOU =0-7.1×8635.35-40.8×2752.1-43×4126.87

=0-61325.2-112285.7-177455.4

=－351066.3KN·m

3.1.4 泥沙压力Ps

一般计算年限取50～100 年，水平泥沙压力Ps 为：

式中：γsb——泥沙的浮容重，0.9×9.81kN/m3；

hs ——坝前淤沙厚度，157.5-124=33.5m；

Φs ——淤沙的内摩擦角，( 12°)。

故泥沙压力为

Ps=1/2×0.9×9.81×33.52×tan2（45- 12/2）=3248.7kN

对O点的力臂为（157.5－124）/3 = 11.17m

对O点取矩： MOPSK=－3248.7×11.17 =－36288 KN·m

3.1.5 浪压力 °°

1.波浪要素计算及波态判别

根据规范SL319-2005，波浪要素按官厅水库公式计算（适用于V0<20m/s 及D<20km）：

h ——当gD/V02=20～250 时，为累积频率5%的波高h5%；

当gD/V02=250～1000 时，为累积频率10%的波高h10%

由剖面计算结果知，取累积频率5%的波高h5%

Lm ——平均波长（m）；

波浪中心线至水库静水位的高度hz 按下式计算：

其中，平均波长Lm按下式计算：

=0.331V0-1/2.15(gD/V0)21/3.75×V0/g

(9.8×3000/32.4)21/3.752=0.331×（18×1.8）-1/2.15×32.4/9.8=17m 2

因H>Lm /2，属于深水波。

2.波浪压力计算

各种情况均按深水波计算浪压力，如图所示。

深水波浪压力分布

浪压力计算公式为

h1%=1.24h5%=2.3m ； hz = 0.79m ；

Pl=γLm(h1%+hz)/4=9.81×17÷4×（2.3＋0.79）=128.83kN

对坝底中点O取矩为（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：

MOPWK =－128.83×(100.7+ 0.79)=－13075 KN·m

3.1.6 其它荷载

冰压力、土压力应根据具体情况来定。温度荷载一般可以采取措施来消除，稳定和应力分析时可以不计入。风荷载、雪荷载、人群荷载等在重力坝荷载中所占比例很小，可以忽略不计。坝体廊道及坝顶设备重也忽略不计。

将计算的各荷载进行汇总整理。结论请见下表。

正常蓄水位情况各项作用力统计表 单位：KN、KN·m

3.2 稳定分析

重力坝的抗滑稳定分析按单一安全系数法和分项系数极限状态设计进行计算和验算。抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。抗滑稳定计算时取单宽作为计算单元。

U

坝体抗滑稳定计算简图

正常蓄水位情况按单一安全系数法验算,计算公式如下：

式中：

Ks′—— 按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；

′f′—— 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数，f=1.10

′c′—— 坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力，KPa，c=75kg/cm2=735.75KPa；

A —— 坝基接触面截面积，单宽，A=94.6m2。

ΣW—— 作用于坝体上全部荷载（包括扬压力）对滑动平面的法向分值，kN；

ΣP—— 作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值，kN；

按抗剪断强度公式（3-18）计算的坝基面抗滑稳定安全系数Ks′值应不小于3.0

=(1.1×（112516.8＋9215.36－27922.55）＋735.75×94.6)÷（48722＋128.83＋3248.7） =（1.1×93809.61＋69601.95）÷52099.53

=172792.521÷52099.53

=3.32

所以，Ks′＞（K）=3

满足规范要求。

第四章 应力分析

应力分析的目的是为了检验大坝在施工期和运用期是否满足强度要求，同时也是研究解决设计和施工期中的某些问题，如混凝土标号区分和某些部位的配筋等提供依据。

在一般情况下，坝体的最大、最小正应力和主应力都出现在上下游坝面，所以重力坝设计规范规定，应核算上下游坝面的应力是否满足强度要求。

应力分析的过程是：首先进行荷载计算和荷载组合，然后选择适宜的方法进行应力计算，最后检验坝体各部位的应力是否满足强度要求。依据规范，本次应力分析用材料力学法进行计算。

材料力学法三个基本假定：

1.坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料。

2.视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝段独立工作，横缝不传力。

3.假定坝体水平截面上的正应力

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