§4-2拱坝的荷载和设计标准 要求:1、掌握拱坝荷载计算的特点 2、掌握拱坝的设计标准
§4-2 拱坝的荷载和设计标准 • • 要求：1、掌握拱坝荷载计算的特点 • 2、 掌握拱坝的设计标准
荷载 1、所受荷载:水荷载、自重、浪压、泥沙、冰、地震、温度、 扬压力、动水压力 荷载的效应 (1)在横缝灌浆之前,只有梁的作用,此时所受的荷载全部由梁承担 (2)在横缝灌浆之后,拱坝形成整体,具有拱梁作用 此时所受的荷载由拱和梁共同承担 拱梁共同承担的荷载有:水荷载、浪压、泥沙、冰、地震、温度 扬压力、动水压力 自重荷载根据施工程序的不同分两种情况: A先浇注后一次封拱,由梁单独承担 B有下列情况之一者,由拱梁共同承担 需提前蓄水,要求坝体浇注到某一髙程后提前封拱 对具有显著竖向曲率的双曲拱坝,为保持坝块稳定,需要在其冷却 后先行灌浆封拱 为了度汛,要求分期灌浆 不分缝的浆砌石拱坝
一、荷载 • 1、 所受荷载：水荷载、自重、浪压、泥沙、冰、地震、温度、 • 扬压力、动水压力 • 2、 荷载的效应 • （1）在横缝灌浆之前，只有梁的作用，此时所受的荷载全部由梁承担 • （2）在横缝灌浆之后，拱坝形成整体，具有拱梁作用 • 此时所受的荷载由拱和梁共同承担 • 拱梁共同承担的荷载有：水荷载、浪压、泥沙、冰、地震、温度 • 扬压力、动水压力 自重荷载根据施工程序的不同分两种情况： • A先浇注后一次封拱，由梁单独承担 • B有下列情况之一者，由拱梁共同承担 • 需提前蓄水，要求坝体浇注到某一高程后提前封拱 • 对具有显著竖向曲率的双曲拱坝，为保持坝块稳定，需要在其冷却 后先行灌浆封拱 • 为了度汛，要求分期灌浆 • 不分缝的浆砌石拱坝
3、具体处理办法 1)水平径向荷载,包括水荷载、浪压、泥沙、冰、水 平径向地震力,由拱梁共同承担,通过拱梁变位一致来 确定荷载分配 (2)参加荷载分配的铅直荷载:包括铅直水重、泥沙重、 扬压力、铅直地震力、以及边浇边封拱的坝体自重,假 设由梁承担,但在梁上产生的变位参加变位调整,通过 该调整来达到对拱的影响 (3)先浇注后一次封拱时的坝体自重,由梁单独承担, 不参加变位调整 (4)温度荷载,拱梁上分别施加温度荷载计算应力和变 位,其变位参加变位调整
3、 具体处理办法 • （1） 水平径向荷载，包括水荷载、浪压、泥沙、冰、水 平径向地震力，由拱梁共同承担，通过拱梁变位一致来 确定荷载分配 • （2） 参加荷载分配的铅直荷载：包括铅直水重、泥沙重、 扬压力、铅直地震力、以及边浇边封拱的坝体自重，假 设由梁承担，但在梁上产生的变位参加变位调整，通过 该调整来达到对拱的影响 • （3） 先浇注后一次封拱时的坝体自重，由梁单独承担， 不参加变位调整 • （4） 温度荷载，拱梁上分别施加温度荷载计算应力和变 位，其变位参加变位调整
4、荷载计算 (1)自重:特点水平面为扇形 铅直向为变厚 只能近似计算 图4-9坝块自重计算图 按辛普森公式计算 G=△Z(A1+4A-+A2)(kN) (4-3) 式中混凝土容重,kN/m △Z—计算坝块的高度,m; A1、A2、A分别为上、下两端和中间截面的面积,m2 或简单地按式(4-4)计算 G=12 7△z(A1+A2)(kN) (4-4)
4、荷载计算 （1）自重：特点水平面为扇形 铅直向为变厚 只能近似计算
(2)温度荷载 r=365d 温度场及 其分解 时间 温度变化曲线 「+ 上 下 游 游 面 面 图4-11坝体外界温度变化、坝体内温度分布及 温差分解示意图 (a)上、下游水温、气温变化及坝体温度分布;(b)温差分解示意
（2） 温度荷载 • 温度场及 其分解
施工期温度荷载 横缝 封拱 封拱温度场:封拱时坝体各点温度分布的总称 运行期坝体温度场:即坝体在运行期随水库水 温及外界气温变化而变化在坝体形成的各点温 度分布的总称
• 施工期温度荷载 • 封拱 • 封拱温度场：封拱时坝体各点温度分布的总称 • • • 运行期坝体温度场：即坝体在运行期随水库水 温及外界气温变化而变化在坝体形成的各点温 度分布的总称
求解方法:一维热传导问题 十 dX 运行期温度荷载=运行期坝体温度场一封拱温度场 特点:随时均在变化,计算时选取最为不利的温度荷载 ·运行期温度荷载是可以人为改变的:选择合适的封拱时机;通过 人工冷却方法改变封拱温度场,使之对拱坝的应力及稳定最为有 利,封拱温度一般取为坝体多年平均温度或约低 运行期温度荷载的分解: 均匀温度变化 =Tx)成x 等效线性温差 非线性温度变化 小=是广)x欢 三种温度荷载作用效应及其处理办法 ThIt)=I
• • 求解方法：一维热传导问题 • • • 运行期温度荷载＝运行期坝体温度场－封拱温度场 • 特点：随时均在变化，计算时选取最为不利的温度荷载 • 运行期温度荷载是可以人为改变的：选择合适的封拱时机；通过 人工冷却方法改变封拱温度场，使之对拱坝的应力及稳定最为有 利，封拱温度一般取为坝体多年平均温度或约低 • 运行期温度荷载的分解： • 均匀温度变化 • 等效线性温差 • 非线性温度变化 • 三种温度荷载作用效应及其处理办法：
拱坝的温度荷载 ·拱坝有三个特征温度场,即封拱温度场、年平均温度场 和年变化温度场。拱坝的温度荷载可以由上述三个温度 场按下式求得: Tm=Tm-1mo±Tm2 7d=T1-To±Td2 式中取“十”时为温升荷载,取“一”时为温降荷载; 为封拱温度场所对应的平均温度及等效线性温差 m、a为与坝体年平均温度场所对应的平均温度及等效线性温差 ⑦m2、T为与坝体变化温度场所对应的平均温度及等效线性温差
拱坝的温度荷载 • 拱坝有三个特征温度场，即封拱温度场、年平均温度场 和年变化温度场。拱坝的温度荷载可以由上述三个温度 场按下式求得： • • 式中取“＋”时为温升荷载，取“－”时为温降荷载； • Tm0 、Td0 为封拱温度场所对应的平均温度及等效线性温差; • Tm1 、Td1 为与坝体年平均温度场所对应的平均温度及等效线性温差; • Tm2 、Td2 为与坝体变化温度场所对应的平均温度及等效线性温差。 (1) 1 0 2 1 0 2 = − = − d d d d m m m m T T T T T T T T
温度荷载具体计算方法: A规范公式 B经验公式:美国垦务局公式 Tm=5757(T+244) 美国垦务局修订公式 Tm=47/(T+3.39)
温度荷载具体计算方法： A规范公式 B经验公式: 美国垦务局公式 Tm=57.57/(T+2.44) 美国垦务局修订公式 Tm=47/(T+3.39)
30 拱荷载效应 "F4 水平径向压力荷载 拉应力区 10c 6 控应力区 (b)等效线性温差 (c)均匀变温 拉应力区 图2-5不同荷载作用下应力及内力分布规律图
拱荷载效应