某拱坝不同工况及荷载下的拱梁分载法计算分析

【摘要】2 拱坝拱梁分载法计算分析 拱坝应力分析的拱梁分载法，有一向调整法、两向调整法、三向调整法、四向调整法、五向调整法和六向调整法(全调整法)。通常采用的是三向调整法和四向调整...

【摘 要】某水库拱坝设计时，需对水库设计的各个工况及荷载组合进行计算验证，本文利用拱梁分载法进行设计复核验证，得到结果并对设计的的合理性研究据哟指导意义。

【关键词】拱坝；工况；荷载；拱梁分载

1 工程概况

某水库拱坝坝体包括左、右岸挡水坝段和溢流坝段。挡水坝段坝顶宽5m，上游面为铅直面，下游面为变坡组合面，坡度范围1：0.15～1。最大坝高68.0m，厚高比为0.45，属厚拱坝，拱冠处坝底宽为30.61m。溢流坝段布置在左、右岸挡水坝段中间，共两孔，溢流表孔口净宽10m，由于坝轴线为弧线，中墩和边墩从上游到下游宽度渐变，中墩上游宽2.0m，下游宽1.0m，边墩上游宽3.185m，下游宽1.0m。溢流坝段堰顶高程为1141.5m，进口为1/4椭圆，溢流面为幂曲线，挑流鼻坎顶高程1127.0m，反弧半径5m，挑角20°,幂曲线与反弧曲线采用1：0.7坡面衔接，上游面为铅直面，下游面挑流鼻坎以下坝坡为1：0.25，坝基处底宽24.30m。

坝址位于变质岩峡谷区，段内河道呈“S”型展布，两坝肩均处于河流凸岸。两岸坝顶高程以下基本呈“V”字形，左岸坡度较缓，较单薄，右岸为一陡坎，山体较厚。河谷底宽约25m。

2 拱坝拱梁分载法计算分析

拱坝应力分析的拱梁分载法，有一向调整法、两向调整法、三向调整法、四向调整法、五向调整法和六向调整法(全调整法)。通常采用的是三向调整法和四向调整法，本工程采用四向调整法。四向调整法是按径向位移、切向位移、水平转角、垂直转角四向拱、梁变位协调条件进行水平拱与垂直悬臂梁的荷载分配，然后分别按弹性固端拱和垂直悬臂梁计算拱截面内力、应力和梁截面内力、应力，并计算水平拱与垂直悬臂梁交点处的位移，最后计算坝体上下游面主应力。

本拱梁分载法计算中规定拉应力为负，压应力为正，应力单位为MPa。

2.1 计算荷载

计算荷载包括自重、静水压力、扬压力、泥沙压力、温度荷载、浪压力、地震荷载。

2.2 应力控制标准及抗压强度安全系数

应力控制标准及抗压强度安全系数见表4-2。

基本组合时，允许最大主压应力5.7MPa，允许最大主拉应力1.2MPa。

非地震情况特殊组合时，允许最大主压

3.1应力、位移计算分析

根据设计方案的几何体型参数和表2计算参数，采用四向调整的拱梁分载法进行了坝体应力计算。计算结果表明：

在工况1(正常蓄水位+泥沙压力+自重+设计正常温降+扬压力)荷载组合情况下，拱、梁交点处上、下游面主应力和拱、梁交点处径向位移计算结果为：上游面最大拉应力为1.35MPa，大于1.2 MPa，最大压应力为1.64MPa，小于5.7 MPa；下游面最大拉应力为1.20MPa，等于1.2 MPa，最大压应力为2.65MPa，小于5.7 MPa；最大径向位移24.04mm。

在工况2(设计洪水位+泥沙压力+自重+设计正常温升+扬压力)荷载组合情况下，拱、梁交点处上、下游面主应力和拱、梁交点处径向位移计算结果为：上游面最大拉应力为1.08MPa，小于1.2 MPa，最大压应力为3.80MPa，小于5.7 MPa；下游面最大拉应力为1.44MPa，大于1.2 MPa，最大压应力为3.94MPa，小于5.7 MPa；最大径向位移8.67mm。

在工况3(校核洪水位+泥沙压力+自重+设计正常温升+扬压力)荷载组合情况下，拱、梁交点处上、下游面主应力和拱、梁交点处径向位移计算结果见为：上游面最大拉应力为1.12MPa，小于1.5 MPa，最大压应力为4.01MPa，小于6.7 MPa；下游面最大拉应力为1.37MPa，小于1.5 MPa，最大压应力为3.91MPa，小于6.7 MPa；最大径向位移9.13mm。

在工况4(正常蓄水位+泥沙压力+自重+设计正常温降+地震荷载+扬压力)荷载组合情况下，拱、梁交点处上、下游面主应力和拱、梁交点处径向位移计算结果为：上游面最大拉应力为1.47MPa，小于1.5 MPa，最大压应力为1.98MPa，小于6.7 MPa；下游面最大拉应力为1.32MPa，小于1.5 MPa，最大压应力为3.04MPa，小于6.7 MPa；最大径向位移28.96mm。

4 计算结论

由此可见，设计方案工况1上游面最大拉应力为1.35 MPa，超出设计应力控制标准要求1.2 MPa，其它部位均满足设计应力控制标准要求；原设计方案工况2下游面最大拉应力为1.44 MPa，超出设计应力控制标准要求1.2 MPa，其它部位均满足设计应力控制标准要求；原设计方案工况3、原设计方案工况4各部位均满足设计应力控制标准要求；径向位移值在工况4最大为28.96mm。