重力坝稳定及应力计算.doc

1、坝体强度承载能力极限状态计算及坝体稳定承载能力极限状态计算（一） 、基本资料坝顶高程：1107.0 m校核洪水位（P = 0.5 %）上游：1105.67 m下游：1095.18 m正常蓄水位上游：1105.5 m下游：1094.89 m死水位：1100.0 m混凝土容重：24 KN/m 3坝前淤沙高程：1098.3 m泥沙浮容重：5 KN/m 3混凝土与基岩间抗剪断参数值： f = 0.5c = 0.2 Mpa坝基基岩承载力：f= 400 Kpa坝基垫层混凝土：C 15 坝体混凝土：C 10 50 年一遇最大风速：v 0 = 19.44 m/s多年平均最大风速为：v 0 = 12.9 m/s

2、吹程 D = 1000 m（二） 、坝体断面1、非溢流坝段标准剖面(1)荷载作用的标准值计算（以单宽计算）A、正常蓄水位情况（上游水位 1105.5m，下游水位 1094.89m） 竖向力（自重）W1 = 24517 = 2040 KNW2 = 2410.758.6 /2 = 1109.4 KNW3 = 9.81（1094.5-1090） 20.8 /2 = 79.46 KNW = 3228.86 KNW1 作用点至 O 点的力臂为： (13.6-5) /2 = 4.3 mW2 作用点至 O 点的力臂为： 067.18326.1W3 作用点至 O 点的力臂为： m6.58)95.4(2. 竖向

3、力对 O 点的弯矩（顺时针为“” ，逆时针为“+ ”）：MOW1 = 20404.3 = 8772 KNmMOW2 = 1109.41.067 = 1183.7 KNmMOW3 = 79.465.6 = 445 KN mM OW = 7143.3 KNm 静水压力（水平力）P1 = H 12 /2 = 9.81(1105.51090) 2 /2= 1178.4 KNP2 =H 22 /2 =9.81(1094.89-1090)2 /2 = 117.3KNP = 1061.1 KNP1 作用点至 O 点的力臂为： (1105.51090)/3 = 5.167mP2 作用点至 O 点的力臂为： (

4、1094.891090)/3 = 1.63m静水压力对 O 点的弯矩（顺时针为“” ，逆时针为“+ ”）：MOP1 = 1178.45.167 = 6089 KNmMOP2 = 117.31.63 = 191.2 KNmM OP = 5897.8 KNm 扬压力扬压力示意图请见下页附图：H1 = 1105.51090 = 15.5 mH2 = 1094.891090 = 4.89 m(H1 H1) = 15.54.89 = 10.61 m计算扬压力如下：U1 = 9.8113.64.89 = 652.4 KNU2 = 9.81 13.610.61 /2 = 707.8 KNU = 1360.2

5、 KNU1 作用点至 O 点的力臂为： 0 mU2 作用点至 O 点的力臂为： 13.6 / 213.6 / 3 = 2.267m竖向力对 O 点的弯矩（顺时针为“” ，逆时针为“+ ”）：MOU1 = 0 KNmMOU2 = 707.82.267 = 1604.6 KN mM OU = 1604.6 KNm 浪压力（直墙式）浪压力计算简图如下：由确定坝顶超高计算时已知如下数据：单位：m平均波长Lm波高 h1% 坝前水深 H 波浪中心线至计算水位的高度 hZ7.644 0.83 15.5 0.283使波浪破碎的临界水深计算如下： %12ln4hLHmcr将数据代入上式中得到：013.8.264

6、.7ln. cr由判定条件可知，本计算符合HH cr 和 HL m/2，单位长度上的浪压力标准值按下式计算： )(41%1ZmWkhLP式中： w 水的重度 = 9.81 KN/m3其余计算参数已有计算结果。浪压力标准值计算得： KNPWk 865.20)3.80(64.7819对坝底中点 O 取矩为（顺时针为“” ，逆时针为“+ ”）：MOPWK = (9.811.1130.862/2)(15.5+1.113/3)+(9.813.8220.862/2)(15.53.822/3)= (74.687+229.89)= 304.577 KNm 淤沙压力淤沙水平作用力： )245(212SSbskt

7、ghp式中： Sb 淤沙浮容重 = 5 KN/m3h S 挡水建筑物前泥沙淤积厚度 = 8.3m SB 淤沙内摩擦角 =18代入上式得到淤沙压力标准值PSK = 90.911 KN对 O 点的力臂为（1098.31090）/3 = 2.767m对 O 点取矩 MOPSK = 90.9112.767 = 251.552 KNm将计算的各荷载进行汇总整理。结论请见附表 1。B、校核洪水位情况（上游水位 1105.67m，下游水位 1095.18m） 竖向力（自重）W1 = 24517 = 2040 KNW2 = 2410.758.6 /2 = 1109.4 KNW3 = 9.81（1095.34-

8、1090） 20.8 /2 = 111.9 KNW = 3261.3 KNW1 作用点至 O 点的力臂为： (13.6-5) /2 = 4.3 mW2 作用点至 O 点的力臂为： 067.18326.1W3 作用点至 O 点的力臂为： m376.58)94.5(2. 竖向力对 O 点的弯矩（顺时针为“” ，逆时针为“+ ”）：MOW1 = 20404.3 = 8772 KNmMOW2 = 1109.41.067 = 1183.7 KNmMOW3 = 111.95.376 = 601.6 KN mM OW = 6986.7 KNm 静水压力（水平力）P1 = H 12 /2 = 9.81(110

9、5.671090) 2 /2 = 1204.4 KN ()P2 =H 22 /2 =9.81(1095.181090) 2 /2 = 131.6 KN ()P = 1072.8 KN ()P1 作用点至 O 点的力臂为： (1105.671090)/3 = 5.223mP2 作用点至 O 点的力臂为： (1095.181090)/3 = 1.727 m静水压力对 O 点的弯矩（顺时针为“” ，逆时针为“+ ”）：MOP1 = 1204.45.223 = 6290.6 KNmMOP2 = 131.61.727 = 227.3 KNmM OP = 6063.3 KNm 扬压力扬压力示意图请见下图：

10、H1 = 1105.671090 = 15.67 mH2 = 1095.181090 = 5.18 m(H1 H1) = 15.675.18 = 10.49 m计算扬压力如下：U1 = 9.8113.65.18 = 691.1 KNU2 = 9.8113.610.49 / 2 = 699.8 KNU = 1390.9 KNU1 作用点至 O 点的力臂为： 0 mU2 作用点至 O 点的力臂为： 13.6 / 2 13.6 / 3 = 2.267m竖向力对 O 点的弯矩（顺时针为“” ，逆时针为“+ ”）：MOU1 = 0 KNmMOU2 = 699.82.267 = 1586.4 KN mM

11、OU = 1586.4 KNm 浪压力（直墙式）浪压力计算简图如下：由确定坝顶超高计算时已知如下数据：单位：m平均波长Lm波高 h1% 坝前水深 H 波浪中心线至计算水位的高度 hZ5.069 0.5 15.98 0.155使波浪破碎的临界水深计算如下： %12ln4hLHmcr将数据代入上式中得到：mcr 584.02069.5ln4. 由判定条件可知，本计算符合HH cr 和 HL m/2，单位长度上的浪压力标准值按下式计算： )(41%1ZmWkhLP式中： w 水的重度 = 9.81 KN/m3其余计算参数已有计算结果。浪压力标准值计算得： KNPWk 143.8)5.0(69.581

12、4对坝底中点 O 取矩为（顺时针为“” ，逆时针为“+ ”）：MOPWK = (9.810.6550.521/2)(15.98+0.655/3)+(9.812.5350.521/2)(15.982.535/3)= (27.114+98.048)= 125.162 KNm 淤沙压力淤沙压力标准值 PSK = 90.911 KN对 O 点的力臂为（1098.31090）/3 = 2.767m对 O 点取矩 MOPSK = 90.9112.767 = 251.552 KNm将计算的各荷载进行汇总整理。结论请见附表 2。附表 1 正常蓄水位情况各项作用力统计表 单位：KN 、KN m序号 荷载效应 方

13、向 力标准值 力矩标准值 分项系数 力设计值 力矩 M 设计值1 自重 为正 3228.86 7143.3 1.0 3228.86 7143.32 静水压力 为正 -1061.1 -5897.8 1.0 -1061.1 -5897.83 扬压力 为正 -1360.2 -1604.6 1.2 -1632.24 -1925.524 浪压力 为正 -20.865 -304.577 1.2 -25.038 -365.49245 淤沙压力 为正 -90.911 -251.552 1.2 -109.093 -301.8624附表 2 校核洪水位情况各项作用力统计表 单位：KN 、KN m序号 荷载效应 方

14、向 力标准值 力矩标准值 分项系数 力设计值 力矩 M 设计值1 自重 为正 3261.3 6986.7 1.0 3261.3 6986.72 静水压力 为正 -1072.8 -6063.6 1.0 -1072.8 -6063.63 扬压力 为正 -1390.9 -1586.4 1.2 -1669.08 -1903.684 浪压力 为正 -8.143 -125.162 1.2 -9.7716 -150.19445 淤沙压力 为正 -90.911 -251.552 1.2 -109.093 -301.8624按规范规定作用组合进行作用力的汇总如附表 3：附表 3 各种工况下的、 、M 统计表 单位：KN、KNm承载能力极限状态 正常使用极限状态工况持久状态 偶然状态 持久状态 W () 1596.62 1592.22 1868.66P () -1195.2312 -1191.6648 -1172.876