§ 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
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
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
? 温度场及
其分解
? 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
?
?
? 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：
?
? 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(
201
201
??
?
???
???
dddd
mmmm
TTTT
TTTT
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)
拱荷载效应
（ 3） 地震荷载
? 地震荷载包括：惯性力, 地震动水压力
? 地震荷载方向：顺河向, 垂直河流向,
铅直方向
?
二、荷载组合
? 与重力坝相比, 关键是注意温度荷载
? 正常蓄水时, 一般与温降组合 (从可能最不
利原则出发 ）
? 校核洪水时, 一般与温升组合, 因为汛期
不可能出现温降
? 计算应力时, 一般取, 正常蓄水 +温降,
? 计算稳定时, 一般应计算
?, 正常蓄水 +温降, （ 在坝较高, 且正常蓄水位与校核洪
水位相差不大时 ）
?, 校核洪水 +温升, （在坝较低，且正常蓄水位与校核洪
水位相差较大时）
三、拱坝设计的应力指标
? 注意,1与应力计算方法一致
? 2多拱梁法用主应力
? 拱冠梁法用拱梁法向应力
? 问题,1设计标准与建筑物的重要性无关
? 2允许拉应力与混凝土强度等级无关
? 3不同程序计算结果有一定的差距
? 4有限元计算能力强，但没有应力标准，
因此不能直接用于体形设计
思考题：
? 1,拱坝运行期温度荷载是如何形成的,
是否可以人为改变, 如何减小温度荷载
? 2、温升、温降荷载及水荷载在坝体产生
的应力分布规律及拱端力有何异同
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? 要求,1,掌握拱坝荷载计算的特点
? 2,掌握拱坝的设计标准
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
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
? 温度场及
其分解
? 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
?
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? 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
?
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? 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：
?
? 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。
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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)
拱荷载效应
（ 3） 地震荷载
? 地震荷载包括：惯性力, 地震动水压力
? 地震荷载方向：顺河向, 垂直河流向,
铅直方向
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二、荷载组合
? 与重力坝相比, 关键是注意温度荷载
? 正常蓄水时, 一般与温降组合 (从可能最不
利原则出发 ）
? 校核洪水时, 一般与温升组合, 因为汛期
不可能出现温降
? 计算应力时, 一般取, 正常蓄水 +温降,
? 计算稳定时, 一般应计算
?, 正常蓄水 +温降, （ 在坝较高, 且正常蓄水位与校核洪
水位相差不大时 ）
?, 校核洪水 +温升, （在坝较低，且正常蓄水位与校核洪
水位相差较大时）
三、拱坝设计的应力指标
? 注意,1与应力计算方法一致
? 2多拱梁法用主应力
? 拱冠梁法用拱梁法向应力
? 问题,1设计标准与建筑物的重要性无关
? 2允许拉应力与混凝土强度等级无关
? 3不同程序计算结果有一定的差距
? 4有限元计算能力强，但没有应力标准，
因此不能直接用于体形设计
思考题：
? 1,拱坝运行期温度荷载是如何形成的,
是否可以人为改变, 如何减小温度荷载
? 2、温升、温降荷载及水荷载在坝体产生
的应力分布规律及拱端力有何异同
