第三节-大头坝

第三节大头坝一、大头坝的工作特点大头坝介于宽缝重力坝和轻型支墩坝(平板坝和连拱坝)之间，属于大体积砼结构，它具有宽缝重力坝和轻型支墩坝两者的优点，表现在：①钢筋用量少:(2～3kg/方砼)，平、连拱坝30～40kg/m3砼；②砼体积小:砼体积随坝高变化，H↑V砼↓H=40m节省30％H=100m节省40％③坝顶可以溢流单宽流量q可达100方/sec，如湖南柘溪单宽流量为136方/sec。二、大头型式(图4.8)图4.8大头坝的头部形式1°平头式施工方便，但应力条件不好，挡水面常有抗应力，近代较少采用；2°圆头式水压力环向辐射，应力情况好，但模板复杂；3°折线式(或叫钻石式)兼有以上两者优点，应力情况接近圆头式，施工也较方便，我国己建的大头坝都采用这种型式.三、支墩型式(图4.9)图4.9大头坝不同类型支墩的水平剖面图开敞式单支墩优点：结构简单，施工方便，便于观察检修；缺点：侧向刚度较低，寒冷地区保温条件差；封闭式单支墩这种型式是将支墩下游面扩大后互相紧贴而成，较为多用。优点：侧向刚度较高，墩间空腔封闭保温条件好，适用于地震地区和寒冷地区，溢流布置方便,采用最广泛。开敞式双支墩优点：侧向刚度高，可改变头部应力状态，导流底孔、坝身引水管可以从两墩之间的缺点：施工复杂；封闭式双支墩侧向刚度最高；施工最复杂，目前采用不多；四、大头坝的剖面设计分两步进行：第一步将坝体看成厚度均一的三角形剖面，定出坝的基本尺寸，如大头跨度(挡水面宽度)L、支墩平均厚度B、上下游边坡n、m--以解决稳定和强度问题。第二步拟定大头形状和尺寸将等厚的三角形剖面转化为实用剖面再进行静力校核。1、大头跨度影响因素：地形、地质、施工、经济一般来说，跨度大，支墩数目就少，支墩相对要加厚，侧向刚度大，便于砼施工。存在缺点是大头面积加大，对支墩应力不利，头部浇筑仓面也增大，要求砼的浇筑能力高，坝块散热困难，导致温度应力大。根据经验：坝高＜45m，大头跨度L=9～12m坝高45～60m大头跨度L=12～16m坝高＞60m大头跨度L=16～18m甚者单支墩坝L=14～18m.双支墩坝L=18～25m.如巴西巴拉圭的伊太普,双支墩大头坝L=34m。特殊坝段：溢流坝段,厂房坝段2、支墩的平均厚度B用S表示大头跨度与平均厚度之比S=L/B,当L一定时，S↑B↓过于单薄，侧向刚度不足；S↓B↑对侧向刚度有利，扬压力加大砼方量增加，支墩坝的优点不显著。根据经验：坝高H=40mS=1.4～1.6坝高H=60mS=1.6～1.8坝高H=60～100mS=1.8～2.0坝高H＞100mS=2.0～2.43、上下游边坡n、m(即确定基本剖面)在初定L、B的条件下，上下游的边坡由稳定和强度两个条件来确定.、拟定大头头部尺寸原则：上游面不出现拉应力σ≥0步骤：①初步拟定大头尺寸a、b、c、d、e②按偏心受压公式计算应力，以保证上游面不出现拉应力；③计算上游面的抗应力，当σ≥0时，初拟尺寸有效。否则重新假定尺寸，直至满足要求为止。大头坝的基本剖面见图4.10.图4.10大头坝的基本剖面说明：1°以上尺寸都是用不等号或≈来表示的，它们只能用于初估，具体设计时还得参考同类工程的经验。尺寸拟定后，要用有限元法或光弹性试验来较准确地分析头部应力，并反复修改，直至满足要求为止。2°从图中可看出：不出现拉应力的有利因素是Q，所以使b尽量大，不利因素是Wφ，为了减小Wφ，可采取设排水管和在大头内部开孔的措施，防止由于渗流引起“劈头缝”。3°“劈头缝”是当时大头坝难以推广的原因之一。引起劈头缝的主要原因有二：①渗流力；②温度作用.五、实用剖面设计(同重力坝)六、静力校核1、稳定校核2、强度校核计算内容：a.头部应力计算,b.支墩应力计算,c.支墩纵向稳定计算,d、抗震计算.计算方法：初步设计阶段用材力法技术设计阶段用三维有限元法或结构模型试验.纵向弯曲的概念：在材料力学中，某些受压杆件，它的破坏并非强度不足而引起，而是由于纵向弯曲的原因而失稳。支墩坝的支墩，水压力经挡水面板传给支墩，支墩实际上成为一中面受压的板，它也会因纵向弯曲而失稳。因此需要进行纵向弯曲的稳定分析