連拱壩

由拱形面板和支墩組成的支墩壩。

正文

沿革 西班牙在 16世紀修建的埃爾切壩和印度在1802年前後修建的梅爾·阿魯姆砌石連拱壩,均為直立拱面,還不完全具備近代支墩壩的特點。直到1891年澳大利亞工程師J.D.貝瑞修建的貝魯布拉砌磚連拱壩,上游面傾角60°,才具備了現代支墩壩的特點。1968年加拿大修建的馬尼克五級連拱壩,壩高214m,主拱跨度161.5m。該壩跨度大、壩體厚、不用鋼筋,為大體積混凝土結構,施工方便,代表了近代連拱壩發展的趨勢。在中國淮河,1954年和1956年相繼建成了佛子嶺和梅山連拱壩,壩高為74.4m和88.24m。前者是中國當時建成的第一高壩,後者是當時世界上最高的連拱壩。
特點 與其他形式的支墩壩比較,連拱壩有下列特點:①拱形面板為受壓構件,承載能力強,可以做得較薄。支墩間距可以增大。混凝土用量最少,但鋼筋用量較多。混凝土平均含鋼筋量可達30~40kg/m3。施工模板也較複雜。混凝土單位體積的造價高。②面板與支墩整體連線,對地基變形和溫度變化的反應比較靈敏,要求修建在氣候溫和地區,且地基比較堅固。③上游拱形面板與溢流面板的連線比較複雜,因此很少用作溢流壩。
結構 連拱壩的基本尺寸如下:①拱圈形式一般多用單心圓拱,與支墩上游面正交的拱截面是等厚的。有的工程採用橢圓拱,受力條件好,但施工複雜一些。②拱中心角一般採用150°~180°。拱中心角越大,拱圈柔性越大,適於承受較大的溫度荷載,而且當支墩一側的拱圈發生事故時,支墩承擔的側推力也小,對維持支墩穩定有利。③拱圈厚度應滿足施工和強度要求。鋼筋混凝土連拱壩,頂拱厚度不小於0.3m。混凝土連拱壩,頂部拱厚為1.7~2.0m。④支墩間距與壩高有關,一般採用15~25m,高壩可超過50m。⑤上、下游坡度應考慮穩定和強度要求,上游坡一般採用 45°~60°,下游坡60°~80°。⑥ 支墩厚度與壩高及跨度有關,頂部常採用拱圈厚度的1.5~2.0倍,向下逐漸加厚。拱圈與支墩一般為剛性連線,但有的工程如法國高88m的格朗瓦勒單支墩連拱壩,在拱圈與支墩之間設縫,以減小溫度應力和適應地基變形。拱圈應嵌入地基一定深度,有的工程沿地基設三角形大體積混凝土拱座。為了防止施工期產生溫度裂縫,在支墩中設直立的或傾斜的收縮縫,有的高連拱壩在拱簡中也每隔20m左右設一道永久性的伸縮縫。
計算 穩定分析,可取一個支墩及其兩側各半個拱筒作為一個壩段進行計算。作用於壩底面的滲透壓力很小,可忽略不計。應力分析:①拱筒計算。可在支墩上游面法線方向切出單位高度的拱圈按純拱法計算。作用於拱圈的荷載有均勻水壓力、不均勻水壓力、拱圈自重在計算平面上的分力、溫度荷載等。對於單支墩可不考慮拱座變位,雙支墩則應考慮,一般只考慮拱座的角變位。②支墩計算。可採用材料力學方法或有限單元法,對於雙支墩還應按剛架進行計算。作用於剛架的荷載有拱座推力及彎矩、雙支墩上游面板上的水壓力、剛架自重在計算截面上的分力等。側向地震及縱向彎曲穩定計算,應考慮拱筒的支承作用。

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