第二节 拱坝的荷载

一、荷载

　　作用在拱坝上的荷载主要有：水压力（静水压力和动水压力）、温度荷载、自重、扬压力、泥沙压力、浪压力、冰压力和地震荷载（地震惯性力和地震动水压力）等。一般荷载的计算方法与重力坝基本相同，这里只强调作用的拱坝上荷载的某些特点。(XMW)

1、自重荷载

　　对薄拱坝而言，自重的影响很小，几乎可忽略不计，对中等厚度拱坝和重力拱坝来说，应考虑自重的作用，自重荷载由梁承担。(XMW)

　　截面A₁、A₂间的坝体自重G可按辛普森公式进行计算：

图3.7坝块自重计算图

2、水平径向荷载

　　主要为静水压力，其次有泥沙压力、浪压力、冰压力等，由拱和梁共同承担。分担荷载的比例须通过荷载分配的方法来划分。(XMW)

　　当基岩弹模与坝体相同时，在均布径向荷载作用下水平面上的应力分布的一般规律是：

应力分布情况见图3.8

图3.8 等厚圆拱应力分布示意图

3、温度荷载

　　这是拱坝设计中的主要荷载之一

　　在水压力和温度荷载共同引起的径向变位中，温度荷载约占据1/3至1/2，对坝顶部分的影响更大。通常假定温度荷载由拱圈承担。(XMW)

　　产生温度荷载的两个原因是：

　　（1）混凝土施工过程中水化热的散发；

　　（2）外界气温的变化。(XMW)

　　*　封拱温度：选用下游以年平均气温、上游以年平均水温作为边界条件，求出此时的坝体温度场作为稳定温度场。工程中，一般选在年平均气温或略低时进行封拱。
　　*　温升：温度高于封拱温度。温升对坝肩稳定不利，对应力有利；
　　*　温降：温度低于封拱温度。温降对坝肩稳定有利，对应力不利。

图3.9 坝体温度变形图(a:温降, b:温升)
“＋”为压应力，“－”为拉应力　

4、扬压力

　　由于拱坝坝底厚度很小，作用于坝底的扬压力较小，除厚拱坝和中厚拱坝需考虑扬压力的作用外，对薄拱坝扬压力可忽略不计。(XMW)

二、荷载组合

　　拱坝设计荷载组合可分为基本组合和特殊组合二类。(XMW)

　　（一）基本组合

　　有以下几种情况：

　　1、水库正常蓄水位及相应的尾水位和设计正常温降，自重、扬压力、泥沙压力、浪压力、冰压力。(XMW)

　　2、水库死水位（或运行最低水位）及相应的尾水位和此时出现的设计正常温升，自重，扬压力（或不计），泥沙压力，浪压力。(XMW)

　　（二）特殊组合

　　分以下几种情况：

　　1、校核洪水位及相应的尾水位和此时出现的设计正常温升，自重，扬压力，泥沙压力，动水压力，浪压力。(XMW)

　　2、基本组合1+地震荷载。(XMW)

　　3、施工期的荷载组合，包括接缝未灌浆和分期灌浆两种情况。(XMW)

　　（1）接缝未灌浆

　　①自重；

　　②遇施工洪水时的静水压力加自重。(XMW)

　　（2）分期灌浆

　　①自重及接缝灌浆部分坝体浊度荷载（设计正常温升或设计正常温降）；

　　②遭遇施工洪水时，静水压力，自重及接缝灌浆部分坝体温度荷载（设计正常温升）。(XMW)

　　4、其他稀遇的不利荷载组合。(XMW)

　　在上述荷载组合中，可根据工程的实际情况选择控制性的荷载组合，作为分析坝体应力和坝肩岩体稳定的依据。在初步选择体形时，可用基本组合1作为控制性的荷载组合。在地震较频繁的地区，当施工较长时，应采取措施及时封拱，必要时对施工期的荷载组合尚应增加一项“上述情况加地震荷载”，其地震烈度可按设计烈度降低一度考虑。(XMW)

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