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连拱坝

由拱形面板和支墩组成的支墩坝。

沿革

西班牙在 16世纪修建的埃尔切坝和印度在1802年前后修建的梅尔·阿鲁姆砌石连拱坝,均为直立拱面,还不完全具备近代支墩坝的特点。直到1891年澳大利亚工程师J.D.贝瑞修建的贝鲁布拉砌砖连拱坝,上游面倾角60°,才具备了现代支墩坝的特点。1968年加拿大修建的马尼克五级连拱坝,坝高214m,主拱跨度161.5m。该坝跨度大、坝体厚、不用钢筋,为大体积混凝土结构,施工方便,代表了近代连拱坝发展的趋势。在中国淮河,1954年和1956年相继建成了佛子岭和梅山连拱坝,坝高为74.4m和88.24m。前者是中国当时建成的第一高坝,后者是当时世界上最高的连拱坝。

特点

与其他形式的支墩坝比较,连拱坝有下列特点:

(1)拱形面板为受压构件,承载能力强,可以做得较薄。支墩间距可以增大。混凝土用量最少,但钢筋用量较多。混凝土平均含钢筋量可达30~40kg/m3。施工模板也较复杂。混凝土单位体积的造价高。

(2)面板与支墩整体连接,对地基变形和温度变化的反应比较灵敏,要求修建在气候温和地区,且地基比较坚固。

(3)上游拱形面板与溢流面板的连接比较复杂,因此很少用作溢流坝。

结构

连拱坝的基本尺寸如下:

(1)拱圈形式一般多用单心圆拱,与支墩上游面正交的拱截面是等厚的。有的工程采用椭圆拱,受力条件好,但施工复杂一些。

(2)拱中心角一般采用150°~180°。拱中心角越大,拱圈柔性越大,适于承受较大的温度荷载,而且当支墩一侧的拱圈发生事故时,支墩承担的侧推力也小,对维持支墩稳定有利。

(3)拱圈厚度应满足施工和强度要求。钢筋混凝土连拱坝,顶拱厚度不小于0.3m。混凝土连拱坝,顶部拱厚为1.7~2.0m。

(4)支墩间距与坝高有关,一般采用15~25m,高坝可超过50m。

(5)上、下游坡度应考虑稳定和强度要求,上游坡一般采用 45°~60°,下游坡60°~80°。

(6)支墩厚度与坝高及跨度有关,顶部常采用拱圈厚度的1.5~2.0倍,向下逐渐加厚。拱圈与支墩一般为刚性连接,但有的工程如法国高88m的格朗瓦勒单支墩连拱坝,在拱圈与支墩之间设缝,以减小温度应力和适应地基变形。拱圈应嵌入地基一定深度,有的工程沿地基设三角形大体积混凝土拱座。为了防止施工期产生温度裂缝,在支墩中设直立的或倾斜的收缩缝,有的高连拱坝在拱简中也每隔20m左右设一道永久性的伸缩缝。

计算

稳定分析,可取一个支墩及其两侧各半个拱筒作为一个坝段进行计算。作用于坝底面的渗透压力很小,可忽略不计。应力分析:

(1)拱筒计算。可在支墩上游面法线方向切出单位高度的拱圈按纯拱法计算。作用于拱圈的荷载有均匀水压力、不均匀水压力、拱圈自重在计算平面上的分力、温度荷载等。对于单支墩可不考虑拱座变位,双支墩则应考虑,一般只考虑拱座的角变位。

(2)支墩计算。可采用材料力学方法或有限单元法,对于双支墩还应按刚架进行计算。作用于刚架的荷载有拱座推力及弯矩、双支墩上游面板上的水压力、刚架自重在计算截面上的分力等。侧向地震及纵向弯曲稳定计算,应考虑拱筒的支承作用。