双曲拱坝
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水平剖面和竖向剖面都弯曲的拱坝(参见彩图Ⅴ—38)。双曲拱坝是拱坝普遍采用的一种坝型,是高拱坝的发展趋势。在世界上16座200m以上拱坝中,双曲拱坝占大多数,有不少属于薄拱坝。双曲拱坝较适用于V形或梯形河谷。
Ⅴ—38 德基混凝土双曲拱坝
刘俊辉供稿
双曲拱坝的主要优点是利用壳体结构的力学特点,使应力分布比较均匀,结构安全度较高,坝体工程量较少。但双曲拱坝施工较复杂。
为改善应力分布,常使双曲拱坝水平拱的曲率,自上而下逐渐增大,两岸坝段的竖向剖面,将向上游倒悬,如图(a)。为减小向上游的倒悬量,可将上部拱的位置略向下游移动,即河中竖向剖面的上部,略向下游俯悬,如图(b)。
双曲拱坝平面和剖面示意图
(a)两岸坝段向上游倒悬;(b)中间坝段稍向下游俯悬
双曲拱坝在水压力作用下,中间坝段悬臂梁上部的应力,常是上游面受压,下游面受拉;当稍向下游俯悬时,该部位的自重应力,常是上游面受拉,下游面受压。二者可以部分相互抵消。但若俯悬过多,需采取施工措施,避免封拱前上游面因自重产生的拉应力过大而出现裂缝。
竖向弯曲的程度还与工程布置有关。如上部俯悬的拱坝,对布置自由跌落式的坝顶溢流比较有利(参见溢流拱坝)。双曲拱坝亦可设置坝身泄水孔。
双曲拱坝的轮廓布置,要经过方案比较优选确定。双曲拱坝的应力分析除计算外,有时还辅以结构模型试验。应力计算方法常用的是拱梁分载法,1970年以后多采用三维有限元法进行验证。对于地基复杂的重要工程,应同时采用有限元法计算和结构模型试验,相互验证。
20世纪40年代,法国、意大利首先采用双曲拱坝。世界最高的双曲拱坝是格鲁吉亚英古里坝,高271.5m。至1999年,中国已建成的坝高30m以上的500余座拱坝中,双曲拱坝约占一半。