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某水电站正常库水位415m重力坝枢纽布置设计及钢闸门设计

摘要

    设计题目为《某水电站正常库水位415m重力坝方案枢纽布置设计及主厂房吊车梁设计》，题目来源于该水利枢纽工程实际。设计的目的及意义主要在于巩固、扩大和提高所学水利水电理论知识，使其得到实际运用， 并使之系统化，锻炼和培养运用所学专业基础理论知识解决工程实际，并进行设计、计算、制图的能力，提高撰写专业技术报告的水平。

设计的主要内容有：坝址、坝型选择和枢纽布置，溢流坝段设计，非溢流坝段设计，非溢流坝段的稳定校核和应力校核，溢流坝段的稳定校核，溢流坝段的坝顶构造设计等。

设计过程中，采用的主要方法有关稳定计算的材料力学法，泄流计算的水力学法，以及相关规范、手册所推荐的方法。

具体设计详见设计计算书，另外除了设计计算书和说明书外 ，还有反映本次设计成果的图纸，以及设计过程中攥写的开题报告、文献综述、外文翻译报告各一份。

[关键词] 混凝土重力坝  溢流坝 进水口 厂房 钢闸门

 

目录

摘要 - 4 -

Abstract - 5 -

前言 - 6 -

第一章 设计依据及基本资料与坝型、主要建筑物的选择 - 13 -

1.3地质 - 14 -

1.3.1 区域地质条件 - 14 -

1.3.2 枢纽区工程地质条件 - 14 -

1.3.3.1坝址工程地质条件 - 15 -

1.3.3.2厂房工程地质条件 - 17 -

1.3.4 建筑材料 - 17 -

2 .工程等别和标准 - 18 -

2.2坝型的选择 - 20 -

2.3枢纽总体布置 - 20 -

2.4细部构造 - 21 -

2.4.1坝顶构造 - 21 -

2.4.2分缝与止水 - 22 -

2.4.3廊道系统 - 22 -

2.4.4 坝体防渗与排水 - 23 -

2.4.5 地基处理 - 23 -

第二章 挡水建筑物设计 - 24 -

2.1坝顶高程的确定 - 24 -

2.2 坝宽计算 - 24 -

2.3  坝面坡度 - 24 -

第三章 泄水建筑物设 - 25 -

3.1堰顶高程的确定 - 25 -

3.1.2闸门高度的确定 - 25 -

3.1.3泄洪能力校核 - 25 -

3.2泄水建筑物形式的选择 - 26 -

3.3 孔口设计 - 26 -

3.3.1洪水标准的确定 - 26 -

3.3.2 设计流量的确定 - 26 -

3.3.3 孔口尺寸的设计及布置 - 26 -

3.4 溢流坝剖面设计 - 27 -

第四章 消能防冲设计 - 28 -

4.1消能形式选择 - 28 -

4.2 消能坎 - 29 -

4.2.1 消能坎坎高的计算 - 29 -

4.2.2 消能坎式消力池的长度计算 - 29 -

4.3 闸门、闸墩及导墙设计 - 29 -

4.3.1 闸墩设计 - 29 -

4.3.2 闸门设计 - 30 -

4.3.3 导墙设计 - 30 -

4.4 泄槽水面线计算 - 31 -

第五章 坝体稳定及应力分析 - 32 -

5.1荷载计算 - 32 -

计算情况的选择 - 32 -

自重 - 32 -

静水压力 - 32 -

扬压力 - 32 -

动水压力 - 32 -

波浪压力 - 33 -

泥沙压力 - 33 -

地震作用 - 33 -

其他荷载 - 34 -

5.2坝体抗滑稳定性分析 - 34 -

5.3应力分析 - 34 -

第六章 引水建筑物 - 35 -

6.1引水建筑物形式的确定 - 35 -

6.2进水段的设计 - 35 -

6.2.1孔径D的拟定 - 35 -

6.2.2进水口体形设计 - 36 -

- 37 -

图6.1 有压进水口 - 37 -

6.2.3闸门与门槽 - 37 -

6.2.4渐变段 - 37 -

6.2.5出水口 - 37 -

6.2.6通气孔和平压管 - 38 -

第七章 厂房的布置设计 - 38 -

7.1电站布置形式的选择 - 38 -

7.2基本尺寸拟定 - 39 -

7.2.1水轮机选型 - 39 -

7.2.2发电机选型 - 39 -

7.2.3厂房主要尺寸计算 - 39 -

L= - 40 -

B= - 40 -

7.3副厂房的布置 - 40 -

7.3.1副厂房的组成 - 41 -

7.3.2副厂房的位置 - 41 -

7.3.3副厂房平面布置的设备 - 41 -

8.1  设计资料及有关规定 - 42 -

8.2  闸门的形式及布置 - 42 -

8.2.1闸门尺寸的确定 - 42 -

8.2.2主梁的布置 - 42 -

8.2.3主梁的形式 - 42 -

8.2.4梁格的布置和形式 - 42 -

8.3面板设计 - 43 -

8.4行走支承设计 - 43 -

结  论 - 44 -

总结与体会 - 45 -

1 参考文献 - 47 -

第一章 挡水建筑物设计 - 48 -

1.1坝基高程参数确定 - 48 -

正常蓄水位工况 - 49 -

设计洪水位工况 - 50 -

校核洪水位工况 - 50 -

 （官厅公式） - 50 -

坝顶高程计算 - 51 -

=415.27+2.168=417.438 (m) - 51 -

=418.38+1.101=419.481 (m) - 51 -

1.2坝宽计算 - 52 -

1.3坝面坡度 - 52 -

第二章 泄水建筑物设计 - 53 -

2.1溢流堰的计算 - 53 -

2.1.2闸门高度的确定 - 54 -

2..1.3泄洪能力校核 - 54 -

2.2溢流坝段总长度的确定 - 55 -

2.3定型水头的确定 - 56 -

2.4 溢流坝段剖面设计 - 56 -

WES曲面上的点坐标 - 57 -

2.4.1中间直线段的计算 - 57 -

=1/15.35×1.85=0.1205 - 58 -

X=15.67m - 58 -

1、反弧曲线圆心点 - 58 -

2 第三章 消能防冲设计 - 59 -

2 第三章 消能防冲设计 - 60 -

3.1水跃衔接形式的判别 - 60 -

3.2消能坎的计算 - 61 -

3.2.1消能坎高的计算 - 61 -

3.2.2消能坎式消力池的长度计算 - 61 -

第四章 坝体稳定及应力分析 - 63 -

4.1荷载计算 - 63 -

4.1.1自重 - 63 -

W1=8117.2425=23448KN - 63 -

W2=82.50103.12125=106342.5KN - 63 -

4.1.2静水压力及其推力 - 64 -

——计算点的作用水头，； - 65 -

4.1.3扬压力的计算 - 66 -

4.1.4淤沙压力及其推力 - 69 -

4.1.5波浪压力 - 70 -

4.2坝体抗滑稳定性分析 - 71 -

4.2.1抗滑稳定分析 - 71 -

A=190.50=90.50。 - 72 -

4.2.2抗滑稳定分析计算 - 73 -

4.3应力分析 - 74 -

4.3.1坝址抗压强度承载能力极限状态运算 - 74 -

4.3.2坝址混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态 - 76 -

4.3.3坝踵垂直应力不出现拉应力（计入扬压力的情况） - 78 -

第五章 厂房的布置设计 - 80 -

5.1厂房主要设备选择计算 - 80 -

5.1.1水轮机计算 - 80 -

1.水轮机主要参数 - 80 -

2.确定机组台数 - 80 -

3.水轮机选型 - 80 -

4.水轮机主要参数确定 - 80 -

5.工作范围检验 - 82 -

5.1.2发电机主要部件尺寸计算 - 83 -

转子外径： - 84 -

5.1.3蜗壳的选择计算 - 85 -

5.1.3.1蜗壳的主要参数的选择 - 85 -

断面的型式 - 85 -

5.1.3.2蜗壳的水力计算 - 85 -

5.1.4尾水管的型式及其主要尺寸的确定 - 87 -

5.1.5水轮机调速设备的选择 - 88 -

1.调速功的计算 - 88 -

2.接力器的选择 - 89 -

3.调速器的选择 - 90 -

4.油压装置的选择 - 91 -

5.1.6水轮发电机选择 - 91 -

1.水轮发电机重量估算 - 91 -

2.压力管道参数计算 - 92 -

5.2主厂房主要尺寸的计算 - 92 -

5.2.1主厂房长度的计算 - 92 -

5.2.2主厂房宽度的计算 - 94 -

B= - 94 -

5.2.3主厂房高程的计算 - 95 -

X—水轮机压力最低点与安装高程之间的差值； - 95 -

第六章 钢闸门设计 - 98 -

6.1  设计资料及有关规定 - 98 -

6.2  闸门的形式及布置 - 98 -

6.2.1闸门尺寸的确定 - 98 -

6.2.2主梁的形式 - 99 -

6.2.3主梁的布置 - 99 -

6.2.4梁格的布置和形式 - 99 -

6.2.4连接系的布置和形式 - 101 -

6.3面板设计 - 101 -

6.3.1估算面板厚度 - 101 -

6.3.1面板与梁格的连接计算 - 102 -

6.4水平次梁，顶梁和底梁地设计 - 102 -

6.4.1荷载与内力地验算 - 102 -

6.4.2截面选择 - 104 -

6.4.3水平次梁的强度验算 - 105 -

6.4.3水平次梁的挠度验算 - 106 -

6.5主梁设计 - 106 -

6.6横隔板设计 - 111 -

6.7纵向连接系设计 - 113 -

6.8边梁设计 - 114 -

6.9行走支承设计 - 117 -

6.10滚轮轨道设计 - 119 -

6.10闸门启闭力和吊座验算 - 120 -

附录二：外文翻译 - 123 -

英文 - 123 -

 

结论

某水利枢纽工程重力坝方案的设计主要设计了：坝型与主要建筑物的选择、挡水建筑物设计、泄水建筑物设计、消能防冲设计、坝体稳定及应力分析、引水建筑物设计、厂房的布置设计、主厂房吊车梁设计、施工组织。

坝型选择了重力坝，孔口尺寸为5.5m，计算得到了校核水位为421.109m和设计水位418.148，计算出了坝顶高程为422.5m0,堰顶高程为408.00m，非溢流坝段上游垂直，下游坝坡1:0.8,溢流坝段下游坝坡1:0.8。计算溢流坝段和非溢流坝段的稳定应力都满足要求。采用底流消能。

深入部分是主厂房吊车梁设计，主要对吊车梁进行了抗剪，抗拉等强度的计算，针对其要求进行了相应的配筋。

从各种计算到施工组织的计算中：大坝的溢流和非溢流设计过程中用了电子表格计算，在画图时把电子表格中的坐标导入CAD，这些都节省了很多的时间，在深入部分设计时运用了math cad软件进行钢筋受力情况分析验算。

 

参考文献

[1] 焦爱萍.《水利水电工程专业毕业设计指南》.中国水利水电出版社.2004年2月

[2] 祁庆和.《水工建筑物》.中国水利水电出版社.2004年6

[3] 陈胜宏，陈敏林，赖国伟.《水工建筑物》.黄河水利出版社.2003年3月

[4] 张彦法，陈尧隆，刘景翼.《水利工程》.中国水利水电出版社.2003年4月

[5] 柯蔡，朱立明，李嵘.《水力学》.同济大学出版社.2002年1月

[6] 侯才水.《水电站》.北京：中国水利水电出版社，2005.年5月

[7] 马善定，汪如泽.《水电站建筑物》.第二版.北京：中国水利水电出版社，1996年1月

[8] 王树人，董毓新.《水电站建筑物》.第二版.北京：清华大学出版社，1992年1月

[9] 麦家煊.《水工建筑物》.北京：清华大学出版社，2005年1月

[10] 罗义生，林秀山.《泄水建筑物进水口设计》.北京：中国水利水电出版社，2004年3月

[11] 水工设计手册.《混凝土坝》.北京：中国水利水电出版社，1987年1月

[12] 水工设计手册.《泄水与过坝建筑物》.北京：中国水利水电出版社，1987年2月

[13] 《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005).北京：中国水利水电出版社，2005年1月

[14] 吴持恭.《 水力学》.第二版.北京：高等教育出版社，1982.年1月

[15] 《水电站厂房设计规范》SL266-2001•中国水利水电出版社2001年5月

[16] 水电站机电设计手册编写组•水电站机电设计手册水力机械•水利电力出版社1983年11月

[17] Kaiss FS,Janan M S. Shear Design of High and Normal Strength Concrete Beams With Web Reinforcement. ACI Structural Rournal.1992,89(6):658～664