劉志炎

（常德市水利水電勘測設(shè)計院 常德市 415003）

1 概述

渡水水電站位于石門縣維新鎮(zhèn)，在渫水二級支流——峽峪河中游。水庫總庫容為1 249萬m3，電站裝機(jī)容量為3 200 kW。工程建筑物主要有：拱壩、引水隧洞、主副廠房、升壓站、上壩公路和交通橋。壩址河谷深切，呈“V”字型，兩岸坡度一般為 40°～50°。地基巖性為寒武系中－上統(tǒng)婁山關(guān)群灰?guī)r。該拱壩為漿砌石雙曲拱壩，設(shè)計最大壩高69.2 m，壩軸線長216.35 m，跨高比為2.7，厚高比0.217。壩底厚15 m，擋水壩頂厚4 m，溢流堰頂厚6.5 m。

本文計算考慮工況為：正常蓄水+自重+溫降。

2 計算方法介紹

2.1 《砌石壩設(shè)計規(guī)范》計算公式

砌石拱壩壩體內(nèi)溫度分布可分解為平均溫度Tm、等效線性溫差Td和非線性溫差Tn。規(guī)范附錄C.7.1.2中說明，拱壩運(yùn)行期溫度荷載可按下列公式分別計算：

式中Tm2、Td2——由壩體多年平均變化溫度場確定的截面年平均溫度變化和等效成性溫差，當(dāng)封拱溫度等于壩體多年平均溫度時，即Tm0=Tm1，Td0=Td1。

規(guī)范附錄C.7.3.2中說明，在初步設(shè)計階段多年年平均變化溫度場的Tm2、Td2可按下列公式簡化計算：

（1）庫水位以上：

（2）庫水位以下：

（3）當(dāng)壩體厚度L≥10 m時：

（4） 當(dāng) L＜10 m 時：

式中Aa——多年平均氣溫年變幅（℃）；

Ae——下游壩面多年平均溫度年變幅（℃）；

y——水深（m）。

2.2 拱壩溫度荷載查算公式

2.2.1 計算公式

拱壩運(yùn)行期某一高程壩體平均溫度Tm和等效線性溫差Td可以由以下兩式計算：

式中T1——下游壩面溫度變幅；

T2——上游壩面溫度變幅；

ε——上游壩面溫度相對于下游壩面溫度的滯后；

w——壩面溫度變化的圓頻率。

式中L——截面厚度（m）；

T2——導(dǎo)溫系數(shù)（m2/時或m2/月）；

P——溫度變化周期（月/日）。

如果要逐層按以上公式計算 ρ1、ρ2、Q1、Q2是相當(dāng)繁復(fù)的，且T2、ε需根據(jù)水溫實(shí)測資料而定，下需根據(jù)氣溫及日照影響實(shí)測資料而定，導(dǎo)溫系數(shù)a也需有關(guān)試驗及計算確定，為簡化計算，將利用查圖表曲線的簡便計算方法。

2.2.2 有關(guān)參考數(shù)據(jù)（表1～表3）

2.3 拱壩特性參數(shù)（表4）

3 計算結(jié)果

3.1 按照規(guī)范公式計算（表5）

3.2 按照查算公式計算（表6）

4 計算成果分析

通過拱冠梁法，把計算得出的各層拱圈溫度變幅代入，計算得出應(yīng)力見表7。

表1 國內(nèi)某些工程實(shí)測氣溫年變幅資料

表2 國內(nèi)幾處工程實(shí)測表面水溫年變幅資料

表3 導(dǎo)溫系數(shù)

表4 渡水拱壩各層拱圈幾何參數(shù)

表5 渡水拱壩Tm、Td計算（封拱溫度等于壩體多年平均溫度）

由表7計算結(jié)果可知，按規(guī)范公式計算得出的這組溫度變幅比用圖表查算出的要小，而兩組溫度變幅在不同高程的數(shù)值變化趨勢是一樣的，這說明兩種方法計算出的結(jié)構(gòu)都貼近現(xiàn)實(shí)情況，是合理的。顯然，高程在150 m以上10 m高的這層拱圈的上游側(cè)水溫基本上是穩(wěn)定的，上、下游之間溫度差要小得多，8.18℃比9.3℃更為合理。因此可以判斷，用規(guī)范中所列計算公式計算渡水拱壩溫度荷載較圖表查算法更為合理。

表6 渡水拱壩Tm、Td計算查表得(ap)0.5＝7.1氣溫年變幅 T1+2＝12 表面水溫年變幅 T2(0)=10令 τ/P＝0.1

表7 渡水拱壩不同溫度荷載計算應(yīng)力成果對照表 kPa

5 結(jié) 語

本文針對渡水水電站的溫度荷載計算，利用拱冠梁法計算得出相應(yīng)的溫度應(yīng)力，對計算結(jié)果進(jìn)行了比較分析，得出以下結(jié)論：渡水水電站拱壩溫度荷載，在資料比較欠缺的情況下，使用《砌石壩設(shè)計規(guī)范》中公式計算比用圖表查算計算不僅計算簡便，而且得出的結(jié)果更為合理。

1黎展眉.砌石拱壩溫度應(yīng)荷載影響的分析[J].砌石壩技術(shù)，1989.

2黎展眉.漿砌石拱壩控制計算拉應(yīng)力的研究[J].設(shè)計與施工，2002.

3黎展眉.拱壩溫度荷載的計算[J].紅衛(wèi)技術(shù)通訊，1979.

4朱伯芳.水工混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京：水利電力出版社，1976.

5朱伯芳.有限單元法的原理與應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社，1998.

6朱伯芳.混凝土結(jié)構(gòu)徐變分析的隱式解法 [J].水利學(xué)報，1983，(5)：53-57.