CN112926121B - 一种判断拱坝结构不对称性的判别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拱坝结构不对称性的判别方法，包括以下步骤：a、将拟分析的拱坝沿坝高方向自上而下分成若干个依次连接的特征拱圈；b、将各个特征拱圈分为左半拱圈、右半拱圈；c、得到左半拱圈半弦长BL、右半拱圈半弦长BR；d、按照R＝BL/BR(BL≥BR)或R＝BR/BL(BR≥BL)计算得到各特征拱圈的基础评价指标R；e、由各特征拱圈作用水头P及弧长S，按照公式C＝PS得到各特征拱圈的权重系数C，归一化得到单位权重系数C’；f、根据各特征拱圈的R和C’，加权求和后得到拱坝结构评价指标F；g、制定拱坝结构不对称评价指标M、N；h、拱坝结构不对称性评价。本发明判别方法实现量化评价拱坝结构的不对称性，预判了拱坝结构的不对称性的程度，对坝身泄洪消能的设计及布置具有较好的基础指导作用。

Description

一种判断拱坝结构不对称性的判别方法
技术领域
本发明属于拱坝工程技术领域，具体涉及一种判断拱坝结构不对称性的判别方法。
背景技术
拱坝是水利水电枢纽工程中十分重要的挡水建筑物，其坝型在安全性及经济性上相较其他的坝型具有一定的优势，但同时在结构受力分析上又相对比较复杂。一般在对称的条件下，拱坝左、右岸受力均匀，应力及位移变化也相对均匀，但实际上大部分坝址及拱坝的布置存在一定的不对称性。此外，拱坝的不对称性布置，会对坝身泄洪消能布置产生一定影响，往往导致坝身孔口在布置时，受坝体不对称的影响，左右岸上下游闸墩及牛腿悬挑长度不同，导致闸墩及牛腿受力复杂，且悬挑长度越长，在地震情况下对结构越不利。同时，为保证泄洪消能水流的方向，需调整不同孔口的角度及泄流方式。为改善孔口和闸墩的应力情况以及减少对泄流的影响，往往需要专门研究泄洪消能措施。
目前对于拱坝的不对称性判别上并没有一个量化的判别方法，往往都是通过设计人员经验上直观判断，对于拱坝的布置上是否存在不对称性，何种程度上的不对称，并没有针对性的指导、预判。因此提出一种判断拱坝结构不对称性的判别方法是十分必要的。
发明内容
基于上述情况，本发明的目的是提出一种判断拱坝结构不对称性的判别方法，可有效解决以上问题，该方法实现量化评价拱坝结构的不对称性，为坝体应力、位移分析及泄洪消能布置具有较好的基础指导作用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种判断拱坝结构不对称性的判别方法，包括以下步骤：
a、将拟分析的拱坝沿坝高方向，自上而下分成若干个依次连接的特征拱圈；
b、以拱坝中心线为中间线，将各个特征拱圈分为左、右两个半拱圈，顺河向中心线左侧为左半拱圈，中心线右侧为右半拱圈；
c、自左、右半拱圈拱端分别向拱坝中心线做垂线段，分别得到左半拱圈半弦长BL、右半拱圈半弦长BR；
d、将对应高程的左、右半拱圈的半弦长BL及BR按照公式R＝BL/BR(BL≥BR)或者R＝BR/BL(BR≥BL)进行计算，从而得到各个拱圈的基础评价指标R；
e、制定各特征拱圈权重系数C，C＝PS，其中P为各特征拱圈作用的水头，S为特征拱圈弧长。将各特征拱圈的权重系数C归一化得到单位权重系数C′；
f、根据求得的各特征拱圈基础评价指标R和单位权重系数C’，加权求和后得到拱坝结构评价指标F；
g、制定拱坝结构不对称评价指标M，N，不对称评价指标M的值优选为1.1，N的值优选为1.3；
h、拱坝结构不对称评价，若步骤f得到F的值小于制定M的值，则该拱坝结构为基本对称拱坝，且F的值越小，拱坝结构对称性越好(F＝1时，为完全对称)；若步骤f得到F的值大于等于制定M的值小于等于制定N的值，则该拱坝结构为弱不对称拱坝；若步骤f得到F的值大于制定N的值，则该拱坝结构为不对称拱坝，且F的值越大，拱坝结构越不对称。
本发明的有益效果是：本发明所提出的拱坝结构不对称性的判别方法，在拱坝设计分析时，将拱坝自上而下分成若干个特征拱圈，对各特征拱圈细化为左半拱圈、右半拱圈，选取左半拱圈、右半拱圈拱端所对应的左半弦长BL、右半弦长BR，求得各层特征拱圈的基本评价指标R，然后由各层特征拱圈的作用水头P与拱圈弧长S的乘积，求得各特征拱圈的权重系数C，经归一化处理后得到各特征拱圈的单位权重系数C’，将各层特征拱圈的基础评价指标R与单位权重系数C’，加权求和后求得拱坝结构评价指标F，再然后根据对大量已建拱坝的数据为依据，制定不对称评价指标M、N，最后根据拱坝结构评价指标F与不对称评价指标M的值和N的值进行评价，若F的值小于制定M的值，则该拱坝结构为基本对称拱坝，若F的值大于制定M的值小于制定N的值，则该拱坝结构为弱不对称拱坝，若F的值大于制定N的值，则该拱坝结构为不对称拱坝，需特别考虑不对称性对泄洪消能的影响。以上所述，本发明判别方法实现量化评价拱坝结构的不对称性，且本发明方法的参数获取简单，预判了拱坝结构的不对称性的程度，对坝体应力状态分析及坝身泄洪消能的设计及布置具有较好的基础指导作用。
附图说明
图1是本发明中特征拱圈的平面示意图；
图2是本发明中将拟分析的拱坝沿坝高方向，自上而下分成若干个依次连接的特征拱圈后的上游立视示意图；
附图标记：1-左半拱圈；2-右半拱圈；3-拱坝中心线；4-左拱端；5-右拱端。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2所示，一种判断拱坝结构不对称性的判别方法，包括以下步骤：
a、将拟分析的拱坝沿坝高方向，自上而下分成若干个依次连接的特征拱圈，特征拱圈数记为n，其中顶部为第1层特征拱圈，底部为第n层特征拱圈；
b、以拱坝中心线3为中间线，将各个特征拱圈分为左、右两个半拱圈，顺河向中心线左侧为左半拱圈1，中心线右侧为右半拱圈2；
c、自第i层(i＝1，2，...，n)特征拱圈的左拱端4和右拱端5上游边线分别向拱坝中心线3做垂线段，分别得到第i层(i＝1，2，...，n)的左半拱圈1半弦长BLi及右半拱圈2半弦长BRi；
d、将第i层(i＝1，2，...，n)特征拱圈的左、右半拱圈的半弦长BLi及BRi按照大值除以小值的原则，两两相除得到各个拱圈的基础评价指标Ri，即若BLi≥BRi，则Ri＝BLi/BRi；若BLi＜BRi，则Ri＝BRi/BLi；
e、制定各层特征拱圈权重系数Ci(i＝1，2，...，n)，Ci＝PiSi，其中Pi为第i层特征拱圈的作用水头(自坝顶高程起算)，Si为第i层特征拱圈的弧长。将得到的各层特征拱圈的权重系数Ci采用如下的方法进行归一化处理，进而得到各层特征拱圈的单位权重系数C′i；
Figure BDA0002972903640000031
即
Figure BDA0002972903640000032
f、根据求得的第i层(i＝1，2，...，n)特征拱圈的基础评价指标Ri和单位权重系数C′i，加权求和后得到拱坝结构评价指标F；
Figure BDA0002972903640000041
g、制定拱坝结构不对称评价指标M、N，根据对大量已建拱坝的结构数据为依据得出，不对称评价指标M的值为1.1，N的值为1.3；
h、拱坝结构不对称评价，若步骤f得到F的值小于制定M的值，即F＜M，则该拱坝结构为基本对称拱坝，且F的值越小，拱坝结构对称性越好(F＝1时，为完全对称)；若步骤f得到F的值大于等于制定M的值小于等于制定N的值，即M≤F≤N，则该拱坝结构为弱不对称拱坝；若步骤f得到F的值大于制定N的值，即F＞M，则该拱坝结构为不对称拱坝，且F的值越大，拱坝结构越不对称。
综上所述，本发明所提出的一种拱坝结构不对称性的判别方法，在拱坝设计分析时，将拱坝自上而下分成若干个特征拱圈，对各特征拱圈细化为左半拱圈1、右半拱圈2，选取左半拱圈1、右半拱圈2拱端上游所对应的左半弦长BLi、右半弦长BRi，求得各层特征拱圈的基本评价指标Ri，然后由各层特征拱圈的作用水头Pi与弧长Si的乘积，求得各特征拱圈的权重系数Ci，经归一化处理后得到各特征拱圈的单位权重系数C′i，将各层特征拱圈的基础评价指标Ri与单位权重系数C′i，加权求和后求得拱坝结构评价指标F，再然后根据对大量已建拱坝的数据为依据，制定不对称评价指标M、N，最后根据拱坝结构评价指标F与不对称评价指标M的值和N的值进行评价，若F的值小于制定M的值，则该拱坝结构为基本对称拱坝，且F的值越小，拱坝结构对称性越好(F＝1时，为完全对称)；若F的值大于等于制定M的值小于等于制定N的值，则该拱坝结构为弱不对称拱坝；若F的值大于制定N的值，则该拱坝结构为不对称拱坝，且F的值越大，拱坝结构越不对称，需考虑不对称对泄洪消能的影响。以上所述，本发明判别方法实现量化评价拱坝结构的不对称性，且本发明方法的参数获取简单，预判了拱坝结构的不对称性的程度，对坝体应力状态分析及坝身泄洪消能的设计及布置具有较好的基础指导作用。
实施例1
某工程最大坝高278m，坝顶高程610m，沿坝高方向，将拱坝自上而下分成10层依次连接的特征拱圈，其各个特征拱圈作用水头P和特征拱圈弧长S以及各层特征拱圈左半拱圈、右半拱圈所对应的半弦长BL、BR，见表一所示：
Figure BDA0002972903640000051
按照步骤d、e，分别求得基础评价指标Ri、特征拱圈权重系数C′i(i＝1，2，...，10)，最后由公式
Figure BDA0002972903640000052
得到拱坝结构评价指标F，如表二所示：
Figure BDA0002972903640000053
拱坝结构不对称评价：F＝1.06＜M＝1.1，因此该拱坝为基本对称拱坝。
实施例2
某工程最大坝高289m，坝顶高程834m，沿坝高方向，将拱坝自上而下分成10层依次连接的特征拱圈，其各个特征拱圈作用水头P和特征拱圈弧长S以及各层特征拱圈左半拱圈、右半拱圈所对应的半弦长BL、BR，见表三所示：
Figure BDA0002972903640000061
按照步骤d、e，分别求得基础评价指标Ri、特征拱圈权重系数C′i(i＝1，2，...，10)，最后由公式
Figure BDA0002972903640000062
得到拱坝结构评价指标F，如表四所示：
Figure BDA0002972903640000063
拱坝结构不对称评价：F＝1.42＞N＝1.3，因此该拱坝为不对称拱坝。

Claims (2)

1.一种判断拱坝结构不对称性的判别方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、将拟分析的拱坝沿坝高方向，自上而下分成若干个依次连接的特征拱圈；
b、以拱坝中心线(3)为中间线，将各个特征拱圈分为左半拱圈(1)、右半拱圈(2)，顺河向拱坝中心线(3)左侧为左半拱圈(1)，中心线右侧为右半拱圈(2)；
c、自左半拱圈(1)的左拱端(4)和右半拱圈(2 )的右拱端(5)分别向拱坝中心线(3)做垂线段，分别得到左半拱圈半弦长BL、右半拱圈半弦长BR；
d、将对应高程的左半拱圈(1)、右半拱圈(2)的半弦长BL及BR，若BL≥BR，按照公式R＝BL/BR进行计算，若BR≥BL，R＝BR/BL进行计算，得到各个拱圈的基础评价指标R；
e、制定各特征拱圈权重系数C，C＝PS，其中P为各特征拱圈作用的水头，S为特征拱圈弧长，将各特征拱圈的权重系数C归一化得到单位权重系数C’；
f、根据求得的各特征拱圈基础评价指标R和单位权重系数C’，加权求和后得到拱坝结构评价指标F；
g、制定拱坝结构不对称评价指标M、N；
h、拱坝结构不对称评价，若步骤f得到F的值小于制定M的值，则该拱坝结构为基本对称拱坝，且F的值越小，拱坝结构对称性越好；若步骤f得到F的值大于等于制定M的值小于等于制定N的值,则该拱坝结构为弱不对称拱坝；若步骤f得到F的值大于制定N的值，则该拱坝结构为不对称拱坝，且F的值越大，拱坝结构越不对称。
2.如权利要求1所述的一种判断拱坝结构不对称性的判别方法，其特征在于：在步骤g中，拱坝结构不对称评价指标M的值为1.1，N的值为1.3。
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