專利名稱：鋼筋混凝土重力壩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
水利水電工程建筑。
3、對發(fā)明的理解本發(fā)明是對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)，是對重力壩的發(fā)展，更是重力壩向著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方向的突破性進(jìn)展，具有空前的意義和前景。因此，本發(fā)明是對目前水工技術(shù)及設(shè)計(jì)計(jì)算方法的重要貢獻(xiàn)。
4、發(fā)明目的大幅度降低目前重力壩造價(jià)；大幅度降低目前重力壩工程量，縮短建設(shè)工期；使壩體各部位受力合理，最大限度地發(fā)揮各種建筑材料的特性，克服建筑材料的缺點(diǎn)，物盡其用；擴(kuò)大了重力壩對基礎(chǔ)巖石的適用范圍；各實(shí)體壩體的剖面可大幅度地縮小，而內(nèi)部帶有空間的壩體可增加壩體沿壩寬方向的剛度，使結(jié)構(gòu)盡乎完美；有利于混凝土施工時(shí)的溫度控制；容易把控自重在壩體內(nèi)形成的應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)，在結(jié)構(gòu)上分為六個(gè)方面，分別稱為對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)I、II、III、IV、V、VI，分別簡稱為改進(jìn)I、II、III、IV、V、VI。
改進(jìn)I、II的壩體上游面垂直，如摘要附

圖1所示，用垂直縫把壩剖面上游部分分割成若干薄板，薄板上不設(shè)鍵和鍵槽。分別在每一塊薄板的一定位置上，如圖A、B、C、D、E各點(diǎn)，給薄板施加預(yù)加應(yīng)力荷載，產(chǎn)生垂直方向的預(yù)加應(yīng)力。預(yù)加應(yīng)力鋼絲索下端錨固在壩基下面一定設(shè)計(jì)深度，上端即作用在上述各點(diǎn)之上。之后，對垂直縫進(jìn)行灌漿(灌漿材料應(yīng)滿足強(qiáng)度要求)處理，使壩體成為整體。改進(jìn)I的薄板不分期施工，改進(jìn)II為分期施工和所謂的吊裝施工兩種情況。
改進(jìn)III是帶有上游壩坡壩體的改進(jìn)型式，其中，把壩體分成了上游壩坡部分和主體部分。主體部分以改進(jìn)I、II為基礎(chǔ)，文中重點(diǎn)介紹了上游壩坡的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。
改進(jìn)IV以前面三種改進(jìn)為基礎(chǔ)，又增添了水平預(yù)加應(yīng)力。除去上游壩坡部分(若帶有)，垂直預(yù)加應(yīng)力荷載產(chǎn)生垂直預(yù)加應(yīng)力，由垂直的預(yù)加應(yīng)力鋼絲索施加，水平預(yù)加應(yīng)力荷載產(chǎn)生水平預(yù)加應(yīng)力，由水平的預(yù)加應(yīng)力鋼筋施加。這種鋼筋混凝土重力壩分為兩種，一種為實(shí)體壩體；另一種內(nèi)部含有若干空間，甚至，在下游面可為鏤空式的結(jié)構(gòu)，還可近似于桿系結(jié)構(gòu)。
經(jīng)過論證，目前很大一部分預(yù)應(yīng)力錨固重力壩可以用上游面垂直的改進(jìn)后的各種壩型代替。當(dāng)壩基巖石條件較差時(shí)，可以用帶有上游壩坡的改進(jìn)后的壩型。在這些改進(jìn)中，改進(jìn)IV最為經(jīng)濟(jì)合理。改進(jìn)I、II、III、IV是改進(jìn)的基本型式。
這四種基本型式既可以單獨(dú)應(yīng)用，各自成型，在一定程度上，又可以混合應(yīng)用，它們的內(nèi)部存在一些必然的聯(lián)系和借鑒。在改進(jìn)V若干提高改進(jìn)I、II、III、IV效果的措施一文中，給出了改進(jìn)I和改進(jìn)II的結(jié)合。因?yàn)楦倪M(jìn)III以前兩種改進(jìn)為基礎(chǔ)，改進(jìn)IV以前三種改進(jìn)為基礎(chǔ)，故改進(jìn)I、II的結(jié)合同樣可以在改進(jìn)III、IV中應(yīng)用。而這四種基本型式在一定程度上的混合可以提高改進(jìn)效果和滿足特定要求。改進(jìn)V中又給出了進(jìn)一步改進(jìn)以提高垂直鋼絲索施加預(yù)加應(yīng)力的效果，可用于前四種改進(jìn)的基本型式之中。改進(jìn)V中還給出了基礎(chǔ)的預(yù)應(yīng)力加固、水壓力加固和提高壩體抗滑穩(wěn)定性的一項(xiàng)新措施，還給出了一項(xiàng)降低壩體揚(yáng)壓力的新措施，都可用于前四種改進(jìn)的基本型式之中。其中對基礎(chǔ)的加固措施可擴(kuò)大重力壩對基礎(chǔ)巖石的適用范圍，特別是對于改進(jìn)中較小壩寬的壩體尤為重要。
改進(jìn)VI改進(jìn)I中若干施工措施及元件裝置中，給出了用自應(yīng)力混凝土回填第一種廊道的方法及改進(jìn)I中應(yīng)用的代替廊道的裝置、代替混凝土預(yù)制塊的裝置和特殊鉸的原理構(gòu)造。
現(xiàn)在，再對于這些改進(jìn)作如下說明●每一塊預(yù)加應(yīng)力薄板在設(shè)計(jì)計(jì)算和施工時(shí)，都可以按混凝土受壓柱處理。目前預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展，顯然，實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)是可能的。而灌漿技術(shù)更是重力壩施工中較成熟的技術(shù)。由前面敘述，所以，改進(jìn)后的壩體是可行的。
●改進(jìn)后混凝土薄板的施工方法和目前重力壩的一般施工方法應(yīng)有所不同。從這一意義上說，薄板自重和水化熱等形成的壩體應(yīng)力較改進(jìn)前更容易把握。而在垂直縫灌漿以前，各薄板也只是這樣一個(gè)柱狀受力(自重和預(yù)加應(yīng)力荷載)一般構(gòu)件。由文中的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，蓄水后這部分壩體最終最小主應(yīng)力趨向于零。故在施工過程中，可降低薄板的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，而按一般結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)計(jì)算。如果要求施工時(shí)壩體這部分強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)必須和現(xiàn)行的混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范一致，也可改用規(guī)范中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
●為使一些小的環(huán)節(jié)成為可能，在改進(jìn)中還提出了一些目前還沒有應(yīng)用的技術(shù)。如用自應(yīng)力混凝土回填壩體廊道、埋設(shè)施加預(yù)加應(yīng)力的裝置，等等。這些技術(shù)尚需完善。
●應(yīng)完善一套這些改進(jìn)的施工標(biāo)準(zhǔn)和方法。比如，首先要提出薄板鉛垂所要達(dá)到的精度，混凝土的澆筑方法和吊裝方法(或施工方案)，等等。薄板的澆筑可采用大壩的纜機(jī)澆筑方案或?qū)ΜF(xiàn)有的纜機(jī)澆筑方案加以改造。如在某薄板頂部可增加幾條纜索，在多個(gè)不同部位供給混凝土，增加工作面，來澆筑該薄板。薄板澆筑也可采用門塔機(jī)澆筑方案。
●壩體中鋼筋和混凝土的時(shí)價(jià)因時(shí)因地而異，差別很大，出人意料。這些改進(jìn)在某時(shí)、某地具有明顯經(jīng)濟(jì)價(jià)值時(shí)，則可以應(yīng)用。
本發(fā)明詳細(xì)敘述如下A、對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)I對于預(yù)應(yīng)力錨固重力壩，本文給出了一種新的型式。從而，通過對預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土這兩大材料用量的選擇，達(dá)到一個(gè)前所未有的最經(jīng)濟(jì)的效果。
為了介紹這項(xiàng)新改進(jìn)，僅以上游面垂直的非溢流重力壩為例，加以說明。對于溢流壩和其它類型重力壩，如果可能，也可以用這種改進(jìn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。但是，這種改進(jìn)不用于具有上游壩坡的各種類型的重力壩。經(jīng)過分析論證，相當(dāng)數(shù)量的目前預(yù)應(yīng)力錨固重力壩，可以用本改進(jìn)上游面垂直的壩型代替，不再設(shè)置上游壩坡。綜述如下。
為了敘述方便，本文不對一般性問題或細(xì)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造等加以說明討論。
本改進(jìn)在壩體下游面不用配筋。壩體下游面可以是曲線，而在此綜述中假設(shè)為直線。拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線由實(shí)際設(shè)計(jì)確定，一般應(yīng)為曲線。本改進(jìn)示意圖如圖1、2、3、4、5、6本改進(jìn)示意圖(一)、(二)、(三)所示。在圖中，拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線畫成了實(shí)線。本改進(jìn)分三種情況，介紹如下。
a、設(shè)置廊道情況圖1本改進(jìn)示意圖(一)中，ON為拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線，N為ON和壩底的交點(diǎn)。通過N點(diǎn)作鉛垂線(對于實(shí)際設(shè)計(jì)中的壩體，當(dāng)ON橫坐標(biāo)在壩剖面范圍內(nèi)取得極大值且又為橫坐標(biāo)的最大值時(shí)，則此鉛垂線為該極值點(diǎn)處切線)，從而，把壩體的三角形剖面分成兩個(gè)部分。上游部分為直角梯形，再把它用鉛垂線分成若干薄板。施工時(shí)，在每條鉛垂線的位置，預(yù)留一條縫隙，稱它為垂直縫。從而，使得各薄板之間彼此獨(dú)立(指在鉛垂方向的變形方面)。這兩個(gè)部分如果分期施工，則可增加壩體散熱。各薄板之間若參差錯(cuò)落地施工，則部分薄板初期可三個(gè)面散熱，均有利于溫度控制，從而加快施工進(jìn)度等。圖中，把上游部分分成了五塊薄板。
是這種上游面垂直，下游面為直線的重力壩自重荷載引起的壩體應(yīng)力分布，使得把壩體上游部分分割成若干薄板后，然后，再對垂直縫行灌漿，使壩體成為整體后，自重荷載在壩體內(nèi)引起的壩體應(yīng)力分布和原來沒有改變。其它剖面形式的重力壩一般沒有這一特點(diǎn)。
每一塊薄板的上游面和ON有一交點(diǎn)，通過交點(diǎn)作水平線，把該薄板分成上下兩部分。如果在某薄板頂部，水平線和壩體下游面相交，見圖4本改進(jìn)示意圖(三)中某薄板頂部鉛直鋼絲索、水平鋼絲索、傾斜鋼絲索布置、連接示意圖中所示的特殊情況，則水平線上部的三角形部分為二期混凝土，待該薄板上，所有鋼絲索張拉完畢后，施工澆筑。一般情況下，從每塊薄板下半部分的頂部開始，向下每隔相同或不相同的距離(此距離之間的部分，以后稱為分份)，設(shè)置一條廊道(水平線和壩體下游面相交上述特殊情況，不設(shè)頂部廊道)，以備張拉鋼絲索之用，見改進(jìn)I、II設(shè)計(jì)中ON的計(jì)算。
廊道中心線和所在薄板中心線重合。廊道分為兩種，分別稱為第一種廊道和第二種廊道。第一種廊道斷面為矩形，必須回填，且能產(chǎn)生所在位置所需的預(yù)加應(yīng)力。第二種廊道斷面為通常的拱頂平底斷面或其它形式的斷面，可以回填，也可以不回填。實(shí)際布置時(shí)，應(yīng)考慮同一高程上，相鄰薄板上的第二種廊道相互錯(cuò)開，圖中沒有錯(cuò)開。需用哪種廊道和第二種廊道回填與否由實(shí)際設(shè)計(jì)決定，見本改進(jìn)的設(shè)計(jì)計(jì)算。圖1中所示廊道，是回填前的剖面。兩種廊道的回填方法有詳細(xì)敘述。
預(yù)加應(yīng)力鋼絲索在混凝土澆筑時(shí)，預(yù)先設(shè)置在位。同一薄板中，各鋼絲索長短不完全相等。在每塊薄板自下而上的各廊道中，每條廊道都進(jìn)行鋼絲索張拉。因此，應(yīng)采取措施，使錨具墊塊等(圖中均未畫出)能在壩體里面使用。各鋼絲索的長度就是它壩基中的錨固點(diǎn)至張拉它的廊道底部錨頭的距離。在上面廊道中張拉的鋼絲索，將穿過此廊道至上面廊道。這樣，薄板中每點(diǎn)的預(yù)加應(yīng)力，就是此點(diǎn)上面各廊道中預(yù)加應(yīng)力荷載的疊加效果。圖4本改進(jìn)示意圖(三)中，某薄板頂部鉛直鋼絲索、水平鋼絲索、傾斜鋼絲索布置、連接示意圖中，給出了這種特殊情況下，預(yù)加應(yīng)力的一種施加方法。三種鋼絲索為鉸接，傾斜鋼絲索通過二期混凝土水平施工縫中點(diǎn)。鉸接處，水平鋼絲索鉸接的一端上設(shè)有滑輪(圖中未畫出)，使鉛直鋼絲索穿過后成傾斜鋼絲索。從而，傾斜鋼絲索在張拉時(shí)，鋼絲索被拉長，滑輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)(近似)鉸接。因此，跨過滑輪的這段鋼絲索應(yīng)很柔軟。水平鋼絲索錨具處，另一薄板上有凹坑，水平鋼絲索不進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。除了這種特殊情況外，在一般情況下，鋼絲索都鉛直設(shè)置，和所在薄板中心線重合，或關(guān)于薄板中心線對稱，見后文。對稱布置時(shí)，預(yù)加應(yīng)力荷載也對稱施加。圖3本改進(jìn)示意圖(二)中大樣圖，給出了廊道和鋼絲索的兩種布置形式，不多敘述。此外，鋼絲索分為兩種。第一種為消除拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)拉應(yīng)力所設(shè)；第二種為提高壩體抗滑穩(wěn)定性所設(shè)，只分布在各薄板最下面廊道以下，和這部分的第一種鋼絲索合在一起或分開。經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算，如果第一種鋼絲索滿足抗滑穩(wěn)定要求，就不再設(shè)第二種鋼絲索。同一薄板上下同廊道之間可采取不同標(biāo)號(hào)的混凝土，以適應(yīng)壩體不同部位抗壓強(qiáng)度要求。
(a)垂直縫的形成和灌漿薄板之間以垂直縫分開，不設(shè)鍵和鍵槽。
垂直縫的形成有兩種方法。其中之一類似于目前混凝土重力壩施工中常用的垂直分縫的形成。但是，因?yàn)楸“搴鼙?，故用這種方法形成的垂直縫也應(yīng)很窄。應(yīng)用這種方法形成垂直縫時(shí)，應(yīng)把老混凝土施工過程中，因?yàn)槟０暹B接等等造成的老混凝土表面局部不光滑平整的地方，用機(jī)械消磨平整，然后，再進(jìn)行新混凝土澆筑。鋼絲索張拉時(shí)，各薄板之間如果可能，最好同時(shí)進(jìn)行張拉，以減小相臨薄板之間的相對位移，避免薄板壓縮時(shí)因施工誤差(薄板平面局部不平整等)造成相互影響。其中另一種形成垂直縫的方法是采用模板。本文為此給出了一種模板形式，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)給出具體設(shè)計(jì)計(jì)算和改進(jìn)完善。如圖5本改進(jìn)示意圖(三)中一種形成垂直縫的模板示意圖所示。塑料薄膜采用增強(qiáng)塑料等材料，具備一定的厚度和強(qiáng)度。塑料薄膜上下對折，兩端在上面，中間是一塊具有一定厚度的薄鋼板。應(yīng)用時(shí)，用它把新老混凝土隔開，并且，下端插入已有縫隙中一段距離。拆模時(shí)，先抽出中間的薄鋼板，然后，向上拉出貼近老混凝土的塑料薄膜的一端(或在抽出薄鋼板時(shí)，帶出塑料薄膜)。
在混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)布置好垂直縫的灌漿系統(tǒng)，鋼絲索張拉完畢后，薄板混凝土在預(yù)加應(yīng)力荷載和自重兩種荷載作用下，將發(fā)生徐變。對垂直縫的灌漿處理，應(yīng)在徐變達(dá)到一定程度后進(jìn)行為宜，以避免垂直縫中因徐變等因素形成過大的不利應(yīng)力。每兩塊薄板之間，應(yīng)選擇一個(gè)相對較好的徐變，使之形成的垂直縫中的應(yīng)力對蓄水后壩體有利。灌漿之后，大壩將成為整體。
由彈性力學(xué)解答，在自重和齊頂水壓力作用下，無限楔形體剪應(yīng)力表達(dá)式為τxy＝γxctg2θ(見本改進(jìn)的分析論證)。所以，每條垂直縫上的剪應(yīng)力上下都相等，且自上游起，第一條垂直縫上的剪應(yīng)力最小，以后向下游方向依次增大，可區(qū)別對待。對于實(shí)際問題，應(yīng)按混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的荷載組合(不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力荷載和自重荷載，上面表達(dá)式中也不含自重因素)和計(jì)算方法具體計(jì)算。灌漿材料應(yīng)按凝固后強(qiáng)度大小和垂直縫寬窄等適當(dāng)選擇。必要時(shí)，采用化學(xué)灌漿材料，如環(huán)氧灌漿材料等。還可以同一垂直縫中，兩種灌漿材料上下交替分期灌漿。
為了解決灌漿壓力，風(fēng)荷、薄板穩(wěn)定等因素，給薄板厚度施加的限制，可用一種特殊鉸把各薄板在垂直縫上的若干點(diǎn)上連接起來。連接的時(shí)間應(yīng)該在垂直縫徹底形成不再開裂以后。這種特殊鉸只允許薄板在連接點(diǎn)上有沿鋁垂方向和壩軸線方向的相對位移，而不允許有沿壩寬方向的位移。這種特殊鉸在薄板鉛垂的面上成行成列地排列，彼此之間每列距高尚待確定。薄板在施加預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，穩(wěn)定計(jì)算可把薄板簡化成若干兩端帶有支撐方式的壓桿穩(wěn)定問題。
(b)鋼絲索布置形式的錨具由于廊道所限，當(dāng)用目前通用的錨頭不便時(shí)，可改用其它預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中通常采用的鋼鐵錨具。本改進(jìn)鋼絲索分散在各薄板之中，同一薄板上，又分散在上下各廊道之中，故每條鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載較現(xiàn)行的會(huì)大幅度減小。因此，如果用鋼筋混凝土錨頭，每錨頭體積也會(huì)大幅度減小。
一般情況下，鋼絲索除圖1本改進(jìn)示意圖(一)中所示的布置形式外，還擬有以下兩種，每一種又有沿薄板中心線布置和關(guān)于薄板中心線對稱布置之別，下面以沿薄板中心線布置成1條為例，加以說明。
(i)如圖1本改進(jìn)示意圖(一)所示，沿壩軸線方向薄板的一段適當(dāng)長度，它所需要的鋼絲索每一條都布置在各自的預(yù)應(yīng)力孔之中，在各個(gè)廊道中進(jìn)行張位。
(ii)沿壩軸線方向薄板的一段適當(dāng)長度，它所需要的鋼絲索按在各個(gè)廊道中分別張拉，分成若干條，都集中在一個(gè)預(yù)應(yīng)力孔中。張拉時(shí)，各條鋼絲索互不影響。顯然，這種情況和下面一種情況較第一種情況都減少了預(yù)應(yīng)力孔，而增加了壩基中鋼絲索錨固點(diǎn)的集中力。
(iii)沿壩軸線方向薄板的一段適當(dāng)長度，它所需要的鋼絲索都集中在一個(gè)預(yù)應(yīng)力孔中，而且，合并成一條。鋼絲索截面面積自下而上依次減小，分別適應(yīng)各廊道中所施預(yù)加應(yīng)力荷載在鋼絲索內(nèi)部所形成的拉力大小。圖6本改進(jìn)示意圖(三)中鋼絲索布置的一種形式示意圖(1條情況)為這種布置的示意圖。圖中各力Pki為沿壩軸線方向取單寬計(jì)算時(shí)，第一種鋼絲索上的預(yù)加應(yīng)力荷載，k＝1，2……m，i＝r，r+1……，n，m為薄板總數(shù)，n+1為所有薄板中，預(yù)加應(yīng)力荷載個(gè)數(shù)最多薄板上預(yù)加應(yīng)力荷載個(gè)數(shù)(鋼絲索關(guān)于薄板中心線對稱布置時(shí)，同一廊道中預(yù)加應(yīng)力個(gè)數(shù)計(jì)為1個(gè))。Pki為第k塊薄板上最上面廊道中給鋼絲索施加的預(yù)加應(yīng)力荷載(Pki含義與改進(jìn)I、II設(shè)計(jì)計(jì)算中的稍有不同)。Fk為取單寬計(jì)算時(shí)，第二種鋼絲索上的預(yù)加應(yīng)力荷載。
應(yīng)特別設(shè)計(jì)錨具，使它們能在廊道中應(yīng)用。在第(ii)、(iii)種布置形式中，應(yīng)使在上面廊道中張拉的鋼絲索從錨具中穿過。
如果鋼絲索沿薄板中心線對稱布置，則兩(數(shù))條鋼絲索下端應(yīng)分別錨固在各自的錨定坑中。如果鋼絲索沿薄板中心線對稱布置，則在鋼絲索上端或中間，兩(數(shù))條鋼絲索可同時(shí)對稱張拉，分別錨定。也可以同時(shí)張拉，用同一錨具錨定。
(c)鋼絲索張拉施工預(yù)留的上述垂直縫，使得鋼絲索在被張拉時(shí)預(yù)加應(yīng)力上下可以傳遞，而不影響左右混凝土薄板。鋼絲索張拉，以沿壩軸線方向，每兩條橫縫中間的各個(gè)薄板塊為單位進(jìn)行，以下簡稱薄板塊。鋼絲索超張位，可在鋼絲索就位前專門進(jìn)行。應(yīng)盡量創(chuàng)造機(jī)會(huì)，進(jìn)行補(bǔ)償張拉。鋼絲索張拉時(shí)，根據(jù)廊道重量的處理，分為三種情況，敘述如下。
(i)當(dāng)薄板塊上各廊道永久保留時(shí)，可整個(gè)薄板塊上下前后(前后即沿壩軸線方向前后)同時(shí)張拉或同時(shí)分多次逐漸張拉；或薄板塊段的各個(gè)廊道分別張拉，即整個(gè)廊道段沿壩軸線方向同時(shí)張拉，或同時(shí)分多次逐漸張拉，整個(gè)薄板塊上下廊道反復(fù)張拉，直到達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)加應(yīng)力荷載。
(ii)當(dāng)薄板塊上各廊道回填混凝土或一部分廊道回填混凝土?xí)r，可預(yù)制一些一定重量的混凝土預(yù)制塊，計(jì)算出薄板塊上欲回填廊道回填混凝土的總重量，把相等重量的混凝土預(yù)制塊均勻地排放在該薄板頂部(薄板塊頂部一般有斜面，則此三角形部分為二期混凝土，待回填完所有該薄板上回填廊道之后施工，新老混凝土之間為水平施工縫。二期混凝土引起的薄板上各預(yù)加應(yīng)力荷載的變化，應(yīng)以預(yù)應(yīng)力損失的形式包括在各荷載之中。遇有圖4本改進(jìn)示意圖(三)中某薄板頂部鉛直鋼絲索、水平鋼絲索、傾斜鋼絲索布置、連接示意圖所示特殊情況時(shí)，圖中的二期混凝土應(yīng)為三期混凝土，上述各個(gè)預(yù)應(yīng)力損失應(yīng)為二、三期混凝土和傾斜鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載所引起的預(yù)應(yīng)力損失)。這時(shí)，用情況(i)保留廊道時(shí)所敘述的方法，把預(yù)加應(yīng)力鋼絲索都張拉到設(shè)計(jì)預(yù)加應(yīng)力荷載。然后，回填最下面的廊道，之后，從薄板塊頂部均勻地撤去相應(yīng)最下面廊道的重量。因?yàn)檫@部分重量等價(jià)于從薄板頂部轉(zhuǎn)移到最下面廊道，所以，該廊道以上薄板塊部分由于重量的減小而發(fā)生應(yīng)變的變化，若回填的是第一種廊道，則自應(yīng)力混凝土膨脹也將引起應(yīng)變的變化，結(jié)果，使預(yù)加應(yīng)力鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載增加(鋼絲索截面面積應(yīng)能滿足這一變化)。這時(shí)，再重新調(diào)整除下面已回填好的廊道之外的其它上部廊道中的鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載，使它們回到設(shè)計(jì)的數(shù)值。這樣，最下面廊道的工作已經(jīng)完成。對于上面的廊道，從最下面的一個(gè)起，逐次重復(fù)上面的步驟，即回填—撤去重量—調(diào)整預(yù)加應(yīng)力荷載，直到最上面的一個(gè)廊道。廊道回填時(shí)，應(yīng)采取措施，使預(yù)加應(yīng)力鋼絲索可以自由地伸縮。
這種情況下，也可以用代替混凝土預(yù)制塊的裝置來代替上述混凝土預(yù)制塊的壓重作用。而且，薄板塊頂部三角形部分也不再用分期施工，減小了預(yù)應(yīng)力損失。即設(shè)計(jì)一種裝置，埋設(shè)在壩基一定設(shè)計(jì)深度。在薄板中預(yù)留孔道，通過鋼絲索把集中力加在薄板頂部。這個(gè)集中力大小也能夠調(diào)整，在鋼絲索下端作用在該裝置上。待回填完所有該薄板上欲回填的廊道之后，把鋼絲索抽走，對本裝置注以灌注性混凝土。
(iii)第三種情況即把回填廊道的重量對薄板上各預(yù)加應(yīng)力荷載的影響，以預(yù)應(yīng)力損失的形式加在各預(yù)加應(yīng)力荷載之內(nèi)，按情況(i)保留廊道時(shí)所敘述的方法進(jìn)行張拉，最后回填。這種情況下，薄板上的廊道可以全部回填或部分回填。
(d)廊道的回填本文的回填廊道，根據(jù)廊道所屬種類，它們的回填方法、所用材料和作用均不相同?，F(xiàn)在，分別敘述如下。
(i)第一種廊道的回填第一種廊道斷面為矩形，采用自應(yīng)力混凝土回填。具體回填方法見改進(jìn)VI。
因?yàn)樽詰?yīng)力混凝土膨脹是全方位的，而本改進(jìn)所需預(yù)加應(yīng)力只在鉛直方向，所以，應(yīng)控制自應(yīng)力混凝土在其它兩個(gè)方向上的應(yīng)力和膨脹帶來的危害。
(ii)第二種廊道的回填第二種廊道為通常的拱頂平底斷面或其它形式的斷面。用混凝土重力壩中允許的最低標(biāo)號(hào)混凝土回填。所回填的混凝土沒有任何強(qiáng)度等的力學(xué)要求，只起增加壩體重量的作用?；靥畈糠趾驮幢谥車撞客庑纬煽p隙，并且，使縫隙和排水相連。如圖2本改進(jìn)示意圖(二)第二種廊道回填示意圖所示。施工時(shí)，可用透水性較好的薄片狀材料，把垂直洞壁和新澆筑的回填混凝土隔開，以形成縫隙。
同時(shí)，應(yīng)采取措施，使鋼絲索和回填的混凝土不澆筑在一起，預(yù)應(yīng)力孔在廊道處應(yīng)上下貫通，以利最后灌漿處理等。
(e)用本改進(jìn)消除揚(yáng)壓力，提高大壩抗滑穩(wěn)定性時(shí)，可單獨(dú)施行。此時(shí)，不必把壩體分割成若干薄板。取每兩條橫縫中間的壩段，在距離壩基上面一定距離，沿壩寬在同一高程設(shè)置一排廊道，各廊道距離都相等。在各個(gè)廊道中，給鋼絲索施加相同的預(yù)加應(yīng)力荷載。預(yù)加應(yīng)力荷載大小見改進(jìn)I、II設(shè)計(jì)中第二種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載計(jì)算。廊道應(yīng)充分多，以減少應(yīng)力分布不均勻。然后，再連通不同壩段或相同壩段的廊道，使人員等能出入各廊道。施加完預(yù)加應(yīng)力荷載后，對廊道回填或不回填。其它方面不多敘述。
b不設(shè)置廊道情況用上述鋼絲索布置形式中，各種布置情況下的沿薄板中心線布置成1條情況，再采用一種裝置，可不設(shè)置廊道。其它方面相同，不重復(fù)敘述。
在設(shè)置廊道情況中的每一條廊道的位置，需要給鋼絲索施加預(yù)加應(yīng)力荷載的地方，就隨混凝土澆筑埋設(shè)一個(gè)這種裝置。埋設(shè)時(shí)，采取措施，使鋼絲索繃緊。在各薄板的頂部，通過預(yù)留的孔道和這種裝置，給鋼絲索施加預(yù)加應(yīng)力荷載。之后，把施加預(yù)加應(yīng)力荷載用的鋼絲索等抽走。
以后，稱這種裝置為代替廊道的裝置。鋼絲索張拉過程不再敘述。施加完預(yù)加應(yīng)力之后，可對這個(gè)系統(tǒng)灌漿處理，如果預(yù)應(yīng)力孔采用塑料管，且密封良好，除底部外，鋼絲索可不必特別處理，而對這個(gè)系統(tǒng)注以灌注性混凝土。
這種情況特別適于低壩，薄板可以很薄，各薄板的裝置可以埋設(shè)得很多，而不設(shè)置眾多廊道。
c混合情況這種情況即前兩種情況的任意混合，既可以薄板之間采取前述兩種不同的情況，每塊薄板采取一種情況，又可以同一塊薄板采取兩種不同的情況，等等?；旌系慕Y(jié)果，應(yīng)根據(jù)利弊取舍。其它方面不多敘述。
B、對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)II本文是對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)I的續(xù)篇，介紹了這種改進(jìn)的其它施工情況。改進(jìn)II的適用范圍和改進(jìn)I相同。綜述如下。
本改進(jìn)為改進(jìn)I其它施工情況，因此，敘述相對簡短，有關(guān)部分請參閱改進(jìn)I，不多重復(fù)。
本改進(jìn)在壩體下游面不用配筋。壩體下游面可以是曲線，而在此綜述中假設(shè)為直線。拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線由實(shí)際設(shè)計(jì)確定，一般應(yīng)為曲線。本改進(jìn)示意圖如圖7、圖8改進(jìn)II示意圖(一)、(二)所示。在圖中，拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線畫成了實(shí)線。本改進(jìn)分三種情況，介紹如下。
a分期施工情況同改進(jìn)I，用若干垂直縫把重力壩的三角形剖面分成若干薄板和下游三角形部分。圖7改進(jìn)II示意圖(一)中，把上游直角梯形部分分成了五塊薄板。ON為拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線。
每一塊薄板的上游面和ON有一交點(diǎn)，通過交點(diǎn)作水平線，把該薄板分成上下兩個(gè)部分。從下半部分的上面頂部開始，向下每隔相同或不同高度，用水平線把下半部分分成若塊，稱它們?yōu)榉謮K。施工時(shí)，同一薄板上的不同分塊自下而上，必須按順序分期施工。如果通過上游面和ON交點(diǎn)作的水平線和壩體下游面相交，這時(shí)，為一特殊情況，分塊方法同上。因此，同一薄板之上，各個(gè)分塊之間，將會(huì)形成若干水平施工縫。
相鄰薄板之間的水平施工縫應(yīng)根據(jù)整個(gè)壩體不同水平截面的抗剪能力和其它一些有關(guān)因素，考慮是否需要相互錯(cuò)開。圖7改進(jìn)II示意圖(一)中，各水平施工縫都沒有錯(cuò)開。
圖7改進(jìn)II示意圖(一)中B-B剖面所示，為壩體兩條橫縫之間的一段壩段。在這段壩段內(nèi)，各個(gè)薄板又用若干橫縫分開。稱這種橫縫為薄板橫縫，稱兩薄板橫縫之間的薄板部分為薄板分段，稱壩體兩橫縫之間的一段薄板為薄板段。各相鄰薄板之間的薄板橫縫應(yīng)考慮相互錯(cuò)開。待薄板施工完畢后，必須對薄板橫縫灌漿，灌漿材料如水泥等，使薄板段成為整體。
對于不同薄板上的各分塊之間，應(yīng)選擇一個(gè)較好的分期施工順序，使各分塊之間便于施工和有利于溫度控制等等。圖7改進(jìn)II示意圖(一)中所示各分塊分10期施工。圖中的各分塊，在施工過程中，至少有兩個(gè)面散熱。
鋼絲索在混凝土澆筑時(shí)預(yù)先設(shè)置在位。預(yù)加應(yīng)力荷載隨分期在各分塊頂部施加。鋼絲索分為兩種，第一種為消除拉應(yīng)力區(qū)拉應(yīng)力所設(shè)；第二種為提高壩體抗滑穩(wěn)定性所設(shè)，只分布在各薄板最下面分塊至其壩基中的錨固點(diǎn)。經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算，如果第一種鋼絲索能滿足抗滑穩(wěn)定要求，就不再設(shè)第二種鋼絲索。同一薄板上不同分塊之間可采用不同標(biāo)號(hào)混凝土，以適應(yīng)不同部位抗壓強(qiáng)度要求。
如果在薄板頂部，經(jīng)過薄板上游面和拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線交點(diǎn)的水平線，和壩體下游面相交，在這種特殊情況下，最上面分塊中鋼絲索傾斜布置。在此分塊底部，同時(shí)布置有水平鋼絲索和鉛直鋼絲索，三種鋼絲索鉸接在一起。這種情況類似于圖4改進(jìn)I示意圖(三)，某薄板頂部鉛直鋼絲索、水平鋼絲索、傾斜鋼絲索布置、連接示意圖中所示情況，只是這里為分期施工，不設(shè)廊道，其它方面相同，除了這種特殊情況外，其它地方鋼絲索均鉛直設(shè)置，和所在薄板中心線重合或關(guān)于中心線對稱。鋼絲索沿薄板中心線對稱布置時(shí)，預(yù)加應(yīng)力荷載也對稱施加。在改進(jìn)I中，鋼絲索布置形式有三種，每種之中，雙有沿薄板中心線布置和關(guān)于薄板中心線對稱布置之別。本改進(jìn)中，鋼絲索布置形式只取改進(jìn)I中的前兩種，不多敘述。還應(yīng)根據(jù)鋼絲索布置形式等，選擇好預(yù)應(yīng)力孔的灌漿時(shí)間和灌漿方法。
薄板之間以垂直縫分開，不設(shè)鍵和鍵槽。在改進(jìn)I中，垂直縫的形成有兩種方法，分期施工時(shí)也相同。因?yàn)槭欠制谑┕?，用第一種方法形成垂直縫時(shí)，新老混凝土的相互約束較大，所以，在水平施工縫附近，形成的垂直縫應(yīng)較窄小。在改進(jìn)I中，用一種特殊鉸，把薄板之間在若干點(diǎn)上以一種方式連接了起來，分期施工情況依然如故。垂直縫的灌漿問題也相同，不再重復(fù)。
用本改進(jìn)消除揚(yáng)壓力，提高壩體抗滑穩(wěn)定性時(shí)，可單獨(dú)施行。此時(shí)，不必把壩體分割成若干薄板。當(dāng)某壩段澆筑到一預(yù)定高程后，沿壩寬方向，每隔相等距離，布置一條鋼絲索，從而，得到一排鋼絲索。整個(gè)壩段沿壩軸線方向設(shè)置若干排這樣的鋼絲索，各排之間的距離都相等。每條鋼絲索都鉛直設(shè)置，上面施加相同的預(yù)加應(yīng)力荷載。然后，再澆筑上面的壩體。為增加這條水平施工縫上的壩體抗滑穩(wěn)定性，這條水平施工縫沿壩寬方向可以設(shè)計(jì)成鋸齒等形狀。把這種鋼絲索也稱為第二種鋼絲索。
對于低壩，設(shè)置廊道張拉鋼絲索顯然是不現(xiàn)實(shí)的。因此，對于這種壩可用改進(jìn)I埋設(shè)裝置的方法或分期施工方法及以后的吊裝施工方法施工，分份分塊數(shù)量可以很多而沒有限制。
b、吊裝施工情況把以下的施工情況稱為吊裝施工情況。這種情況和分期施工情況類似，相同的地方不多重復(fù)。
把分期施工時(shí)，同一薄板上兩條相鄰的薄板橫縫或相鄰的壩體橫縫和薄板橫縫，它們之間的分塊稱為分塊。所有壩體上的分塊預(yù)制，壩體施工時(shí)，再把各分塊吊裝。隨各分塊的吊裝，在各分塊上面施加預(yù)加應(yīng)力荷載。上下分塊之間形成的縫隙也稱為水平施工縫，水平施工縫中為用快硬水泥調(diào)配的砂漿，以增加施工速度。
這些分塊吊裝后，在壩體上沒有溫度控制、溫度應(yīng)力等問題。所以，在預(yù)制這些分塊時(shí)，采用良好措施，分塊沿壩軸線方向的長度在運(yùn)輸、吊裝等機(jī)械許可的情況下，可達(dá)到相鄰的兩條壩體橫縫之間的距離。
圖8改進(jìn)II示意圖(二)中實(shí)物圖為分塊結(jié)構(gòu)構(gòu)造示意圖。上面的分塊吊裝預(yù)應(yīng)力孔畫成了長方形，實(shí)際應(yīng)為圓形。運(yùn)輸?shù)跹b前，在這些預(yù)應(yīng)力孔中穿入預(yù)應(yīng)力鋼筋，用后張法給分塊施加預(yù)加應(yīng)力。施加完預(yù)加應(yīng)力后，不對分塊吊裝預(yù)應(yīng)力孔灌漿。這個(gè)預(yù)加應(yīng)力大小為滿足分塊在施工運(yùn)輸、吊裝時(shí)的要求所設(shè)。吊裝完畢后，把這種預(yù)應(yīng)力鋼筋拆卸下來，以備其它分塊運(yùn)輸?shù)跹b時(shí)施加預(yù)加應(yīng)力之用，同時(shí)，對分塊吊裝預(yù)應(yīng)力孔用快硬水泥等快硬材料灌漿處理。為了便于此預(yù)應(yīng)力鋼筋的拆卸，在分塊一端設(shè)置有拆裝錨具預(yù)留孔，此孔鉛直設(shè)置，和分塊吊裝預(yù)應(yīng)力孔相通。安裝預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，鋼筋這一端有圓環(huán)等，把粗鋼棒插入孔中圓環(huán)。施加預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，圓環(huán)把集中力傳給粗鋼棒，粗鋼棒又把此力加在分塊的這端，這一端就已固定。拆卸預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，放松另一端錨具，拔出粗鋼棒即可。
分塊上面還有兩個(gè)吊裝孔。實(shí)際預(yù)制分塊時(shí)，還應(yīng)多設(shè)置一兩個(gè)吊裝孔，使吊起的分塊能調(diào)整空中姿態(tài)，以利吊裝。吊裝孔在分塊上的位置由設(shè)計(jì)確定，使分塊吊裝時(shí)，在分塊自重的作用下，受力情況最為合理。吊裝孔結(jié)構(gòu)構(gòu)造如圖8改進(jìn)II示意圖(二)A-A剖面、B-B剖面、C-C剖面所示。吊裝孔上半部分為四棱柱形，側(cè)壁四個(gè)面分別垂直于壩軸線方向和壩寬方向。下半部分為棱臺(tái)形狀，由上半部分漸變而成。下半部分中，垂直于壩寬方向的兩個(gè)面不變，另兩個(gè)面變成傾斜狀態(tài)。吊裝時(shí)，把兩塊相同的楔形塊按一定方向放入吊裝孔后，在各楔形塊上擰進(jìn)帶螺桿(未畫出)的鋼筋，使兩楔形塊并排排列。然后，把兩鋼筋在上部連接(未畫出)。通過這兩個(gè)吊裝孔中的鋼筋，可把分塊吊起。吊裝完畢后，拆卸下鋼筋和楔形塊，以備運(yùn)輸、吊裝其它分塊之用。然后，對兩個(gè)吊裝孔用快硬水泥等快硬材料灌漿處理。吊裝孔深度應(yīng)接近分塊底部。運(yùn)輸、吊裝過程中，不對自重引起的分塊上剪應(yīng)力進(jìn)行處理。吊裝孔也可傾斜一個(gè)小的角度，以便于吊裝。
由上面敘述可知，一般情況下，分塊運(yùn)輸、吊裝所用鋼筋，吊裝后，最終可從分塊上拆除，而不增加壩體鋼筋用量，對于特殊情況下，不能拆除這種鋼筋的分塊，也可采用分期施工的方法，不用吊裝施工，以節(jié)省鋼筋用量，此為下面的混合施工情況。吊裝施工會(huì)產(chǎn)生較大的垂直縫，也可采用混合施工解決。
分塊上還應(yīng)預(yù)留預(yù)應(yīng)力孔(未畫出)，吊裝時(shí)，使鋼絲索從下面穿過出來。鋼絲索布置情況如分期施工情況所述。預(yù)應(yīng)力錨具采用鋼鐵錨具，和錨具相對的地方，上面分塊底部有凹坑。吊裝完上面分塊(或上面所有分塊)以后，對預(yù)應(yīng)力孔灌漿。
分塊上面有榫頭，下面有榫眼，吊裝時(shí)，對準(zhǔn)后安裝。榫頭為粗鋼筋，應(yīng)在分塊預(yù)制時(shí)，隨混凝土澆筑澆筑在分塊上面，榫眼為一段鋼管，澆筑在分塊下面。
分塊預(yù)制時(shí)，還應(yīng)預(yù)留灌漿孔，主要布置安裝好薄板橫縫和垂直縫的灌漿系統(tǒng)。止?jié){片預(yù)制在分塊上面，施工時(shí)，把兩塊分塊上面的止?jié){片焊接在一起。也可把彈性較好的橡膠材料預(yù)制在分塊上，需要止?jié){的地方形成一條橡膠埂。安裝時(shí)，采取適當(dāng)措施，使兩個(gè)分塊左右緊緊壓在橡膠埂上。
改進(jìn)I中應(yīng)用的那種特殊鉸(經(jīng)改造后)也可以使用。在需要安裝的地方，分塊預(yù)制時(shí)埋入鋼筋，分塊吊裝就位后，把這種特殊鉸的兩端可以分別焊接在分塊上。在安裝這種特殊鉸的地方，混凝土有凹坑。安裝的地方，還應(yīng)便于分塊吊裝就位后焊接。
在分塊預(yù)制過程和分塊吊裝過程中，會(huì)產(chǎn)生一定誤差，使上面再吊裝的分塊偏離薄板中心線。如圖8改進(jìn)II示意圖(二)中誤差校正圖所示，為校正這一誤差，可用適當(dāng)厚度薄鋼片墊塊埋在水平施工縫砂漿里面，把分塊在吊裝時(shí)墊起，予以校正。
分塊和壩基之間，應(yīng)采取當(dāng)措施，使分塊和壩基結(jié)合良好，吊裝無誤。也可以把這一分塊直接澆筑在壩基上，不進(jìn)行吊裝。
應(yīng)合理選擇一個(gè)各個(gè)薄板上分塊的整體吊裝順序，以便于施工。薄板上各分塊吊裝完畢后，再施工澆筑該薄板上部的混凝土。
c、混合施工情況這種情況即分期施工情況和吊裝施工情況的混合，使混合的結(jié)果達(dá)到某種目的。不多敘述。
d、有關(guān)水平施工縫和薄板分段長度水平施工縫是否采取止水措施尚待確定。因?yàn)榛炷林亓卧O(shè)計(jì)規(guī)范中，并無壩體和基礎(chǔ)間設(shè)置止水的規(guī)定，故水平施工縫應(yīng)傾向不需要特別止水措施。沿水平施工縫所在各水平平面抗剪問題，可由壩體沿這一平面的抗滑穩(wěn)定校核解決(這只是一個(gè)象征性提法，也可作其它處理)。
對于本改進(jìn)的分期施工情況，因?yàn)楸“搴穸群鼙?，故新老混凝土沿這個(gè)方向上的約束不是主要問題。應(yīng)合理選擇薄板分段沿壩軸線方向的長度，使新老混凝土之間溫度應(yīng)力等控制在某種合理的范圍之內(nèi)。這個(gè)問題尚待確定。
C、對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)III對于基礎(chǔ)巖石條件較差的預(yù)應(yīng)力錨固重力壩，本文給出了一種新的型式。從而，能在用于壩體抗滑穩(wěn)定的第二種鋼絲索和上游壩坡這一部分兩者的材料鋼筋和混凝土用量方面作出選擇，再達(dá)到一個(gè)更經(jīng)濟(jì)的效果。因?yàn)榛鶐r較差，這一效果用前面兩種改進(jìn)是不能夠獲得的。而在除了上游壩坡以外的其它壩體部分，仍用前面兩種改進(jìn)型式。對于整個(gè)壩體，用于消除拉應(yīng)力的預(yù)加應(yīng)力鋼絲索效果，基本上和前面兩種改進(jìn)相同。本文僅以非溢流重力壩為例，加以說明。當(dāng)基礎(chǔ)巖石條件較差時(shí)，如果可能，也可以用這種改進(jìn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算帶有上游壩坡的溢流壩和帶有上游壩坡的其它類型的重力壩。
本改進(jìn)用鉛垂線把壩體實(shí)際斷面在施工時(shí)分成了獨(dú)立的兩個(gè)部分，分別稱為上游壩坡部分和主體部分，如圖9、圖10所示，上游壩坡部分?jǐn)嗝鏋槿切危嫌螇纹聻橹本€，不采用曲線。主體部分的上游面為鉛垂的平面。
因?yàn)榘褖误w分割成若干部分施工，故自重荷載引起的壩體應(yīng)力分布將改變。本文主要對上游壩坡部分的設(shè)計(jì)計(jì)算及相關(guān)問題加以論述。主體部分以前面兩種改進(jìn)為基礎(chǔ)，所以，敘述相對簡短，有關(guān)部分請參閱前兩種改進(jìn)。
a、無限楔形體頂部集中荷載的方向如圖11所示，無限楔形體頂角為α，下游面沿y軸方向，頂部受集中力P的作用，P的方向和y軸順時(shí)針成δ角，P沿x軸和y軸分解出集中力-Px，Py，其中Px＝Psinδ，Py＝Pcosδ。無限楔形體在第二象限，在集中力P的作用下，產(chǎn)生應(yīng)力分布σx、σy、τxy，其中σx、σy以壓應(yīng)力為正，τxy以使正方形元沿一、三象限的對角線方向受壓縮為正。則根據(jù)無限楔形體頂部受集中力的解答，有σx=2Pα2-sin2α{x2y(x2+y2)2[αcosδ-sinαcos(α-δ)]+x3(x2+y2)2[sinαsin(α-δ)-αsinδ]}]]>σy=2Pα2-sin2α{y3(x2+y2)2[αcosδ-sinαcos(α-δ)]+xy2(x2+y2)2[sinαsin(α-δ)-αsinδ]}]]>τxy=2Pα2-sin2α{xy2(x2+y2)2[αcosδ-sinαcos(α-δ)]+xy2(x2+y2)2[sinαsin(α-δ)-αsinδ]}]]>由上面解答，顯然有以下關(guān)系式σx=xyτxy=(xy)2σy---(1)]]>
因此，楔形體最大和最小主應(yīng)力σ1、σ2分別為σ1=(1+x2y2)σy,σ2=0---(2)]]>(a)當(dāng)δ=12α---(3)]]>時(shí)，由σy表達(dá)式，因?yàn)棣凛^小，做一些取舍后，得到σy=.pαy(1+kαxy)---(4)]]>其中kα=cosα-cos4αsinα]]>(b)應(yīng)用(2)式及σy的解答，求得δ，使無限楔形體下游面最大主應(yīng)力為零，得到tgδ=αsin2α-ctgα---(5)]]>當(dāng)α很小時(shí)，cosδ=·1---(x/y)2=·0,]]>有σy=·-2Pxy2sin2α---(6)]]>這種情況，圖11所示尺寸a、b和α有一定關(guān)系。
圖12給出了a/b～α關(guān)系曲線。
以后遇有楔形體施加預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，均按(1)、(3)、(4)、(5)、(6)表達(dá)式規(guī)律計(jì)算。因?yàn)閷τ趯?shí)際問題，楔形體是有限的，故這種處理是近似的，應(yīng)加以修正。(4)式和(6)式和準(zhǔn)確值有一定差距，當(dāng)α很小時(shí)，誤差也應(yīng)很小。必要時(shí)可按準(zhǔn)確值計(jì)算。
b、上游壩坡部分改進(jìn)型式綜述上游壩坡部分的改進(jìn)型式，有下面所敘述的三種，其中，每一種又有分期(吊裝)施工和不分期施工之別，所以，實(shí)際上有六種改進(jìn)型式，還可以是這些改進(jìn)型式中的混合類型。下面敘述的三種改進(jìn)型式，第一種適用于上游壩坡較小的情況，第二種和第三種適用于上游壩坡較大的情況。而且，所敘述的三種改進(jìn)型式中，所指鋼絲索均為消除主拉應(yīng)力的鋼絲索，用于抗滑穩(wěn)定的第二種鋼絲索都分布在各自改進(jìn)型式中的最下面廊道以下。現(xiàn)在以不分期施工情況為例，把三種改進(jìn)型式敘述如下。
(a)上游壩坡部分第一種改進(jìn)型式如圖13上游壩坡部分改進(jìn)型式示意圖(一)所示，這種改進(jìn)型式鋼絲索分為兩種，分別稱為第三種鋼絲索和第四種鋼絲索，它們都傾斜布置。第三種鋼絲索沿上游壩坡部分頂角平分線布置，它產(chǎn)生的預(yù)加應(yīng)力最大主應(yīng)力，在上游壩坡部分同一高程上，上游面和下游面的數(shù)值基本相等。第四種鋼絲索在上游壩坡部分的下游面上產(chǎn)生的預(yù)加應(yīng)力最大主應(yīng)力為零，預(yù)加應(yīng)力荷載作用見設(shè)計(jì)計(jì)算部分。第四種鋼絲索和下游面的夾角δ，由(5)式確定。這兩種鋼絲在若干高程上都在同一廊道中張拉。在廊道中的布置形式如圖13B-B剖面所示。由于這種情況的上游壩坡部分壩坡較小，若上部不便布置廊道，可下半部分布置若干廊道，上半部分分期(吊裝)施工，具體方法不多敘述。
若應(yīng)用廊道，因?yàn)樯嫌螇纹潞苄?，故一般需用第一種廊道。上下廊道之間的距離可以相等，也可以不相等。廊道底水平，側(cè)壁鉛直。預(yù)加應(yīng)力荷載沿鋼絲索方向施加，張拉方法等見改進(jìn)I，不再重述。
也可以用改進(jìn)I中代替廊道的裝置代替廊道，或廊道和代替廊道的裝置混合應(yīng)用。這樣處理，同樣解決了上游壩坡較小，頂部不便布置廊道的問題。
這種改進(jìn)型式不能應(yīng)用改進(jìn)I中采用的那種特殊鉸，這是因?yàn)殇摻z索傾斜布置，張拉時(shí)上游壩坡部分會(huì)產(chǎn)生水平變形分量，尤其頂部最大。同樣的原因，上游壩坡部分和主體部分垂直縫的灌漿，應(yīng)在上游壩坡部分在預(yù)加應(yīng)力荷載作用下的徐變充分發(fā)展，到達(dá)一定程度之后進(jìn)行，以減小灌漿后徐變造成的兩個(gè)部分之間不利應(yīng)力的影響。同時(shí)，灌漿時(shí)間還應(yīng)考慮主體部分薄板徐變的影響。應(yīng)選擇一個(gè)相對較好的徐變，使之形成的相互之間的應(yīng)力對蓄水后壩體有利。
上游壩坡部分頂部銳角部分用二期混凝土或作其它處理。這個(gè)局部部分，沒有預(yù)加應(yīng)力。
這種改進(jìn)型式，可能部分廊道內(nèi)部，因兩種鋼絲索之間的距離較大，在結(jié)構(gòu)方面和改進(jìn)I中的不同，回填時(shí)，應(yīng)作特別處理。
這種改進(jìn)型式中，第二種鋼絲索沿上游壩坡部分頂角平分線傾敘布置。其它方面不多敘述。
上游壩坡部分，這種改進(jìn)型式下，分期(吊裝)施工時(shí)，用水平施工縫把上游壩坡部分上下分成若干塊進(jìn)行施工，預(yù)加應(yīng)力荷載也隨分期(吊裝)分別施加。因?yàn)樯嫌螇尾糠衷趬误w底部寬度較大，故在前幾個(gè)施工分期(吊裝情況相同)中，兩種鋼絲索都可以沿寬度方向布置成若干條，使它們的合力和方向分別與現(xiàn)在一條時(shí)的情況各自靜力等效即可。因此，這種施工方法，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
(b)上游壩坡部分第二種改進(jìn)型式如圖14上游壩坡部分改進(jìn)型式示意圖(二)所示，用垂直縫把上游壩坡部分分割成一塊楔形體和若干頂部帶有楔形體的薄板。楔形體的鋼絲索傾斜布置和楔形體頂角平分線重合，在楔形體頂部張拉。薄板頂部楔形體布置有傾斜鋼絲索和所謂的平衡鋼絲索，薄板下部布置有垂直鋼絲索。薄板頂部傾斜鋼絲索沿楔形體頂角平分線布置，平衡鋼絲索垂直于上游壩坡，垂直鋼絲索沿薄板中心線或關(guān)于薄板中心線對稱布置。薄板頂部傾斜鋼絲索、平衡鋼絲索和一條沿薄板中心線的垂直鋼絲索在楔形體底部廊道中鉸接，見本圖大樣甲所示。鋼絲索張拉時(shí)，薄板頂部傾斜鋼絲索在薄板頂部楔形體的頂部張拉，平衡鋼絲索不張拉，薄板下部垂直鋼絲索在各廊道中張拉。同一薄板上，廊道之間距離可以相等，也可以不相等。也可以應(yīng)用代替廊道的裝置代替廊道，或代替廊道的裝置和廊道混合應(yīng)用。鋼絲索的張拉方法見改進(jìn)I，不再重述。這種改進(jìn)型式，楔形體和薄板頂部楔形體它們與和它們相鄰的下游薄板之間不能設(shè)置改進(jìn)I中應(yīng)用的那種特殊鉸。其它部位各薄板之間，包括上游壩坡部分的最下游一塊薄板(不包括頂部楔形體)和主體部分最上游的一塊薄板之間可以設(shè)置那種特殊鉸。上游壩坡部分各垂直縫的灌漿時(shí)間，以及上游壩坡部分和主體部分垂直縫灌漿時(shí)間均應(yīng)考慮在自重和預(yù)加應(yīng)力荷載作用下，各薄板的徐變影響。特別地，楔形體和薄板頂部楔形體在預(yù)加應(yīng)力荷載作用下，徐變存在水平分量。還應(yīng)選擇一個(gè)較好的薄板之間的相對徐變，在壩體蓄水后，這些徐變產(chǎn)生的薄板之間的應(yīng)力對壩有利。楔形體和各薄板頂部楔形體的頂部銳角部分處理有兩種方法，見本圖中大樣甲和大樣乙。大樣甲采用相對楔形體二期施工的混凝土處理，大樣乙僅在楔形體頂部局部用聚合物混凝土等高強(qiáng)度材料處理。這兩種處理方法頂部均沒有預(yù)加應(yīng)力。第二種鋼絲垂直布置。
上游壩坡部分，這種改進(jìn)型式下，分期(吊裝)施工時(shí)，不設(shè)置廊道，可在各前述廊道底部位置用水平施工縫把上游壩坡部分各薄板分割成若干施工分塊。這些塊體有的柱狀，有的楔形體形狀。楔形體和薄板頂部楔形體都不再分塊。相鄰薄板各水平施工縫之間應(yīng)考慮是否相互錯(cuò)開，以增加壩體各部位水平抗剪能力。若主體部分也分期(吊裝)施工，則和上游壩坡部分相鄰的各水平施工縫之間也應(yīng)考慮是否相互錯(cuò)開。各塊體上面的預(yù)加應(yīng)力荷載也隨分期(吊裝)分別施加，各塊體之間應(yīng)選擇一個(gè)合理的分期(吊裝)施工順序，使各分塊之間，上游壩坡部分和主體部分之間便于施工和有利于混凝土溫度控制(吊裝施工時(shí)，沒有溫度控制問題)等等。
(c)上游壩坡部分第三種改進(jìn)型式如圖15上游壩坡部分改進(jìn)型式示意圖(三)所示，用垂直縫把上游壩坡部分分割成一塊楔形體和若干頂部帶有楔形體的薄板。楔形體上的鋼絲索傾斜設(shè)置，和楔形體的頂角平分線重合。其它各薄板上均設(shè)有沿預(yù)部楔形體頂角平分線布置的傾斜鋼絲索。傾斜鋼絲索下端都各自錨固在壩基之內(nèi)。若傾斜鋼絲索和垂直縫相交，則就在傾斜鋼絲索預(yù)應(yīng)力孔中襯以橡膠管，使橡膠管和混凝土結(jié)合良好，以防止垂直縫灌漿時(shí)漿液進(jìn)入傾斜鋼絲索預(yù)應(yīng)力孔中，同時(shí)，又不影響各薄板之間發(fā)生形變時(shí)(施工階段)的獨(dú)立性；當(dāng)傾斜鋼絲索，垂直縫和壩基面三者相交時(shí)，也可做其它相應(yīng)處理。各薄板下部沿薄板中心線或關(guān)于薄板中心線對稱布置有垂直鋼絲索。薄板上最上面的垂直鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載作用點(diǎn)和上游一塊薄板或楔形體上傾斜鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載作用點(diǎn)在同一高程上。各傾斜鋼絲索均在楔形體和各薄板頂部楔形體的頂部張拉。垂直鋼絲索在各廊道中張拉。同一薄板上，廊道之間的距離可以相等也可以不相等。也可以用代替廊道的裝置代替各廊道，或代替廊道的裝置和廊道混合應(yīng)用。鋼絲索的張拉方法見改進(jìn)I，不再得復(fù)。張拉時(shí)，整個(gè)過程如下，和其它型式不同。
首先，對楔形體和各薄板上的垂直鋼絲索進(jìn)行張拉或補(bǔ)償張拉，這一部分的張拉就徹底完成。然后，施工楔形體頂部的二期混凝土，見本圖大樣圖。等二期混凝土完成一定時(shí)期(可用快硬水泥等材料，以縮短工期)，對自上游算起的第一條垂直縫灌漿。待這條垂直縫灌漿到達(dá)一定時(shí)期，楔形體和自上游算起的第一塊頂部帶有楔形體的薄板之間，形成了一個(gè)更大的楔形體。然后，再把它當(dāng)作第一個(gè)楔形體進(jìn)行鋼絲索張拉——施工頂部二期混凝土——對下一個(gè)垂直縫灌漿——形成更大的楔形體。用這種方法繼續(xù)進(jìn)行下去，直到楔形體和全部頂部帶有楔形體的薄板形成上游完整的上游壩坡部分整體。然后，再進(jìn)行最后一條傾斜鋼絲索的張拉，施工上游壩坡部分頂部二期混凝土。上游壩坡部分頂部二期混凝土也可不用，作其它處理，如局部用聚合物混凝土等高強(qiáng)度材料處理，見圖14上游壩坡部分改進(jìn)型式示意圖(二)中大樣乙所示。
這種改進(jìn)型式下，楔形體和薄板之間，薄板和薄板之間，以及上游壩坡部分最下游一塊薄板和主體部分最上游一塊薄板之間，都不能用改進(jìn)I中采用的那種特殊鉸。灌漿時(shí)可在垂直縫頂部采取措施，如暫時(shí)把薄板和前面楔形體或薄板頂部的楔形體相連接等，以減小灌漿側(cè)壓等帶來的不利影響。同樣，各垂直縫的灌漿時(shí)間應(yīng)考慮混凝土在自重和預(yù)加應(yīng)力荷載作用下的徐變影響。特別是楔形體在頂部預(yù)加應(yīng)力荷載作用下，產(chǎn)生的徐變水平分量的影響也不能忽略。這種改進(jìn)型式第二種鋼絲索垂直布置。
上游壩坡部分這種改進(jìn)型式分期(吊裝)施工時(shí)，見前面第二種改進(jìn)型式，只是分塊的形式應(yīng)和這種型式下的不分期施工時(shí)分份的形式相同，且在鋼絲索張拉方面略有改變?nèi)缦隆Ｖ鶢罘謮K上面的鋼絲索張拉隨柱狀分塊分期(吊裝)分別進(jìn)行。待施工完楔形體和薄板頂部楔形體混凝土澆筑之后(或吊裝之后)一段時(shí)間，用前面不分期施工時(shí)敘述的傾斜鋼絲索張拉相同的方法對傾斜鋼絲索進(jìn)行張拉。
為了使這種型式中不能應(yīng)用特殊的部位得到連接，可以把特殊鉸加以改造而仍然應(yīng)用在這些部位。如改進(jìn)VI圖41所示，可以不把鋼筋直接焊接到元件2上，而是用鉛垂的銷釘把元件2和鋼筋相連接。當(dāng)采取適當(dāng)措施，用力向上拔出銷釘后，該特殊鉸的連接即解除。在給楔形體或更大楔形體施加傾斜預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，可以解除該楔形體和其它部分用特殊鉸形成的連接。當(dāng)然，這是在楔形體和其它部分滿足力學(xué)要求時(shí)進(jìn)行的。也可以不用銷釘而采取其它在特殊鉸部位電動(dòng)的方法來解除元件2和鋼筋的連接，使施工方便。
D、對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)IV本文是繼對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)I、II、III之后的改進(jìn)IV，本改進(jìn)以前面三種改進(jìn)為基礎(chǔ)。本改進(jìn)較前面三種改進(jìn)在經(jīng)濟(jì)方面可有顯著提高。本文敘述相對簡短，有關(guān)部分請參閱前面三種改進(jìn)，不多重復(fù)。
a、對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)IV綜述I壩體下游面曲線可以是任意形狀，而在本綜述中假定為直線。如圖16改進(jìn)IV示意圖(一)所示，ON為拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線，OM為垂直正應(yīng)力正負(fù)分界線，它們一般均應(yīng)為曲線，由實(shí)際設(shè)計(jì)確定。在圖中，OM和ON都畫成了實(shí)線。
壩體可帶有上游壩坡，上游壩坡部分改進(jìn)見改進(jìn)III。如果壩體帶有上游壩坡，則本改進(jìn)只對改進(jìn)III中所述主體部分進(jìn)行改進(jìn)。
同改進(jìn)I、II、III，通過N點(diǎn)作鉛垂線，把壩體剖面分成兩部分，上游部分為直角梯形。再把直角梯形用若干鉛垂線分成若干部分。施工時(shí)，在每條鉛垂線的位置預(yù)留一條垂直縫，從而，把這一直角梯形部分分成若干薄板。下游部分在壓應(yīng)力區(qū)內(nèi)。
每一薄板的上游面和ON有一交點(diǎn)，通過此交點(diǎn)作水平線。稱此水平線在該薄板內(nèi)的部分為第一類水平線。第一類水平線把薄板分成兩個(gè)部分，下半部分必須施加預(yù)加應(yīng)力。
若干薄板上游面和OM有交點(diǎn)。通過這種交點(diǎn)作水平線，這種水平線在薄板內(nèi)的部分稱為第二類水平線。在圖中的第一塊薄板上，兩條水平線重合。在同時(shí)具有兩類水平線的薄板上，第一類水平線在第二類水平線的上面。
在本改進(jìn)中，對第二類水平線下面的一部分薄板，必須施加垂直預(yù)加應(yīng)力，至少使得垂直正應(yīng)力(疊加進(jìn)預(yù)加應(yīng)力之后的最終應(yīng)力)不小于零。這部分薄板同時(shí)還可以施加水平預(yù)加應(yīng)力。
對于第一類水平線和第二類水平線中間的一部分薄板，或沒有第二類水平線薄板的第一類水平線下面的一部分薄板，可以用垂直預(yù)加應(yīng)力消除最小主拉應(yīng)力，也可以用水平預(yù)加應(yīng)力消除最小主拉應(yīng)力，還可以同時(shí)運(yùn)用水平預(yù)加應(yīng)力和垂直預(yù)加應(yīng)力來消除最小主拉應(yīng)力。
(a)垂直預(yù)加應(yīng)力垂直預(yù)加應(yīng)力的施加方法及鋼絲索布置等等和改進(jìn)I、II、III完全相同。
(b)水平預(yù)加應(yīng)力同一薄板上不同部位的水平預(yù)加應(yīng)力可以不相同。
(i)薄板下部和壩基接觸部位的水平預(yù)加應(yīng)力當(dāng)薄板很薄，給薄板施加水平預(yù)加應(yīng)力，壩基約束不大時(shí)，可對薄板直接施加水平預(yù)加應(yīng)力。
當(dāng)薄板較厚，用上面方法施加水平預(yù)加應(yīng)力基礎(chǔ)約束影響明顯時(shí)，可如下施工。先澆筑此薄板至壩基面以上一定高度，采取措施，使這一高度內(nèi)的薄板底部和壩基面在壩寬方向不產(chǎn)生相互約束，如圖17所示，然后，施加水平預(yù)加應(yīng)力。最后，對薄板底部和壩基面之間的縫隙用高強(qiáng)度材料灌漿處理。其次，再澆筑上面的薄板。此高度大小尚待確定。
(ii)不分期施工情況每一塊薄板均不分期施工。這種情況薄板之間可先后施工澆筑。如可先施工澆筑下游一塊薄板，施加完水平預(yù)加應(yīng)力后，再施工澆筑較上游一塊相鄰的薄板，依次施工澆筑。也可不等下游一塊薄板完全施工澆筑完，先在下游薄板底部施加水平預(yù)加應(yīng)力，之后，施工澆筑該薄板，隨著工期進(jìn)度，逐漸向上施工澆筑等等。
薄板上設(shè)有第一種廊道時(shí)，廊道處的水平預(yù)加應(yīng)力可如下施加。廊道的回填和垂直應(yīng)力的產(chǎn)生在改進(jìn)VI中已有介紹。這時(shí)，不需要在長度方向的面上施加模板，只需沿壩軸線方向?qū)⒒靥疃蔚淖詰?yīng)力混凝土分成若干塊即可。具體做法為，在廊道處沿薄板寬度方向用預(yù)加應(yīng)力鋼筋施加一定的水平預(yù)加應(yīng)力，選擇廊道的寬和高，通過自應(yīng)力混凝土膨脹，可以同時(shí)得到所需要的水平預(yù)加應(yīng)力和垂直預(yù)加應(yīng)力，其它方面同改進(jìn)VI。
薄板上設(shè)有第二種廊道時(shí)，可分別對兩廊道壁施加水平預(yù)加應(yīng)力。
(iii)分期施工和吊裝施工情況這兩種施工方法很適宜水平預(yù)加應(yīng)力施加，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
分期施工時(shí)，可隨分期同時(shí)施加水平預(yù)加應(yīng)力。吊裝施工時(shí)，可在分塊預(yù)制時(shí)施加水平預(yù)加應(yīng)力。
(iv)水平預(yù)應(yīng)力鋼筋布置水平預(yù)應(yīng)力鋼筋垂直于薄板平面在薄板平面內(nèi)成行成列地密布布置。行列之間的距離越小，預(yù)應(yīng)力分布越均勻。行列之間的距離尚待進(jìn)一步明確。縮小這一距離應(yīng)不受限制。
(v)錨具錨具為通常預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中所用錨具。擬有以下兩種應(yīng)用形式。
①薄板在錨具處有凹坑，施加完水平預(yù)加應(yīng)力之后，把凹坑填平。
②錨具突出薄板平面作用于薄板平面上，和錨具相對的另一塊相鄰薄板平面上有凹坑。這種形式頗為理想，能增加兩薄板垂直縫的抗剪能力，降低對垂直縫灌漿材料強(qiáng)度的要求。根據(jù)重力壩應(yīng)力特點(diǎn)，水平預(yù)加應(yīng)力應(yīng)在靠近壓應(yīng)力區(qū)的拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)施加，此處垂直縫上的剪應(yīng)力較上游為大，故尤為適宜。
(vi)當(dāng)壩體內(nèi)拉應(yīng)力區(qū)和壓力區(qū)分界線與壩體下游面接近，按原方法畫分薄板不方便時(shí)，最下游的一塊薄板下游的表面可為壩體下游面，在下游面上施加水平預(yù)加應(yīng)力荷載。
(vii)在距壩基面以上一段適當(dāng)高度，在中間垂直縫灌漿之后，兩塊或數(shù)塊薄板可同時(shí)施加水平預(yù)加應(yīng)力，減少錨具用量。在需要較大水平預(yù)加應(yīng)力的薄板上，可先施加一些水平預(yù)加應(yīng)力，然后，再兩塊或數(shù)塊薄板一起施加水平預(yù)加應(yīng)力。以獲得不同水平預(yù)加應(yīng)力。
(viii)水平預(yù)加應(yīng)力均采用后張法施加。鋼筋表面作好防銹處理。單塊薄板施加水平預(yù)加應(yīng)力時(shí)，可在預(yù)應(yīng)力鋼筋外面套上一層薄塑料軟管，直接澆筑在混凝土里面。塑料軟管作用是當(dāng)施加水平預(yù)加應(yīng)力時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋可在混凝土里面自由伸縮。鋼筋張拉完畢后，在鋼筋兩端做好防水處理。當(dāng)兩塊或數(shù)塊薄板一起施加水平預(yù)加應(yīng)力時(shí)，應(yīng)設(shè)水平預(yù)應(yīng)力孔，且此孔在垂直縫處斷開，施加完水平預(yù)加應(yīng)力后，對預(yù)應(yīng)力孔灌漿處理。這樣，能確保薄板之間施加垂直預(yù)應(yīng)力荷載時(shí)的獨(dú)立性。
(ix)在改進(jìn)I、II、III中應(yīng)用過一種特殊鉸，在這里，這種鉸連接相鄰薄板的兩端中的一端，應(yīng)在施加完水平預(yù)應(yīng)力之后再固定。
b、對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)IV綜述II以對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)IV綜述I為基礎(chǔ)，本節(jié)對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩作出了進(jìn)一步的改進(jìn)。設(shè)計(jì)時(shí)，對于這一改進(jìn)也應(yīng)設(shè)計(jì)成多種方案進(jìn)行比較。
在前面的各改進(jìn)中，都是實(shí)體壩體。而在改進(jìn)I中，當(dāng)?shù)诙N廊道不回填時(shí)，壩體內(nèi)可有一些空間。但是，在本改進(jìn)中，壩體內(nèi)可有很大空間。這類似于混凝土空腹重力壩，而又具有一些獨(dú)特的特點(diǎn)。具體介紹如下。
如圖18改進(jìn)IV示意圖(二)所示，該圖為壩體剖面圖，在綜述中假設(shè)壩體下游面為直線，而在實(shí)際設(shè)計(jì)中可為曲線。壩體上游面可以帶有上游壩坡，也可以鉛直。示意圖中上游面鋁直。若壩體上游面帶有壩坡，且上游壩坡部分需要預(yù)加應(yīng)力，則上游壩坡部分改進(jìn)同改進(jìn)III，本改進(jìn)只對主體部分進(jìn)行。若上游壩坡部分不需預(yù)加應(yīng)力，則本改進(jìn)也同改進(jìn)III，把壩體在施工時(shí)用垂直縫分成上游壩坡部分和主體部分，改進(jìn)也在主體部分進(jìn)行。
如圖18示意所示，用垂直縫把壩體分成上游部分和下游部分(也可以不分出下游部分)下游部分不需預(yù)加應(yīng)力。而在上游部分中，有若干上通至壩體下游面的鉛垂薄板，稱為第一類薄板。在第一類薄板之間，或第一類薄板和壩體下游部分之間，自壩基面以上，還有一些矮鉛垂薄板，稱為第二類薄板。注意，第一類和第二類薄板的含義和改進(jìn)V中的不同。在這兩類薄板中，若有的薄板符合應(yīng)力要求，就不對其施加預(yù)加應(yīng)力。在第二類薄板上方，不和第二類薄板連續(xù)，兩相鄰薄板(不分類別)之間還有一些水平的連接，或薄板和下游部分之間水平的連接稱為薄板連接子。兩塊薄板(不分類別)之間上下可有若干薄板連接子。在第一類薄板頂部，兩塊第一類薄板或第一類薄板和下游部分之間的連接，稱為第一類薄板(下游面)面板連接。第一類薄板、第二類薄板、下游部分上游面，和相連接的薄板連接子、第一類薄板面板連接的若干之間可圍成一些空間。因?yàn)檫@些空間的存在，在壩體運(yùn)行期，可降低壩體揚(yáng)壓力。
施工時(shí)，相鄰的第一類薄板之間、第一類薄板和第二類薄板之間、第二類薄板之間可采用以前改進(jìn)用過的特殊鉸，這些薄板和相鄰的下游部分之間也可采用這種特殊鉸相連接，以適應(yīng)風(fēng)荷、灌漿側(cè)壓、薄板穩(wěn)定的要求。在薄板(不分類別)某處，如待后施工的薄板連接子的地方、第一類薄板面板連接的地方或其它地方，在該處薄板(若現(xiàn)場澆筑)混凝土澆筑齡期到達(dá)一定時(shí)期，兩薄板之間可用垂直于薄板平面的連桿相連接，這些連桿可受拉、受壓，兩端鉸接到兩塊第一類薄板或第一類薄板和第二類薄板或薄板和下游部分相對的平面上，來代替上述特殊鉸的功用。用完后拆除或不拆除，吊裝施工時(shí)，也可作相似處理。
預(yù)加應(yīng)力只在第一類薄板和第二類薄板上施加，可以是水平預(yù)加應(yīng)力，也可以是垂直預(yù)加應(yīng)力，還可以同時(shí)施加這兩種預(yù)加應(yīng)力。也可以沿壩軸線方向施加或同時(shí)施加水平預(yù)加應(yīng)力，見后文。因?yàn)楸“逶谀承┑胤絻蓚€(gè)薄板面都和空間相接，所以，這些地方的水平預(yù)加應(yīng)力在施工現(xiàn)場更易施加。因?yàn)檫@種鋼筋混凝土重力壩內(nèi)部空間的存在，使得壩體自重減輕，當(dāng)壩寬較大時(shí)，第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載較小，第二種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載就較大。而第二種預(yù)加應(yīng)力荷載錨定在距壩基面不高的薄板(第一類或第二類)上，而不是錨定在壩頂，故鋼絲索用量得以減小。極限情況，第一種鋼絲索用量為零時(shí)，可只用第二種鋼絲索，這是比空腹重力壩優(yōu)勝的地方，而空腹重力壩因?yàn)橹亓康臏p少使空腹大小受到限制。
壩體的薄板(除上游第一塊)和薄板連接子以及第一類薄板面板連接沿壩軸線方向可連續(xù)，也可時(shí)斷時(shí)續(xù)(不指壩體橫縫之類的連續(xù)與否。而第一類薄板不連續(xù)指它轉(zhuǎn)化成第二類薄板，第二類薄板不連續(xù)指它的高度沿這一方向參差不齊)，且斷開距離可大可小，由設(shè)計(jì)計(jì)算和要求意愿確定。當(dāng)?shù)谝活惐“迕姘暹B接有多處斷開時(shí)，鋼筋混凝土重力壩為鏤空式的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，這只適用在非溢流段壩體。薄板連接子和第一類薄板面板連接應(yīng)該在相關(guān)的第一類薄板或第二類薄板上施加完預(yù)加應(yīng)力荷載后施工。當(dāng)上游第一塊薄板后薄板連接子沿壩軸線方向斷開較多時(shí)，可對第一塊薄板同時(shí)施加沿壩軸線方向的水平預(yù)加應(yīng)力。鋼絲索兩端錨固在該薄板在兩壩體橫縫中這一部分的兩端。當(dāng)薄板和基礎(chǔ)約束較大時(shí)，可采取適當(dāng)措施施加這種預(yù)加應(yīng)力。當(dāng)?shù)谝粔K薄板前面有上游壩坡時(shí)，可同時(shí)(若需要)對于上游壩坡部分施加這種預(yù)加應(yīng)力，最后，再把上游壩坡部分和第一塊薄板灌漿連接到一起。若需要，也可仿上對其它薄板施加這種預(yù)加應(yīng)力。
壩體的薄板連接子起著應(yīng)力傳遞的作用?？刹捎闷胀ㄋや摻罨炷两Y(jié)構(gòu)。第一類薄板或第二類薄板澆筑到薄板連接子的部位，可埋設(shè)一些鋼筋并丟出鋼筋頭，把它們澆筑在薄板連接子里面。壩體的薄板連接子也可以采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，當(dāng)應(yīng)力復(fù)雜時(shí)，可同時(shí)進(jìn)行普通配筋。當(dāng)壩體的薄板連接子采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)并預(yù)制時(shí)，在吊裝就位后可用灌漿的方法把兩端粘結(jié)到第一類薄板或第二類薄板或下游部分的平面上。和薄板連接子相對的第一類或第二類薄板的局部區(qū)域可進(jìn)行普通配筋以滿足局部需要。
第一類薄板面板連接也起著應(yīng)力傳遞的作用。當(dāng)?shù)谝活惐“迕孢B接較厚時(shí)，下部一層可采用普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部采用混凝土結(jié)構(gòu)，上部混凝土達(dá)到一定齡期后，可對第一類薄板面板連接兩端和第一類薄板形成的縫隙灌漿處理。同樣，下部一層也可采用預(yù)加應(yīng)力結(jié)構(gòu)，不多敘述。當(dāng)?shù)谝活惐“迕姘暹B接下部一層采用普通水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(或全部采用普通水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu))時(shí)，和它兩端相對的第一類薄板或下游部分的局部區(qū)域可進(jìn)行普通配筋以滿足局部需要。
上述的壩體均有“壩底”，當(dāng)壩寬增加時(shí)，可改善壩基應(yīng)力，使壩體適用于較目前重力壩更差一些的巖石基礎(chǔ)。當(dāng)基礎(chǔ)巖石情況較好時(shí)，則部分或全部第二類薄板也可以不用，相應(yīng)的部位不再有“壩底”。
在上述的壩體中，當(dāng)兩塊薄板之間上下有很多薄板連接子，以致于這些薄板連接子上下連接成一體且下面和對應(yīng)的第二類薄板也相接時(shí)(顯然，這時(shí)沿壩軸線方向薄板連接子應(yīng)有若干不連續(xù)的地方，否則，將為實(shí)體結(jié)構(gòu)。而且，斷開可以很多，連續(xù)的地方沿該方向可以很薄)，稱連接后的這一部分為腹板。這是一種特殊情況，故在此給出。和薄板相似，可以給腹板施加垂直預(yù)加應(yīng)力，具體方法不再詳述。當(dāng)所需垂直預(yù)加應(yīng)力沿壩寬方向變化較大時(shí)，可用垂直縫把腹板沿壩寬方向分割成若干混凝土柱施工，最后對垂直縫灌漿。還可以采取措施，給腹板施加沿壩寬方向的水平預(yù)加應(yīng)力。當(dāng)腹板連接的兩薄板為第一類薄板時(shí)，則對應(yīng)的第一類薄板面板連接也可以和腹板形成一體，統(tǒng)稱為腹板。在兩塊相鄰的腹板之間，也可以同時(shí)設(shè)置薄板連接子。這些薄板連接子還可以同時(shí)和腹板相連接，視需要而定。該特殊情況還可和前述情況結(jié)合應(yīng)用。
對抗凍要求較高的部位，如下游迎水的第一塊薄板的后面等，可做成與外界隔絕的封閉空間，使這些部位在空間內(nèi)部，增加保溫性能。必要時(shí)，還可在此空間內(nèi)隨時(shí)增加熱源以保持一定的溫度。
c、對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)IV綜述III以對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)IV綜述I、II為基礎(chǔ)，本節(jié)又給出了非實(shí)體鋼筋混凝土重力壩的另一新型式，下面以吊裝施工情況為例，加以說明。
如圖19改進(jìn)IV示意圖(三)所示，結(jié)構(gòu)除上游第一塊薄板和壩底外，其它部分近似于桿系結(jié)構(gòu)。該圖是兩壩體橫縱中間的一段壩體剖面圖。
上游迎水的第一塊薄板鉛垂，稱為面板。和前面各種改進(jìn)相同，可以給面板施加沿鉛垂方向、沿壩寬方向和沿壩軸線方向的各種預(yù)加應(yīng)力。
鉛垂的各柱狀體稱為立柱，主要施加沿鉛垂方向的預(yù)加應(yīng)力。鋼絲索錨固在壩基之中，和前面各改進(jìn)中薄板相似，可以在立柱的不同高程上給它施加預(yù)加應(yīng)力荷載，計(jì)算公式也相同。還可以同時(shí)再施加另外兩個(gè)方向的預(yù)加應(yīng)力。立柱的吊裝和前面改進(jìn)中分塊的吊裝相似，采取適當(dāng)措施，以預(yù)應(yīng)力孔當(dāng)作吊裝孔，使立柱處于鉛垂方向吊裝和運(yùn)輸即可。立柱應(yīng)該上通至壩體下游面(該壩沒有下游面，溢流壩段的壩體采用這種壩型時(shí)，可以加上下游面面板)位置，主要承擔(dān)其它與之相連接的構(gòu)件傳來的荷載，它的下面應(yīng)直接作用在壩基面上。立柱的截面面積可以上下不相等，圖中的截面面積上下都相等。
沿壩寬方向的梁稱為橫梁，沿壩軸線方向的梁稱為縱梁，沿壩體下游輪廊方向的梁稱為斜梁。
立柱和各種梁相交的地方稱為節(jié)點(diǎn)。各構(gòu)件長度即該構(gòu)件兩節(jié)點(diǎn)之間的距離。斜梁兩端應(yīng)適合所在位置的形狀。圖19中所示壩體各節(jié)點(diǎn)至少有三種構(gòu)件相交。各種梁根據(jù)所在位置受力情況，可分別采取預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或素混凝土結(jié)構(gòu)。各種梁在兩端丟出鋼筋頭，吊裝就位后，在節(jié)點(diǎn)處，把各種構(gòu)件的鋼筋頭澆筑在一起。橫梁和面板相交的地方可仿前面改進(jìn)中的薄板連接子的方式相連接。
除立柱外的其它壩基面上，可以澆筑一層混凝土，稱為底板。在底板上面施加垂直方向的預(yù)加應(yīng)力荷載，增加壩體的抗滑穩(wěn)定性。因?yàn)檫@種壩型的壩體寬度可以很大，故底板可以只在部分壩基面上，而另一部分壩基面上沒有底板。
這種壩體基本沒有壩體揚(yáng)壓力，也沒有薄板之間的灌漿工序。各構(gòu)件分工受力明確，各構(gòu)件應(yīng)以細(xì)而密為設(shè)計(jì)原則，但是，過分的細(xì)和密又會(huì)使結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。
施工時(shí)，應(yīng)該兩壩體橫縫之間的壩段整體一起施工。即把各立柱吊裝到同一高程，然后安裝上這一高程上的各種梁(斜梁除外)，澆筑各節(jié)點(diǎn)。等節(jié)點(diǎn)澆筑到達(dá)一定時(shí)期(可用快硬水泥等材料，以縮短工期)，各立柱在這一高程的頂端就有了一些聯(lián)系(這種聯(lián)系使得立柱在施加預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)等于給整個(gè)立柱在中間增加了許多鉸與其它部分連接了起來。所以，在施工設(shè)計(jì)過程中，使立柱可簡化成許多兩端有一定支撐方式的壓桿穩(wěn)定問題)。然后，再給各立柱施加鉛垂方向的預(yù)加應(yīng)力荷載。最后，等待各高程上各種構(gòu)件都吊裝完畢后，再吊裝斜梁。
因?yàn)樵诮o立柱施加垂直方向預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，有橫梁和縱梁的聯(lián)系，所以，立柱之間會(huì)有一定影響，橫梁和縱梁也會(huì)受到一定的影響。為了避免這些影響和準(zhǔn)確把握預(yù)加應(yīng)力，可以把改進(jìn)I中應(yīng)用的特殊鉸安置在各梁(橫梁和縱梁)的中間(若該梁為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，可給該梁的兩個(gè)半梁分別在吊裝前施加預(yù)加應(yīng)力)，把兩個(gè)半梁的另外兩個(gè)方向暫時(shí)施加一些約束，待給立柱施加預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，再解除這些約束，給立柱施加完預(yù)加應(yīng)力之后，再把兩個(gè)半梁用高強(qiáng)度材料粘接起來。
如果壩體有抗凍要求，則在面板之后可以再增加一塊薄板，該薄板和面板相距一定距離，在面板后做成封閉空間，封閉空間內(nèi)可隨時(shí)增加熱源以維持封閉空間內(nèi)的溫度。該薄板和面板之間的連接方式同改進(jìn)IV綜述II。
縱梁結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足沿壩軸線方向的穩(wěn)定，這也是改進(jìn)IV綜述II中薄板過渡到本綜述中各立柱的關(guān)鍵。縱梁使用得當(dāng)時(shí)，可使本結(jié)構(gòu)和薄板在這方面的功能接近。而材料用量大幅度減少。因此，縱梁結(jié)構(gòu)和布置得當(dāng)時(shí)，壩體仍有加固河流岸坡的作用，為增加這一作用，縱梁截面可設(shè)計(jì)成工字梁，增加梁的高度，施工過程和上述可略有不同。
當(dāng)該壩型用于溢流壩段時(shí)，上面可有下游面面板，不再應(yīng)用斜梁，由于泄流時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足這方面的要求，下游面板可現(xiàn)場施工澆筑，也可分成若干部分預(yù)制。
斜梁軸線可以設(shè)計(jì)成曲線形狀，而在此綜述中為直線，下游面面板也可以設(shè)計(jì)成曲面。
這種壩型還可采用其它方法施工，或用不分期施工、分期施工、吊裝施工并用的混合施工方法。
E、對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)V若干提高改進(jìn)I、II、III、IV效果的措施a、改進(jìn)I和改進(jìn)II的結(jié)合改進(jìn)I和改進(jìn)II比較而言，各有優(yōu)劣。改進(jìn)I施工進(jìn)度快，施工復(fù)雜，預(yù)應(yīng)力損失小。而改進(jìn)II分期施工情況恰恰相反，吊裝施工情況中施工進(jìn)度得以改善，甚至較改進(jìn)I為快。此外，兩種改進(jìn)還各有其他一些特點(diǎn)。
改進(jìn)I和改進(jìn)II可以在同一壩體的不同薄板上同時(shí)應(yīng)用，也可以在同一薄板上同時(shí)應(yīng)用。并且，它們同時(shí)應(yīng)用的部位也是任意的。
例如，壩體中為滿足施工期或運(yùn)行期的某些需要，需要在一些部位設(shè)置一些廊道。當(dāng)壩體按改進(jìn)II施工的時(shí)候，可在設(shè)置廊道部位的薄板上，在廊道內(nèi)設(shè)置鋼絲索。鋼絲索在薄板施工過程中進(jìn)行張拉，或多次進(jìn)行張拉。從而，節(jié)約了鋼絲索因某些預(yù)應(yīng)力損失而增加的截面面積。
再如，采用改進(jìn)I施工的壩體第一塊薄板上，必須采用代替廊道的裝置而不設(shè)置廊道，若設(shè)廊道，一般應(yīng)設(shè)置第一種廊道，再用自應(yīng)力混凝土回填。如果在第一快薄板上改用改進(jìn)II施工，則使得施工過程變得簡單。在靠近壩體下游時(shí)，不宜設(shè)置廊道的地方，除用代替廊道的裝置代替廊道，或采用第一種廊道最后回填以外，也可采用改進(jìn)II進(jìn)行施工。
各種預(yù)應(yīng)力損失，顯然，是分塊頂部高程的函數(shù)。因此，對于實(shí)際問題，當(dāng)計(jì)算出這些預(yù)應(yīng)力損失以后，可針對那些預(yù)應(yīng)力損失和鋼絲索長度乘積較大的分塊，改用改進(jìn)I進(jìn)行施工，以減小預(yù)應(yīng)力損失節(jié)約鋼材。
總之，改進(jìn)I和改進(jìn)II的結(jié)合問題，也應(yīng)設(shè)計(jì)出多種方案，多方面進(jìn)行比較，從中選出一個(gè)滿意的方案。不多敘述。
b、不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力時(shí)，壩體中拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)應(yīng)力分布的簡化和分類。不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力荷載，假設(shè)壩體中各分份(塊)很小，以至它們邊緣上的應(yīng)力可以近似的認(rèn)為按直線變化。各分份(塊)內(nèi)部的應(yīng)力分布按邊緣上應(yīng)力沿x軸方向按直線插值計(jì)算。如圖20、21所示，圖中ABDC為某一分份(塊)，由假定，只要A、B、C、D四點(diǎn)上的應(yīng)力分量確定以后，則此分份(塊)邊緣及內(nèi)部應(yīng)力分布就完全確定了。以后稱A、B、C、D為這一分份(塊)的四個(gè)頂點(diǎn)。
第一種廊道中回填自應(yīng)力混凝土以后，預(yù)加應(yīng)力σy′分布在整個(gè)廊道斷面都相等，計(jì)算時(shí)，也近似按進(jìn)一步改進(jìn)后預(yù)加應(yīng)力變換規(guī)律計(jì)算。最后取這一變化規(guī)律在廊道斷面內(nèi)的最大值，加上自重在廊道處產(chǎn)生的應(yīng)力作為自應(yīng)力混凝土應(yīng)產(chǎn)生的預(yù)加應(yīng)力數(shù)值。第二種廊道計(jì)算時(shí)，和改進(jìn)1設(shè)計(jì)計(jì)算約定相同。
圖20、21給出了兩種垂直正應(yīng)力σy的分布。在圖20中，A、B、C、D四個(gè)頂點(diǎn)上的應(yīng)力分別為σyA、σyB、σyC、σyD，它們滿足如下規(guī)律σyA≤σyB，σyC-σyA＝σyD-σyB≤0。
令σyA＝-α，σyB＝-b，σyC-σyA＝σyD-σyB＝-C，則上述關(guān)系可簡單表示成a≥b，c≥0。如無限楔形體只在自重和齊頂水壓力的作用下，σy分布即按此規(guī)律變化。
在圖21中，分份(塊)四個(gè)頂點(diǎn)A、B、C、D上的應(yīng)力σyA、σyB、σyc、σyD滿足如下規(guī)律σyA≤σyB，σyC-σyA＜σyD-σyB≤0。
令σyA＝-α，σyB＝-b，σyC-σyA＝-C，σyD-σyB＝-d，αAB、αCD分別為邊緣AB、CD上應(yīng)力分布直線和x軸的幾何夾角，以圖示方向?yàn)檎瑒t上述規(guī)律可簡單表示成d≥0，a≥b，c＞d αCD＞αAB，d≥0，a≥b。
如無限楔形體只在自重和齊頂水壓力作用下，再疊加入壩體揚(yáng)壓力，一般按此規(guī)律變化。
現(xiàn)在，對薄板進(jìn)行分類(和改進(jìn)IV中綜合II薄板分類含義不同)。根據(jù)薄板上各分份(塊)中頂點(diǎn)σy的分布情況，分為三類。
(a)第一類薄板上各分份(塊)上σy的應(yīng)力分布按圖20所示規(guī)律變化，或基本上按此規(guī)律變化。
(b)第二類薄板上各分份(塊)上σy的應(yīng)力分布按圖21所示規(guī)律變化，或基本上按此規(guī)律變化。
(c)第三類前兩類以外的其它薄板屬于此類。不對第三類薄板作進(jìn)一步改進(jìn)。
c、進(jìn)一步改進(jìn)為使薄板在不增加分份(塊)數(shù)量的前提下，第一種鋼絲索用量更接近理想極限情況的數(shù)量，本文作了進(jìn)一步改進(jìn)，分三個(gè)方面，介紹如下。
(a)第一類薄板進(jìn)一步改進(jìn)情況如圖22進(jìn)一步改進(jìn)示意圖(一)所示，為分期施工情況或吊裝施工情況第一類薄板進(jìn)一步改進(jìn)示意圖。不分期施工時(shí)，情況類似。
鋼絲索分為兩種，第一種布置形式和改進(jìn)I、改進(jìn)II相同，沿薄板中心線布置，或者關(guān)于中心線對稱布置。當(dāng)對稱布置時(shí)，預(yù)加應(yīng)力荷載也對稱施加，圖中只畫出了這種鋼絲索沿薄板中心線布置時(shí)的情況。第二種向上游方向偏離薄板中心線布置，偏離的距離為薄板厚度的 ，稱這種鋼絲索為偏心鋼絲索。偏心鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載并非在每一分份(塊)上都施加，而是在最上面的一個(gè)分份(塊)上施加，有必要時(shí)，也可在薄板各分份(塊)中的少數(shù)幾個(gè)分份(塊)上施加。
(b)第二類薄板進(jìn)一步改進(jìn)情況和第一類薄板進(jìn)一步改進(jìn)相同，只是偏心鋼絲索在每一分份(塊)上面都施加預(yù)應(yīng)力荷載，有必要時(shí)，也可在薄板各分份(塊)中的若干分份(塊)上面施加。因此，這兩類薄板上只是偏心鋼絲索施加的預(yù)應(yīng)力荷載集中力個(gè)數(shù)多少的不同，而沒有本質(zhì)上的差別。計(jì)算預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，也以統(tǒng)一的方法、公式進(jìn)行計(jì)算。但是，這兩類薄板還必須滿足一定條件，才能使進(jìn)一步改進(jìn)較前面改進(jìn)有利，見后文。
(c)薄板頂部分份(塊)的進(jìn)一步改進(jìn)圖23、24所示，為薄板頂部分份(塊)的進(jìn)一步改進(jìn)示意圖。拉壓應(yīng)力區(qū)分界線與薄板上游面和下游面各有一交點(diǎn)，沿每一交點(diǎn)作水平線，進(jìn)一步改進(jìn)即在兩水平線中間薄板的這一部分上進(jìn)行。進(jìn)一步改進(jìn)分為兩種情況，即不分期施工和分期(吊裝)施工情況。
(i)不分期施工情況，如圖23所示。進(jìn)一步改進(jìn)不分期施工時(shí)，不適用于進(jìn)一步改進(jìn)部位設(shè)置有廊道時(shí)的情況，只用于埋設(shè)代替廊道的裝置。進(jìn)一步改進(jìn)是把兩水平線中間的薄板這一部分用垂直縫(垂直縫也在這一范圍內(nèi))把它分成若干關(guān)于原薄板中心線對稱或不對稱的更薄的薄板。每一塊這樣的更薄的薄板的上游面和拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線有一交點(diǎn)，通過這一交點(diǎn)作水平線，把這一更薄的薄板分成上下兩個(gè)部分。從每塊更薄的薄板的下半部分的頂部開始，向下每隔相等或不相等的距離，把它分成若干分份。每一分份頂部作用一預(yù)加應(yīng)力荷載。鋼絲索(只限這一部分，其它部分同改進(jìn)I。也可把其它部分中的鋼絲索和這一部分合并)沿各更薄薄板中心線布置。在每一分份的頂部埋設(shè)代替廊道的裝置。
這部分各更薄薄板上鋼絲索最好能同時(shí)張拉，以減小因頂部連接，各更薄薄板之間的相互作用。計(jì)算時(shí)，近似認(rèn)為不存在這種相互作用。在靠近上游面的前幾塊薄板中，因?yàn)楸“宀恍枰┘宇A(yù)加應(yīng)力的上半部份較短，故更薄薄板的垂直縫上面可通到壩體下游面，這些更薄薄板之間也可以用改進(jìn)I中應(yīng)用的那種特殊鉸相互連接。還可以在各分份上面再增加一個(gè)分份，以消除因進(jìn)一步改進(jìn)在壓應(yīng)力區(qū)局部引起的拉應(yīng)力。
這部分的垂直縫應(yīng)采取措施，和原薄板垂直縫相連接，使能和原垂直縫同時(shí)灌漿。如果這種垂直縫上面通到壩體下游面，也可單獨(dú)灌漿。
這種進(jìn)一步改進(jìn)給原薄板施加了若干偏心集中力，由前面兩類薄板的進(jìn)一步改進(jìn)可知，這種偏心集中力有時(shí)是有利的，應(yīng)結(jié)合前面進(jìn)一步改進(jìn)一同考慮。
(ii)分期(吊裝)施工情況 如圖24所示情況。分期施工情況或吊裝施工情況都和不分期施工情況類似。在不分期施工情況埋設(shè)各代替廊道裝置的地方，用水平施工縫把更薄薄板分成若干分塊。鋼絲索布置也相同，隨各施工分塊分期混凝土澆筑或吊裝安裝，對各施工分塊施加預(yù)加應(yīng)力荷載。此外，還有一些不需要施加預(yù)加應(yīng)力的分期施工塊，見圖24。顯然，這種施工方法沒有各更薄薄板之間的相互作用，具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。其它方面不多敘述。
(d)第一類和第二類薄板進(jìn)一步改進(jìn)的條件第一類薄板和第二類薄板的進(jìn)一步改進(jìn)，須在σ'yC-σ'yD>12(σyD-σyC)]]>時(shí)進(jìn)行為宜，否則，較前面的改進(jìn)并不經(jīng)濟(jì)，其中σ'yC=τC2/σxc-σyC,]]>σ'yD=τD2/σxD-σyD,]]>σxc、σyc、τc、σxD、σyD、τD的意義如圖20、21所示。
d、進(jìn)一步改進(jìn)的計(jì)算進(jìn)一步改進(jìn)預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算，本文均未計(jì)入預(yù)應(yīng)力損失，實(shí)際計(jì)算時(shí)應(yīng)加入。
(a)第一類、第二類薄板上預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算圖25為預(yù)加應(yīng)力荷載計(jì)算圖。
Q1、Q2……Qv為偏心鋼絲索給薄板施加的集中力。其它標(biāo)記意義見改進(jìn)I、II設(shè)計(jì)中的圖42，v≤n。由前面敘述，各Qi，i＝1，2，…，v和薄板中心線的距離為 lk則有 i＝2，3，……，v。
C點(diǎn)在偏心力Q1、Q2，……，Qi作用下，產(chǎn)生應(yīng)力分量σxc″、σyc″、τxyc″為 Pk(r+g-1)(s＝1，2，…，n+1-r)的計(jì)算可疊加進(jìn)Qi的影響后由改進(jìn)I、II的設(shè)計(jì)計(jì)算中(4)式得到。
(b)薄板頂部分份(塊)進(jìn)一步改進(jìn)的計(jì)算這部分的計(jì)算和改進(jìn)I、II的設(shè)計(jì)計(jì)算相同。
e、減小鋼絲索在壩基中的錨固深度這項(xiàng)減小鋼絲索在壩基中錨固深度的措施，可視為基礎(chǔ)的預(yù)應(yīng)力加固。文中還給出了鋼絲索在壩基中錨固深度的一種近似計(jì)算方法。
當(dāng)壩體需要適量的抗滑穩(wěn)定的第二種鋼絲索時(shí)，則這些鋼絲索可適當(dāng)沿壩寬方向向下游布置，一般情況下，鋼絲索在壩體上游下面的壩基中錨固較多。
假設(shè)壩體鋼絲索在壩基中錨固深度較淺，如圖26所示，以致基巖應(yīng)力不能滿足強(qiáng)度要求。再假設(shè)，這時(shí)壩體在水壓力作用下，沿A-A截面(不論A-A截面是否為軟弱夾層)滑動(dòng)失穩(wěn)，且A-A截面為平面。
設(shè)A-A面和壩基面夾角為α。首先，當(dāng)α大于某一角度α0時(shí)(α0可能和沿A-A面上的揚(yáng)壓力和其它因素有關(guān))，則因?yàn)樽枣i現(xiàn)象，將不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)失穩(wěn)。因此，α必須小于某一角度α0時(shí)，才會(huì)發(fā)生滑動(dòng)失穩(wěn)的現(xiàn)象。
其次，因?yàn)殇摻z索的錨固作用，A-A截面將不能通過所有壩基中錨固的鋼絲索。而又因?yàn)閹r體自重的作用，A-A截面應(yīng)盡可能地在淺處(除A-A截為軟弱夾層情況)。
下面作定量計(jì)算，假設(shè)沿A-A截面巖石間的抗剪斷磨擦系數(shù)為f′，壩基和壩體一起滑動(dòng)的部分為BCD，K′為按抗剪斷強(qiáng)計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，c′為A-A截面上巖石的抗剪斷凝聚力，A為CD的截面面積，應(yīng)計(jì)入作用于BC截面上的力水壓力(揚(yáng)壓力)和巖石的抗拉抗剪能力，應(yīng)計(jì)入通過A-A截面和BC截面鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的錨固作用，應(yīng)計(jì)入CD上揚(yáng)壓力的作用，應(yīng)計(jì)入BD上上游水壓力和下游水壓力的作用，還應(yīng)計(jì)入巖體BCD的自重。假設(shè)作用在壩體和基巖BCD上所有力的(這時(shí)，把壩體和巖體BCD看作整體，兩者之間的作用力對外不顯示各種作用) 沿A-A截面法向和切向的分量為∑W和∑P，則按混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范，應(yīng)有K'=f'·ΣW+c'·AΣP---(3)]]>應(yīng)用(3)式，可檢驗(yàn)壩基中任何截面上，任意劃定的塊體BCD連同壩體一起的抗滑穩(wěn)定性。計(jì)算時(shí)，BC可以是直線，折線或曲線。
為了有效地減小鋼絲索在壩基中的錨固深度，從而節(jié)省鋼絲索用量，本文給出了一項(xiàng)新措施。
如圖27所示，無論在壩基中是否存在軟弱夾層，均在壩趾后或距壩趾一定距離用一排或若干排鋼絲索加固壩基，示意圖中畫出了三排鋼絲索。通過(3)式的計(jì)算，可近似地確定各鋼絲索的錨固深度。在圖27中，(3)式中的BC為折線BB′C，和壩體沿A-A截面一起滑動(dòng)的壩基塊體為BB′CD。也可以通過對壩基應(yīng)力的計(jì)算，來確定鋼絲索的錨固深度。
壩趾后，用于加固壩基的鋼絲索排數(shù)、預(yù)加應(yīng)力荷載及在壩基中的錨固深度應(yīng)和壩體鋼絲索的分布、在壩基中的錨固深度及預(yù)加應(yīng)力荷載大小統(tǒng)一考慮，設(shè)計(jì)成多種方案進(jìn)行比較，從中選出一個(gè)最經(jīng)濟(jì)的方案。
通過基礎(chǔ)應(yīng)力計(jì)算，當(dāng)鋼絲索較短，壩體連同部分錨固的壩基有繞壩趾傾覆的危險(xiǎn)時(shí)，可同時(shí)或者單獨(dú)加固壩踵前的壩基，方法和設(shè)計(jì)同上，如圖28所示。
f、壩踵前基礎(chǔ)的水壓力加固如圖29所示，可利用強(qiáng)大的庫水壓力對壩踵前基礎(chǔ)進(jìn)行加固。
當(dāng)壩體連同部分錨固的壩基有繞壩趾傾覆的危險(xiǎn)時(shí)，除了用上述預(yù)加應(yīng)力加固壩踵前基礎(chǔ)以外，還可借助庫水壓力加固。圖29為兩種措施聯(lián)合應(yīng)用情況，以縮短壩體中鋼絲索在基礎(chǔ)中的錨固深度。
這種措施即在壩踵前基礎(chǔ)上澆筑一層混凝土防滲板，此防滲板上還可做一些防滲處理措施。防滲板和壩體之間設(shè)有止水。帷幕灌漿設(shè)在混凝土防滲板上游端底部，灌漿時(shí)采取措施，保持灌漿壓力。在帷幕灌漿和固結(jié)灌漿以后，這部分壩基還可同時(shí)進(jìn)行預(yù)加應(yīng)力加固。這部分壩基中還需設(shè)置一些細(xì)部結(jié)構(gòu)構(gòu)造。
顯然，在加固壩基的同時(shí)，該措施還增加了壩基中的滲流路線長度，減小了水力坡降。也降低了壩底揚(yáng)壓力。
g、提高壩體抗滑穩(wěn)定性的一項(xiàng)措施該措施尚具有壩踵前基礎(chǔ)的水壓力加固作用。該措施尚可用于重力壩。為敘述方便，假設(shè)基礎(chǔ)水平，如圖30所示。
和上述壩踵前基礎(chǔ)的水壓力加固相同，只是在混凝土防滲板里面和壩體下面，配置了水平鋼筋，使混凝土防滲板和壩體成為了整體。也可把水平鋼筋直接換成水平鋼板，提高了防滲和止水性能。鋼板的厚度可以漸變，以適應(yīng)內(nèi)部拉力大小。還可在鋼板上焊接一些鋼筋，以使鋼板和混凝土更好地結(jié)合，同時(shí)，還可滿足其它一些結(jié)構(gòu)要求。所配置的鋼筋和鋼板應(yīng)做一些防水處理?；炷练罎B板也可以做成預(yù)應(yīng)力構(gòu)件預(yù)制，施工時(shí)粘接到為其施工的壩基找平層上。
同時(shí)，還應(yīng)再配置一些其它鋼筋，以滿足結(jié)構(gòu)要求。該措施也可以再結(jié)合基礎(chǔ)的預(yù)應(yīng)力加固來加固壩踵前基礎(chǔ)。
混凝土防滲板上的水壓力，可增加壩體的抗滑穩(wěn)定性。
當(dāng)基礎(chǔ)有傾斜的角度時(shí)，上述的水平鋼筋和水平鋼板也應(yīng)傾斜同樣角度。壩體基礎(chǔ)和壩踵前混凝土防滲板下面的基礎(chǔ)在地基上面形成的角度應(yīng)不小于180°為宜。
h、減小重力壩壩體揚(yáng)壓力的一項(xiàng)新措施水電工程拉技人員均知，混凝土重力壩揚(yáng)壓力分為壩體揚(yáng)壓力和壩底揚(yáng)壓力兩種。在重力壩剖面設(shè)計(jì)中，前者對壩體應(yīng)力影響較大，后者對壩體抗滑穩(wěn)定性影響較大。為了減小揚(yáng)壓力，從而減小壩剖面以節(jié)省工程量，在重力壩的設(shè)計(jì)中，曾經(jīng)采取過很多有效措施。筆者今天提出一項(xiàng)減小重力壩揚(yáng)壓力的新措施，試圖把壩體揚(yáng)壓力再進(jìn)一步降低。
當(dāng)壩體基礎(chǔ)巖石較好，壩體抗滑穩(wěn)定設(shè)計(jì)中滑動(dòng)面磨擦系數(shù)較大，或者壩底揚(yáng)壓力被削減得較小等，以致于壩剖面大小主要由壩體應(yīng)力控制時(shí)，這時(shí)可以采取本措施。
本措施為(a)結(jié)合(或者少用)現(xiàn)有的壩體排水等措施，在壩體上游面上噴涂一層防水材料或粘結(jié)(粘結(jié)處要切實(shí)密不透水)一層防水材料，在壩體上游面上堵塞混凝土孔隙，有效地阻止庫水向壩體中的滲流，達(dá)到減小壩體揚(yáng)壓力的作用。(b)為阻止壩基中有壓水向壩體底部上游面附近滲透，形成壩體揚(yáng)壓力，在壩體澆筑以前，還要在處理好的壩踵處沿壩寬方向的一段壩基面上(可以先澆筑一層混凝土找平)噴涂防水材料。同時(shí)，在這段壩基面后設(shè)置抽水排水。抽水排水是降低壩底揚(yáng)壓力的已有措施，在這里起雙重作用。這段壩基沿壩寬方向的長度應(yīng)經(jīng)過計(jì)算，使得采取措施后壩體的底部強(qiáng)度滿足要求。這段壩基后的下游壩基面不用采取措施，因其所形成的壩體揚(yáng)壓力很小，再根據(jù)重力壩應(yīng)力大小分布規(guī)律，一般在這些部位不對壩體強(qiáng)度構(gòu)成威脅。
措施中所用材料應(yīng)選擇粘結(jié)力強(qiáng)而又耐老化的防水材料，如無特別情況，一次噴涂(粘結(jié))后不需要以后修補(bǔ)。這些材料的抗?jié)B性能和施工方法、質(zhì)量是措施效果的關(guān)鍵所在，因此，材料的抗?jié)B性應(yīng)較強(qiáng)，施工方法要得利，施工質(zhì)量應(yīng)有所保障。這些防水材料還應(yīng)有一定的強(qiáng)度、耐腐蝕，最好有與混凝土相當(dāng)?shù)呐蛎浵禂?shù)。
該措施在實(shí)際應(yīng)用以前，尚需做大量的研究和材料試驗(yàn)，如可靠性分析研究和防水材料的安全保證率等。應(yīng)用時(shí)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。應(yīng)用后觀測實(shí)效，得到實(shí)測資料。
采取這種措施以后，因?yàn)樵趬误w上游面附近壩體揚(yáng)壓力已很小，故重力壩中的排水管、廊道等均應(yīng)更靠近上游面設(shè)置，可進(jìn)一步降低揚(yáng)壓力。因?yàn)樵趬误w上游面上已有效地阻止了庫水向壩體中的滲流，故這種做法不會(huì)發(fā)生滲透坡降過大現(xiàn)象。擴(kuò)大這些結(jié)構(gòu)構(gòu)造在重力壩中可設(shè)置的位置本身，也不無意義。
采取這種措施以后，可降低對上游面處混凝土抗?jié)B性的要求。還可以縮小壩體剖面。這是因?yàn)榛炷林亓卧O(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定壩體上游面最小主應(yīng)力σ，庫水容重γ及壩面計(jì)算點(diǎn)的靜水頭H必須滿足下式要求σ≥αγH (1)其中α＝0.25～0.40，壩體上游面有可靠的防滲混凝土和排水時(shí)，此系數(shù)α可采用較小數(shù)值。當(dāng)采用本措施后，上式中的系數(shù)α取值范圍應(yīng)更加放寬，取值應(yīng)更小，從而，達(dá)到減小壩剖面，節(jié)省混凝土的目的。
例如，一個(gè)壩底水平，上游面鉛直，頂角為θ，容重為ρ的三角形剖面壩體，由彈性力學(xué)解答，它的上游面處最小主應(yīng)力σ為σ＝(ρ-γctg2θ)H(2)這里的荷載只考慮了齊頂水壓力和混凝土自重。計(jì)算點(diǎn)水平截面以上壩體剖面面積S為S=12H2tgθ---(3)]]>由(1)、(2)兩式得到tgθ≥1/ρ/γ-α]]>代入(3)式，得到S≥12H2/ρ/γ-α---(4)]]>取上式中等號(hào)，表中給出了α由α1減小到α2，ρ/γ＝2.4時(shí)，面積S減小的百分?jǐn)?shù)，這也是工程減小的百分?jǐn)?shù)。
再例如如圖31、圖32所示，取上例中H＝100m，下游壩坡由0.7減少到0.665時(shí)，壩剖面面積減少了5％，沿壩軸線方向取1m壩體計(jì)算，如圖所示。假設(shè)各材料單價(jià)為100#混凝土120元/m3，150#混凝土132元/m3200#混凝土150元/m3環(huán)氧樹脂25元/kg采取措施前壩體各材料用量為100#混凝土2557.6m3，150#混凝土225m3200#混凝土717.4m3假設(shè)噴涂環(huán)氧樹脂作為防水材料，用量為150kg，在壩體上游面處，降低了混凝土抗?jié)B性要求，其它各材料用量為100#混凝土2631.3m3，200#混凝土693.7m3所以，采取措施前后各材料總價(jià)分別為444222元、423561元。可節(jié)省材料價(jià)4.7％可見，采取這項(xiàng)措施后，經(jīng)濟(jì)價(jià)值是顯著的。

F對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)VI改進(jìn)I中若干施工措施及元件裝置a、第一種廊道的回填回填方式擬有兩種，如圖34、圖36第一種廊道回填示意圖和圖35、圖37第一種廊道另一種回填方式示意圖所示。廊道不同，自應(yīng)力混凝土所產(chǎn)生的預(yù)加應(yīng)力大小一般也不相同，由設(shè)計(jì)確定。僅以鋼絲索沿薄板中心線布置成1條的情況加以說明。
本文把回填部分自應(yīng)力混凝土分成了若干塊。還應(yīng)合理選擇圖示每塊自應(yīng)力混凝土的長和寬。本文中沒有給出沿廊道軸向每塊自應(yīng)力混凝土的長度計(jì)算，也沒有給出每塊自應(yīng)力混凝土在長度和寬度這兩個(gè)方向上的應(yīng)力計(jì)算。如果需要，還可以在這兩個(gè)方向上增加一些限制，特別是靠近洞頂和洞底兩處。限制的形式是，在需要的地方，沿兩個(gè)方向水平放置(澆筑在自應(yīng)力混凝土里面)一些預(yù)制的預(yù)壓應(yīng)力(聚合物)混凝土短柱。短柱采用后張法，鋼筋和錨固的兩端容易作防水處理。
示意圖中所示模板均不拆除，永久留在壩內(nèi)，故應(yīng)有一定的抗拉強(qiáng)度，如采用聚合物混凝土材料等。模板均為平板，連接處用拉簧連接(圖中未畫出)。連接后的模板要既能規(guī)范混凝土，又不能阻止自應(yīng)力混凝土在每一塊長度和寬度兩個(gè)方向上的膨脹。膨脹后所形成的圖中所示縫隙，應(yīng)以縫隙盡可能地窄小，而又確實(shí)存在，便于以后灌漿處理為度。這個(gè)縫隙在自應(yīng)力混凝土的硬化過程中，注以加壓水以養(yǎng)護(hù)自應(yīng)力混凝土。在整個(gè)自應(yīng)力混凝土的養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)控制加壓水的溫度，以適應(yīng)不同養(yǎng)護(hù)階段的需要，同時(shí)，養(yǎng)護(hù)段的廊道在養(yǎng)護(hù)和灌漿時(shí)兩頭封堵好。在縫隙中應(yīng)布置好灌漿系統(tǒng)，沿廊道方向從里到外有順序地對縫隙進(jìn)行灌漿處理，不多敘述。灌漿材料也應(yīng)具有一定的抗拉強(qiáng)度，如采用環(huán)氧材料等。如果第一種回填方式中，回填的自應(yīng)力混凝土膨脹對洞壁側(cè)壓過大，可在洞壁和自應(yīng)力混凝土之間增加一塊模板，形成縫隙。這個(gè)縫隙和原縫隙連通，以便以后灌漿處理，在第一種回填方式中，還應(yīng)該諧調(diào)沿壩軸線方向模板的寬度，在若干或全部模板寬度上的一定位置上下形成凹槽或波紋，使鋼絲索在凹槽中穿過。在每塊自應(yīng)力混凝土鉛垂的四個(gè)棱柱面上，每個(gè)面最多使用一塊模板。鋼絲索和自應(yīng)力混凝土之間應(yīng)采取措施，不澆筑在一起，同時(shí)，預(yù)留的預(yù)應(yīng)力孔在廊道處應(yīng)上下貫通，以利最后灌漿處理等。
這樣，自應(yīng)力混凝土由于受到洞頂和洞底的經(jīng)束，而在鉛直方向產(chǎn)生垂直正應(yīng)力(剪應(yīng)力為零)，它的大小就是設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)薄板在該處所需的預(yù)加應(yīng)力數(shù)值，然后，再加上該處以上薄板自重應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)力數(shù)值。
本文第一次提出把自應(yīng)力混凝土用于重力壩廊道回填，應(yīng)用前應(yīng)做大量的實(shí)驗(yàn)和研究。
b、代替廊道的裝置先以鋼絲索布置形式(iii)中的情況為例，介紹這種裝置和它的使用方法，意在說明不設(shè)置廊道的可能性和提供設(shè)計(jì)這種裝置的一條思路。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對本裝置做進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，或用更好的代替。圖33、38為本裝置示意圖，稱它為代替廊道的裝置。圖中不詳盡之處，用文字說明。
元件2由兩半部分組成，它由附著其旁或安置在內(nèi)部的微小電動(dòng)機(jī)、齒輪、齒條等(圖中未畫出)實(shí)現(xiàn)兩種狀態(tài)，即分開或閉合，剖面圖中的元件2為閉合狀態(tài)，圖38為元件2俯視圖，是元件2分開狀態(tài)。元件2在元件1和底板8所形成的長方體空間內(nèi)活動(dòng)。一般在長方體底部為分開狀態(tài)，允許元件3上下通過，閉合狀態(tài)時(shí)，卡入元件3的槽中，這時(shí)，元件3通過元件1，在連接元件3的上部鋼絲索(或鋼絲繩等)作用下，給下面的鋼絲索施加預(yù)加應(yīng)力荷載。應(yīng)注意薄板頂部千斤頂?shù)冉o連接元件3的鋼絲索施加的集中力，減去這兩條鋼絲索的摩擦力，才是鋼絲索得到的預(yù)加應(yīng)力荷載。為減小元件2實(shí)現(xiàn)兩種狀態(tài)時(shí)，和底板8產(chǎn)生的摩擦力，元件2下面所對的底板8上設(shè)有滾珠(未畫出)。
元件1上下和鋼絲索相連，施加預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，可做微小上下移動(dòng)。
元件3上下為錐形，中間圓柱部分開槽。上面和施加預(yù)加應(yīng)力荷載用的鋼絲索相連接。停止的位置可由裝置控制(未畫出)。如果可能把元件2和元件3的功能集中到元件3上，則每個(gè)裝置中可不設(shè)元件2。
元件4、5、6為楔形墊塊，后面各有壓簧7，元件1向上移動(dòng)時(shí)，元件4、5、6在各元件7的推動(dòng)下，在限定的路線內(nèi)(未畫出)向前移動(dòng)，從而，把元件1墊起。楔形墊塊數(shù)量可多少不同，以適應(yīng)不同部位的鋼絲索拉長。元件7應(yīng)隨各自所要推動(dòng)的墊塊可向上移動(dòng)。
元件9為壓簧，本裝置未張拉鋼絲索時(shí)，通過元件9的彈力固定元件1、4、5、6的初始位置不改變。在鋼絲索布置形式(i)(ii)中，施加預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，應(yīng)計(jì)入元件9的彈力。在鋼絲索布置形式(iii)中，下面的裝置張拉鋼絲索時(shí)，還應(yīng)另外采取措施，給這些裝置所在薄板的最上面一個(gè)裝置中的元件1施加一個(gè)向上的力，以克服張拉裝置以上的各裝置中元件9的彈力(一般各不相同)，使上面的鋼絲索隨下面鋼絲索被拉長而順利上升，施加預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，應(yīng)計(jì)入自張拉的裝置起以下的各裝置中元件9的彈力影響。
元件10為柱形滾珠，11為塑料管(也可不用)，12為外殼。
在另外兩種鋼絲索布置形式中，第(i)種形式的鋼絲索采用這種裝置時(shí)，裝置的元件1上面不連接鋼絲索，其它方面相同。第(ii)種形式的鋼絲索采用這種裝置時(shí)，除裝置的元件1上面不連接鋼絲索之外，此裝置中還應(yīng)預(yù)留孔道，使其它不在此處張拉的鋼絲索從孔道中穿過。
c、代替混凝土預(yù)制塊的裝置如圖39代替混凝土預(yù)制塊的裝置圖所示。該裝置由元件2、元件3、元件4所組成。元件2、3的結(jié)構(gòu)和作用和圖33、圖38中元件2、3的結(jié)構(gòu)和作用相同，參閱前文敘述。唯元件2吊在元件4頂部。為減小元件2、元件4接觸部分在元件2實(shí)現(xiàn)兩種狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力，在元件2所吊處的接觸部位設(shè)有滾珠。元件3上部和鋼絲索相連接。通過此鋼絲索把集中力加在薄板頂部，相當(dāng)于混凝土預(yù)制塊的壓重作用。這個(gè)集中力的大小也能調(diào)整，待回填完所有該薄板上欲回填廊道之后，把元件3連同上部的鋼絲索抽走，對本裝置系統(tǒng)注以灌注性混凝土。
d、一種特殊鉸和它的應(yīng)用本文給出了一種鉸，它的實(shí)物結(jié)構(gòu)示意圖如圖41所示。元件1上面焊有鋼筋，圖中把鋼筋都畫成了棱柱形狀，它的主要部分為長方體。元件2為空芯長方體，上面也焊有鋼筋。
圖41中標(biāo)注的尺寸有如下關(guān)系a＜c，b＜d，f＜e裝配時(shí)，把元件1按圖示方向插入元件2中(元件1上的上面鋼筋最后焊接)，和圖中y軸垂直的元件1的兩個(gè)平面和元件2內(nèi)部的兩個(gè)平面之間分別形成兩個(gè)縫隙，把兩個(gè)縫隙中分別各裝入一排圓形滾珠，使兩元件之間基本上不能有沿y軸方向的相對移動(dòng)。由上面尺寸關(guān)系，兩元件可有沿x軸和z軸方向的相對移動(dòng)，確定各尺寸大小，可限制這兩個(gè)方向上相對移動(dòng)可能的最大限度。元件1和元件2的初始相對位置由這種鉸的橡皮外殼確定。這種鉸應(yīng)用后，橡皮外殼不足以阻止兩元件的相對移動(dòng)。
應(yīng)用時(shí)，這種鉸的x軸方向沿壩軸線的水平方向，y軸方向垂直于薄板平面，z軸方向沿鉛垂方向。沿這三個(gè)方向，混凝土澆筑時(shí)，把這種鉸一端的鋼筋澆筑在兩塊相鄰薄板中的一塊之中，并且，使這種鉸主體兩個(gè)元件在兩塊薄板形成的垂直縫上。在另一塊薄板的相應(yīng)位置，預(yù)留一水平孔洞，把這種鉸另一端的鋼筋置于此孔洞之中。待垂直縫形成之后，采取措施，把孔洞中鋼筋錨固在孔洞之中。從而，這兩塊薄板在這點(diǎn)上有了一個(gè)連接。
6、發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)——分析論證，及實(shí)現(xiàn)發(fā)明的最好方式——設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
在改進(jìn)I、II的設(shè)計(jì)計(jì)算雛形中，給出了改進(jìn)后結(jié)構(gòu)的全新設(shè)計(jì)計(jì)算方法。改進(jìn)I、II的分析論證中，應(yīng)用彈性力學(xué)解答，分析了結(jié)構(gòu)在自重和齊項(xiàng)水壓力作用下的受力特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)的合理性等。并且，得出了一些重要結(jié)論，有的結(jié)論對于實(shí)際設(shè)計(jì)有直接參考價(jià)值。
在改進(jìn)III的設(shè)計(jì)計(jì)算雛形I、II中，給出了上游壩坡部分若干改進(jìn)型式的設(shè)計(jì)計(jì)算方法及分式。最后，給出了帶有上游壩坡型式壩體的整體設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
在改進(jìn)IV的分析論證和設(shè)計(jì)計(jì)算中，分析了改進(jìn)的合理性及改進(jìn)后結(jié)構(gòu)的一特點(diǎn)，也給出了設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
A改進(jìn)I、II的設(shè)計(jì)計(jì)算雛形文中給出了改進(jìn)I和改進(jìn)II中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的全新方法，以供參考，如實(shí)際應(yīng)用，尚需完備。但是，文中沒有給出各種預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算，所指預(yù)加應(yīng)力荷載也不包括這一部分。
a改進(jìn)I中第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算本文中的坐標(biāo)系，均采用如圖40所示坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系和混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中材料力學(xué)方法中坐標(biāo)系不同。若采用材料力學(xué)方法，計(jì)算后應(yīng)轉(zhuǎn)換到本文坐標(biāo)系之中。
(a)壩體自重引起的壩體應(yīng)力分布當(dāng)壩體下游面為曲線時(shí)，混凝土自重引起的壩體應(yīng)力分布和改進(jìn)前不同，應(yīng)特別計(jì)算。如圖40所示，假設(shè)壩體下游面曲線可用函數(shù)表達(dá)式的形式給出，為y＝f(x)，其中0≤x≤B，B為壩寬。設(shè)本改進(jìn)把圖示中上游部分分割成了若干薄板，上游部分和下游部分分界線橫坐標(biāo)為B1，混凝土容重為ρ。則在上游部分，即0≤x≤B1時(shí)，在不設(shè)置第二種廊道的情況下，自重引起的壩體應(yīng)力分布σhx、σhy、τhxy為σhx＝τhxy＝0σhy＝ρ[y-f(x)] 0≤x≤B1(1)設(shè)有第二種廊道時(shí)，見后文計(jì)算。在下游部分，即當(dāng)B1≤x≤B時(shí)，自重引起的應(yīng)力分布按混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的方法，在上游部分和下游部分獨(dú)立分割開的條件下，進(jìn)行計(jì)算。在各垂直縫中，自重不引起各種應(yīng)力。當(dāng)薄板厚度較大時(shí)，應(yīng)對(1)式修正。
(b)不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力時(shí)，壩內(nèi)應(yīng)力分布σx、σy、τxy的計(jì)算及拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線ON的確定。
(i)不設(shè)置第二種廊道的情況假設(shè)第一種廊道用自應(yīng)力混凝土回填后，除預(yù)加應(yīng)力荷載之外，在其它荷載作用下，能夠和壩體一道產(chǎn)生、傳遞各種應(yīng)力，交接處也沒有強(qiáng)度問題。因此，在計(jì)算σx、σy、τxy時(shí)，不必考慮有廊道的存在。如果回填的自應(yīng)力混凝土和壩體混凝土的容重不同，則就在廊道處加減一個(gè)集中力，而此集中力應(yīng)在計(jì)算預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)處理，此時(shí)不予考慮。
如果用代替廊道的裝置代替了廊道，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把該裝置的重量折算成混凝土一定體積的重量。在計(jì)算σx、σy、τxy時(shí)，忽略裝置帶來的局部影響，而不考慮裝置的存在，裝置所占體積和折算體積差額體積混凝土的重量，也在計(jì)算預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)處理，此時(shí)不予考慮。
假定壩體下游面曲線(包括直線情況)，不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力荷載。首先，根據(jù)混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的荷載組合、計(jì)算方法，不計(jì)入自重荷載，計(jì)算出壩體應(yīng)力分布。然后，在(1)式中令B1＝B，把自重荷載引起的應(yīng)力分布和這個(gè)應(yīng)力分布疊加，再計(jì)算壩體中有關(guān)點(diǎn)的最小主應(yīng)力，最小主應(yīng)力為零的各點(diǎn)連線即拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)的分界線ON。從而，計(jì)算出了ON和拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)應(yīng)方分布σx、σy、τxy。同時(shí)，也求出了B1，確定了下游部分。
(ii)設(shè)置有第二種廊道的情況在設(shè)置有第二種廊道的情況下，若同時(shí)還存在第一種廊道和代替廊道的裝置，則第一種廊道和裝置的處理同情況(i)，第二種廊道不論回填與否，在計(jì)算σx、σy、τxy時(shí)，均視為不回填。回填部分的重量也在計(jì)算預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)處理，這里不予考慮。因此，計(jì)算σx、σy、τxy時(shí)，壩內(nèi)僅有第二種廊道存在，且都不回填。在除預(yù)加應(yīng)力荷載之外的其它荷載作用下，廊道周圍有應(yīng)力集中問題，這種預(yù)應(yīng)力不解決這一問題，假設(shè)壩體中每一點(diǎn)的應(yīng)力分量已計(jì)算出，計(jì)算σx、σy、τxy時(shí)，廊道外的應(yīng)力分布，取廊道所在薄板上，此廊道上下遠(yuǎn)處應(yīng)力分布規(guī)律在此間的插值，具體計(jì)算如下假定壩體下游面曲線(包括直線情況)，不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力荷載。先按情況(i)中方法，計(jì)算出不設(shè)置第二種廊道時(shí)，拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線，其次，劃分出薄板，在薄板上確定第二種廊道的位置(方法見改進(jìn)I綜述部分)。然后，在有各第二種廊道存在的情況下，重新計(jì)算拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線(自重荷載對應(yīng)力分布的影響，應(yīng)以薄板為計(jì)算對象，不論第二種廊道回填與否，均應(yīng)扣去它的重量，修正(1)式。第二種廊道處，包括兩廊道壁，自重引起的應(yīng)力分布取同一薄板上遠(yuǎn)處自重應(yīng)力分布規(guī)律在此間的插值)，重新劃分薄板，重新在薄板上確定第二種廊道的位置，……。用這種方法繼續(xù)進(jìn)行下去，直到計(jì)算出廊道位置和與之相符合的拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線ON，同時(shí)，也計(jì)算出了最終的拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)應(yīng)力分布σx、σy、τxy和B1，確定了下游部分。
(iii)下游部分確定了壩體下游部分以后，按照前述方法，先計(jì)算自重引起的下游部分應(yīng)力分布。進(jìn)而，疊加進(jìn)不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力荷載和自重時(shí)壩體的應(yīng)力分布，得到壩體下游部分應(yīng)力分布，并計(jì)算出主應(yīng)力。因?yàn)橄掠尾糠州^整個(gè)壩體為小，故下游面近似直線，所以，自重引起的應(yīng)力分布也近似于(1)式的形式。如果最小主應(yīng)力在下游部分的上游面上小于零，則就在上游面處再劃分出一塊薄板。由前面計(jì)算，此薄板在壓應(yīng)力區(qū)內(nèi)，故不需要施加預(yù)加應(yīng)力，在適當(dāng)時(shí)侯灌漿處理即可。
(c)預(yù)加應(yīng)力分布鋼絲索給混凝土施加了預(yù)加應(yīng)力荷載，應(yīng)考慮這個(gè)集中力作用點(diǎn)的局部應(yīng)力分布。但是，這種預(yù)應(yīng)力并不解決這一問題，應(yīng)作特別處理。因此，這個(gè)集中力在此間產(chǎn)生的預(yù)加應(yīng)力數(shù)值，仍采用它在薄板遠(yuǎn)處產(chǎn)生的預(yù)加應(yīng)力數(shù)值。頂加應(yīng)力荷載在廊道周圍會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，這種預(yù)加應(yīng)力不解決這一問題。在計(jì)算預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，在同一薄板上，不考慮第二種廊道(不論回填與否)對預(yù)加應(yīng)力分布的影響。預(yù)加應(yīng)力在廊道處的數(shù)值，等于同一分份中遠(yuǎn)處的數(shù)值。
圖42為第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載計(jì)算圖。圖中ON為拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線。AN為壩底在拉應(yīng)力區(qū)的部分。m為薄板總數(shù)，l1，l2，…，lk，…，lm為各薄板厚度。取第k塊薄板沿壩軸線方向單寬計(jì)算。它的上游面和ON交點(diǎn)為B，和壩底交點(diǎn)為C。再把BC分成n+1-r等份，每份長為h，n+1為分份最多的薄板上的分份數(shù)量。分份的長度也可以不相等，計(jì)算方法和計(jì)算公式卻相同，不另作推導(dǎo)。
圖42中，每一分份上面作用一第一種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力荷載Pki，i＝r，r+1，…，n-1，n。但是，根據(jù)此力的施加情況，Pki中或者包括此處第一種廊道回填的自應(yīng)力混凝土重量和壩體同體積混凝土的重量差；或者包括代替廊道的裝置的重量折算成混凝土一定體積后，計(jì)算出的一定體積和裝置所占體積(不包括內(nèi)部空間)差額體積混凝土的重量(取這個(gè)重量沿壩軸線方向單寬的平均值)或者包括第二種廊道的回填重量；或者第二種廊道不回填時(shí)，為真正的預(yù)加應(yīng)力荷載。以上四種情況，Pki必居其一，其中，前兩種情況渴望能忽略所要包括的部分。因此，在Pki中扣去這些所包括的部分，才是真正的預(yù)加應(yīng)力荷載。
對于第一種廊道，在計(jì)算預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，不計(jì)入自應(yīng)力混凝土膨脹引起的除鉛直方向以外的其它兩個(gè)方向上的應(yīng)力。這個(gè)膨脹引起的廊道處垂直正應(yīng)力(剪應(yīng)力為零)不影響廊道上下外部預(yù)加應(yīng)力分布。認(rèn)為在廊道處，包括兩廊道壁預(yù)加應(yīng)力分布為同一分份中，遠(yuǎn)處的數(shù)值。這個(gè)數(shù)值，在廊道中沒有包括應(yīng)計(jì)入的混凝土自重在該處應(yīng)引起的應(yīng)力數(shù)值，算出后再計(jì)入。
為了使混凝土得到計(jì)算的預(yù)加應(yīng)力荷載，鋼絲索張拉時(shí)，還有種種情況。下面推導(dǎo)在圖42所示的預(yù)加應(yīng)力荷載諸Pki的作用下，第k塊薄板上預(yù)加應(yīng)力分布，其中i＝r，r+1，…，n-1，n；k＝1，2，…，m；r≥0。
施加預(yù)加應(yīng)力荷載之后，把混凝土薄板看作軸心受壓柱。忽略預(yù)應(yīng)力孔所占截面面積。顯然，在前述的假設(shè)情況下，每一分份中預(yù)加應(yīng)力都各自相等，且自上面起，第s分份上面的預(yù)加應(yīng)力σ′xks、σ′yks、τ′xyks為 (d)第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算根據(jù)混凝土重力壩應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，壩內(nèi)最小主應(yīng)力為零，本文在上游面計(jì)入揚(yáng)壓力，也用此標(biāo)準(zhǔn)(注本文在壩體上游面應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)為零，和規(guī)范不符合。但是，規(guī)范編制時(shí)，曾經(jīng)考慮過這種情況，教科書中也曾把它作為應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)。這一點(diǎn)，也可作如下處理，使它符合規(guī)范。規(guī)范中規(guī)定，不計(jì)入揚(yáng)壓力，最小主應(yīng)力應(yīng)等于某數(shù)值p0。設(shè)不計(jì)入揚(yáng)壓力和預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，壩體上游面應(yīng)力分布為σx0、σy0、τxy0，則取σx＝σx0-p0σy＝σy0-p0τxy＝τxy0，仍按本改進(jìn)方法計(jì)算即符合規(guī)范。因?yàn)槲覀兿Ｍ?2[(σx0+σ'x)+(σy0+σ'y)]-12[(σx0+σ'x)-(σy0+σ'y)]2+4(τxy0+τ'xy)2=p0.]]>照顧到改進(jìn)III中注釋，本改進(jìn)下面應(yīng)用了條件(σx+σ′x)(σy+σ′y＝(τxy+τ′xy)2即12[(σx+σ'x)+(σy+σ'y)]-12[(σx+σ'x)-(σy+σ'y)]2+4(τxy+τ'xy)2=0,]]>把σx＝σx0-p0，σy＝σy0-p0，τxy＝τxy0代入此式化簡，即得我們希望的表達(dá)式。不計(jì)入揚(yáng)壓力，特別是靠近壩體上游面的地方，壩體內(nèi)也應(yīng)有和壩體上游面相銜接的計(jì)算處理)。據(jù)此和(2)式，故假設(shè)在預(yù)加應(yīng)力σ′x＝0，σ′y，τ′xy＝0和拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力分布σx、σy、τxy的聯(lián)合作用下，拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)最小主應(yīng)力處處為零。由材料力學(xué)，這種情況最小主應(yīng)力為零的充要條件為(σx＞0時(shí))σx(σy+σ'y)=τxy2]]>所以有 由彈力學(xué)解答，在自重和齊頂水壓力作用下，再疊加入壩體揚(yáng)壓力，一般應(yīng)有σx≥0，在壩體上游面σx＝τxy＝0。
若σx＜0，則上述條件為最大主應(yīng)力為零的充要條件，此時(shí)，最小主應(yīng)力小于最大主應(yīng)力，應(yīng)小于零，因此，當(dāng)σx＜0時(shí)，無法用這種預(yù)加應(yīng)力消除最小主拉應(yīng)力。同樣，當(dāng)σx＝0 τxy≠0時(shí)，也無法用這種預(yù)加應(yīng)力消除最小主拉應(yīng)力。
由(3)式確定的σ′y為x、y的函數(shù)。根據(jù)σ′y表達(dá)式，可計(jì)算出第k塊薄板上，第s分份中的σ′y的最大值，設(shè)此最大值為σ′ymks。一般地，對于實(shí)體壩體，最大值發(fā)生在本分份的上游面最下面的那點(diǎn)上。在(2)式中，令σ′yks＝σ′ymks得到Pk(r+s-1)＝lk(σ′ymk-σ′ymk(s-1)) (4)s＝1、2，…，n+1-r其中σ′ymk0＝0，σ′ymk(s-1)為σ′y在第s-1分份上的最大值，其余類同。
當(dāng)薄板最上面分份中鋼絲索傾斜布置時(shí)，這是一種特殊情況，預(yù)加應(yīng)力荷載也由(4)式給出，局部不滿足要求可酌情處理。
b、改進(jìn)II中第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算改進(jìn)II中第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算和改進(jìn)I中情況相仿，可按改進(jìn)I中方法計(jì)算。因?yàn)樵诟倪M(jìn)II中沒有廊道和代替廊道的裝置，故計(jì)算較簡單，按(4)式計(jì)算出的預(yù)加應(yīng)力荷載就是各分塊上面扣去一切預(yù)應(yīng)力損失后所需要的預(yù)加應(yīng)力荷載。
c、第二種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算設(shè)第k塊薄板中，用于抗滑穩(wěn)定的預(yù)加應(yīng)力荷載為Fk，壩體上，所有用于抗滑穩(wěn)定的預(yù)加應(yīng)力荷載之和為∑Fk，它們都由第二種鋼絲索施加于壩體之上。再設(shè)第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載之和為∑Pk。
壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算中，有抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式和抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算公式，可任選一種。本文只按抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式推導(dǎo)Fk。
如圖43所示，滑動(dòng)面有傾向上游的傾斜角α(包括α≤0)∑H為作用于滑動(dòng)面以上的力在水平方向投影的代數(shù)和。∑V為作用于滑動(dòng)面以上的力在鉛直方向投影的代數(shù)和，其中包括全部第一種鋼絲上預(yù)加應(yīng)力荷載在內(nèi)，而不包括∑Fk。U為作用于滑動(dòng)面上的揚(yáng)壓力。命f為滑動(dòng)摩擦系數(shù)，K為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。命鋼絲索張拉控制應(yīng)力為σk，抗剪強(qiáng)度為[τ]，在阻滑力中，計(jì)入鋼絲索的抗剪能力[τ](∑Pk+∑Fk)/(σkcosα)，則有ΣFk=(K-ftgα)ΣH+fUcosα+(Σv-ΣPk)[τ]σkcos2αf+Ktgα+[τ]σkcosα2-Σv---(5)]]>由于Fk對壩體上部無影響，故∑Fk應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)情況，或相等，或有所側(cè)重地分配于各薄板的Fk，見后文。
如果由(5)式計(jì)算出∑Fk≤0，則說明不需要設(shè)置第二種鋼絲索。
兩改進(jìn)單獨(dú)用于壩體抗滑穩(wěn)定時(shí)，在計(jì)算中，第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載之和等于零，且各Fk相等(此時(shí)，壩體不分割成薄板，F(xiàn)k為各鋼絲索上施加的預(yù)加應(yīng)力荷載)，因此，用(5)式求出∑Fk之后，F(xiàn)k可簡單地平均求出。
d、薄板厚度的校核施工不同階段，特別是施加預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，應(yīng)對薄板厚度進(jìn)行校核，使其滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求。因?yàn)樘厥忏q的應(yīng)用，可把薄板簡化成若干個(gè)兩端帶有一定支撐方式的壓桿穩(wěn)定問題。如圖44所示。這些壓桿的穩(wěn)定問題又可以與一端固定，一端自由的壓桿穩(wěn)定問題相互轉(zhuǎn)化。所以，本文只給出了如圖45所示的壓桿應(yīng)用能量法得出的結(jié)果。
圖45所示的一段薄板高為H，在頂部作用有集中力P，沿薄板軸線方向，自上而下，作用有集中力Pi，i＝1，2，…，n-1，n，它們作用點(diǎn)的位置如圖所示，薄板上還作用有自重荷載q.混凝土彈性模量為E，容重為ρ，在上述這組力的作用下，這段薄板處于臨界狀態(tài)，使之處于臨界狀態(tài)的薄板厚度為lcr，設(shè)撓曲軸方程為v＝v(u)，則lcr應(yīng)滿足l3cr-a1lcr-a2＝0， (6)其中
a1=12ρ∫H0{∫0u[v′(u)]2du}duE∫H0[V′′(u)]2du]]>a2=12p∫H0[v′(u)]2du+12Σi=1n{Pi∫0H-Σj=1Ihj-1[v′(u)]2du}E∫H0[v′′(u)]2du]]>方程(6)有且只有一個(gè)正實(shí)根1cr，可以解出。對于實(shí)際薄板，作一些簡化處理后可以近似計(jì)算。
強(qiáng)度方面的校核，只需薄板在自重和預(yù)加應(yīng)力荷載各力的作用下，應(yīng)力數(shù)值最大截面的應(yīng)力數(shù)值乘以混凝土構(gòu)件抗壓強(qiáng)度安全系數(shù)后，小于混凝土軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度即可，毋須要求過高。
e、基礎(chǔ)應(yīng)力及基礎(chǔ)處理兩改進(jìn)基礎(chǔ)處理和現(xiàn)行的預(yù)應(yīng)力錨固重力壩相同，不多敘述，改進(jìn)V中給出了基礎(chǔ)加固的若干新方法。
鋼絲索對基礎(chǔ)應(yīng)力的計(jì)算，也是彈性理論中的空間問題，只是錨定坑深淺、大小、多少和分布的不同。第一種鋼絲索的位置已經(jīng)確定，應(yīng)對各鋼絲索錨固深度加以適當(dāng)變化，并且，除兩改進(jìn)單獨(dú)用于壩體抗滑穩(wěn)定的情況，還可以對第二種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載分布和錨固深度加以變化，以獲得一個(gè)希望的應(yīng)力分布和最經(jīng)濟(jì)的鋼筋用量。計(jì)算基礎(chǔ)應(yīng)力時(shí)，應(yīng)注意壩體在施工過程中并非連續(xù)的整體。
壩剖面可以大幅度減小是兩改進(jìn)的特點(diǎn)之一，由于壩剖面的縮小，對基礎(chǔ)巖石強(qiáng)度的要求相對提高。兩改進(jìn)鋼絲索分散地錨固在基巖上，從而，基巖受力情況得以改善，可以縮短鋼絲索錨固深度。
f、設(shè)計(jì)兩種壩的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)過程應(yīng)為●確定壩底寬度。擬定一。些可能的壩體寬度Bi，i=1，2，…，nl且B1<B2<···<Bu1]]>●對于每一壩體寬度，擬定n2條壩體下游面可能的曲線。其中應(yīng)包括一條直線，其它曲線應(yīng)通過計(jì)算，使壩體下游面上主應(yīng)力和壩體內(nèi)部應(yīng)力分布按某些希望的規(guī)律變化。
●對于上面確定的每一個(gè)壩體寬度和壩體下游面曲線，確定拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線。如果設(shè)置廊道，確定廊道種類。
因?yàn)楸“搴鼙?，第一塊薄板若設(shè)置廊道，則一般應(yīng)設(shè)置第一種廊道，以后回填。整個(gè)拉應(yīng)力區(qū)可完全設(shè)置第一種廊道，在規(guī)范中規(guī)定可以設(shè)置廊道的地方，也可以設(shè)置第二種廊道。第二種廊道可以回填，也可以不回填。在許可的前提下，設(shè)置的廊道斷面應(yīng)盡可能地小。
代替廊道的裝置分布情況、廊道的分布情況、廊道的種類、第二種廊道回填與否、薄板劃分情況以及分塊情況，等等，任何一項(xiàng)的不同，都可以作為不同的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)比較，假定這一步驟共有n3種可能。
●對壓應(yīng)力區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行校核。校核時(shí)，應(yīng)注意壓應(yīng)力區(qū)內(nèi)的預(yù)加應(yīng)力對壓應(yīng)力區(qū)部分區(qū)域應(yīng)力分布的影響。
兩改進(jìn)的一個(gè)特點(diǎn)是，無論壩體下游面曲線如何，因?yàn)楸“搴鼙?，壩體的自重對下游面并不造成拉應(yīng)力，或拉應(yīng)力很小，在各薄板上部尤其如此，兩改進(jìn)的預(yù)加應(yīng)力荷載，除了直接作用在壩體下游面上，一般對下游面無影響。
本步驟的部分工作應(yīng)結(jié)合前面擬定壩體下游面曲線一起進(jìn)行，使確定的壩體下游面曲線上的主應(yīng)力和壩內(nèi)應(yīng)力分布按某些希望的規(guī)律變化。
●對拉應(yīng)力區(qū)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)計(jì)算。
●對壩體進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。這一步驟的部分工作應(yīng)和下面的基礎(chǔ)應(yīng)力計(jì)算結(jié)合。同時(shí)，可應(yīng)用(5)式，對改進(jìn)II中各水平施工縫以上的壩體進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。
●對不同施工方法和不同施工階段下的各薄板進(jìn)行穩(wěn)定校核和強(qiáng)度校核。
●進(jìn)行基礎(chǔ)應(yīng)力計(jì)算。
確定第二種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載在各薄板中的幾種可能分布，以及各鋼絲索的可能錨固深度，從面，得出不同的基礎(chǔ)應(yīng)力分布和鋼筋用量，假設(shè)本步驟對于上面每一種可能的選擇又有n4種可能的方法。
●根據(jù)設(shè)計(jì)和實(shí)際要求鋼筋和混凝土的時(shí)價(jià)，以及其它一些有關(guān)因素，比較上面得出的n1n2n3n4種方案，從而，主要在造價(jià)方面，得出一個(gè)最佳方案。
●完成其它設(shè)計(jì)計(jì)算。
B改進(jìn)I、II的分析論證a、楔形體受自重和齊頂水壓力時(shí)，應(yīng)力分布的一個(gè)特點(diǎn)先分析無限楔形體，頂角為θ，上游面垂直，受自重和齊頂水壓力時(shí)，楔形體內(nèi)應(yīng)力分布的一個(gè)特點(diǎn)。設(shè)楔形體容重為ρ，水的容重為γ，建立坐標(biāo)系如圖46，壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)，則由彈性力學(xué)，應(yīng)力σx、σy、τxy的解答為σx＝γyσy＝(2γctg3θ-ρctgθ)x-(γctg2θ-ρ)yτxy＝γxctg2θ只考慮在這兩種荷載作用下，無限楔形體內(nèi)出現(xiàn)拉應(yīng)力的情況。目的在于計(jì)算拉應(yīng)力與壓應(yīng)力的分界線，從而，把無限楔形體分成拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)兩個(gè)部分。
因?yàn)樾ㄐ误w上游面受拉，σx、σy為上游面主應(yīng)力，所以，由上面解答，得到γctg2θ＞ρ(1)因?yàn)棣襵＞0，由材料力學(xué)知道，當(dāng)σxσy＝τ2xy，時(shí)，最小主應(yīng)力為零。把σx、σy、τxy代入上式，并化簡，得到x/y＝tgθ，舍去，或xy=tgθ-ργtg3θ,]]>它表示通過無限楔形體頂點(diǎn)的一條直線，命這條直線和y軸的夾角為β，則tgβ=tgθ-ργtg3θ---(2)]]>這條直線把無限楔形體分成兩個(gè)部分，左半部分為拉應(yīng)力區(qū)，右半部分為壓應(yīng)力區(qū)，如圖47。易證，拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)最小主應(yīng)力為拉應(yīng)力，壓應(yīng)力區(qū)內(nèi)，最小主應(yīng)力為壓應(yīng)力。
b、在齊頂水壓力、自重兩種荷載作用下的情況以下壩體假設(shè)剖面為三角形，上游面垂直，下游面也為直線。只考慮在齊頂水壓力，自重兩種荷載作用下的情況，并用彈性力學(xué)解答，旨在說明主要問題。這些問題，對于改進(jìn)I和改進(jìn)II都適合。
(a)第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的顯式表達(dá)計(jì)算時(shí)，不計(jì)入任何預(yù)應(yīng)力損失，也不考慮改進(jìn)I的設(shè)計(jì)計(jì)算中(4)式計(jì)算出的各預(yù)加應(yīng)力荷載所包括的那些部分。計(jì)算是在圖48所示的薄板、分份(塊)特殊劃分形式下進(jìn)行的。
圖48所示的無限楔形體中的頂角β由前面得出的(2)式確定。這個(gè)無限楔形體是受自重和齊頂水壓力作用下的，頂角為θ的無限楔形體的拉應(yīng)力區(qū)部分。上面作用有預(yù)加應(yīng)力荷載Pki，其中，k=1,2,···,[12(n+1)],i=2k-2,2k-1,···,n-1,]]>而 表示 的整數(shù)部分。各薄板厚度都相等。每塊薄板上分份(塊)長度也相等。則有Pkn=2γh2tg2βctg3θ[1-4(k-1)2n(n-1)tgβctgθ]---(3)]]>其中n為變量，且n≠0。當(dāng)n＝0時(shí)，k＝1，P10＝2γh2tg2βctg3θ。
(4)(3)式和(4)式即無限楔形體受自重和齊頂水壓力時(shí)，第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的顯式表達(dá)式，它應(yīng)該是改進(jìn)I、II設(shè)計(jì)計(jì)算中(4)式的主要部分，僅供參考。若Pki分布形式不同，結(jié)果也不相同，可另作計(jì)算。
(b)理想極限情況為了進(jìn)一步說明問題實(shí)質(zhì)，本文給出了在自重和齊頂水壓力作用時(shí)，預(yù)加應(yīng)力荷載分布的一種極限情況。以后稱這種情況為理想極限情況。
假設(shè)圖49中重力壩壩內(nèi)應(yīng)力分布在不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，完全符合彈性力學(xué)解答。又假設(shè)改進(jìn)I和改進(jìn)II把壩體分成無限多等厚度薄板。每塊薄板上拉應(yīng)力區(qū)部分每相隔相等距離作用一預(yù)加應(yīng)力荷載，且作用力為無窮多個(gè)。從而，壩體拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)作用有集度為q的預(yù)加應(yīng)力荷載，則由(3)式q=γtgβctg3θ(1-x2y2ctgβctgθ)---(5)]]>易知，在彈性力學(xué)應(yīng)力解答表達(dá)各式σx、σy、τxy和預(yù)加應(yīng)力荷載集度q作用下，拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)最小主應(yīng)力處處為零。據(jù)此可知，改進(jìn)I和改進(jìn)II最為經(jīng)濟(jì)合理。下面再做兩種計(jì)算。如圖49所示，設(shè)壩高為H，每條鋼絲索壩底以下部分長L，且每條鋼絲索上下截面面積都相等。在這種情況下，第一種鋼絲索上總的預(yù)加應(yīng)力荷載為P=∫∫Ωqdxdy]]>=16γH2tg2βctg3θ(3-tgβctgθ)---(6)]]>其中Ω為拉應(yīng)力區(qū)斷面三角形區(qū)域。第一種鋼絲索長度和它們上面各預(yù)加應(yīng)力荷載乘積的總和為V=∫∫Ωq(H+L-y)dxdy]]>=118γH2(H+3L)(3-tgβctgθ)tg2βctg3θ---(7)]]>
上面兩式中，P為反映第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載總和 V可反映第一種鋼絲索鋼筋用量。這兩個(gè)數(shù)值都是理想前提下的極限數(shù)值。
(c)同一薄板上，分份(塊)數(shù)量的影響圖50所示，第k塊薄板上，薄板上游面橫坐標(biāo)為xk，薄板厚度為lk，ON為拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線，β為ON和y軸夾角，壩高為H。薄板上，各第一種鋼絲索錨固深度都相同，截面面積上下也相等，壩底以下長度為L。薄板上游面和ON交點(diǎn)縱坐標(biāo)為yk，顯然，xk＝y(tǒng)ktgβ，把此交點(diǎn)以下薄板平均分成n等份，每一分份(塊)長度為h，上面作用有一第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載Pi，i＝1，2，…，n。則Pi=γhlktgβctg3θ{1-xk2ctgθtgβ(xk+ihtgβ)[xk+(i-1)htgβ]}---(8)]]>第k塊薄板上第一種鋼絲索長度和它們上面預(yù)加應(yīng)力荷載乘積之和V′k為 其中 當(dāng)n→∞時(shí)，極限狀態(tài)下V′k數(shù)值Vk為Vk=γlk(Htgβ-xk)ctg3θ[L+12H-12xk(ctgβ+2ctgθ+2LHctgθ)]]>+xk2ctgθHtgβ-xklnHtgβxk]---(11)]]>第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力之和P′k為P'k=γHlktgβctg3θ(1-xkHctgθ)(1-xkHctgβ)---(12)]]>如圖50所示，若把第k+1塊薄板和第k塊薄板合并成為一塊薄板，則此薄板上面第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載之和P″與P′k、P′k+1的關(guān)系為P″＞P′k+P′k+1(13)所以得到當(dāng)壩體薄板形狀位置確定以后，它上面第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的總和就已確定，而與薄板上分份(塊)數(shù)量無關(guān)，而且，和薄板上分份(塊)的方法也無關(guān)系；壩體上所有第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載之和僅與壩體上薄板劃分方法有關(guān)，薄板劃分越多，這個(gè)數(shù)值越小。
(d)實(shí)際薄板上分份(塊)極限情況，和這薄板范圍內(nèi)理想極限情況的比較(11)式確定了實(shí)際薄板上，分份(塊)無窮多的極限情況下，第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載和鋼絲索長度乘積的總和。下面再給出在(5)式給出的，集度為q的預(yù)加應(yīng)力荷載作用下，壩體在這塊實(shí)際薄板拉應(yīng)力區(qū)范圍內(nèi)，令這一區(qū)域?yàn)棣浮洌A(yù)加應(yīng)力荷載和鋼絲索長度乘積的積分V′.其它符號(hào)意義見圖49，然后，再給出第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的積分P′.
V'=∫∫Ω′q(H+L-y)dxdy]]>=γtgβctg3θ∫∫Ω′(1-x2y2ctgβctgθ)(H+L-y)dxdy]]>=118γlkctg3θ{9(H+L)[2Htgβ-2xk-lk]-9H2tgβ+(9x2k+9xklk+3l2k)ctgβ]]>+ctgθ[ln(Htgβ)(18x2k+18xklk+6l2k)-6lk(xk+lk)3ln(xk+lk)+6lkx3klnxk+6x2k]]]>+6xklk+2l2k+H+LH(18x2k+18xklk+6l2k)-(H+L)(18xk+9lk)tgβ]}---(14)]]>P′=16γlktgβctg3θ[6H-3(2xk+lk)(ctgβ+ctgθ)+2Hctgβctgθ(3x2k+3xklk+l2k)]---(15)]]>以上給出了實(shí)際薄板分份(塊)無窮多的極限情況下Vk和P′k與該薄板范圍內(nèi)理想極限情況下V′和P′的比較。且還給出了分份(塊)數(shù)量為n時(shí)，實(shí)際薄板上V′k和分份(塊)數(shù)量趨向無窮時(shí)極限情況下Vk的比較，由(12)式知道，P′k這兩種情況無差距，因此，(11)(12)(14)(15)式也就間接給出了實(shí)際薄板上分份(塊)數(shù)量有限時(shí)的情況，和理想極限情況的比較，這些數(shù)值，根據(jù)薄板在壩體中的位置和它的厚度，以及薄板上分份(塊)的數(shù)量，可具體計(jì)算。
(e)一種特殊情況下，有關(guān)鋼絲索方面，壩體整體的計(jì)算下文給出了壩體如圖48所示的，一種特殊薄板劃分，薄板特殊分份(塊)情況下，壩體整體第一種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力荷載的有關(guān)計(jì)算，以供能考。
如圖51所示，ΔOAN為頂角為θ的重力壩的拉應(yīng)力區(qū)部分。薄板劃分和分份(塊)情況及標(biāo)記和圖48完全相同。設(shè)壩高H＝nh，每條鋼絲索壩底以下部分長為L，且鋼絲索上下截面面積都相等。令當(dāng)n為奇數(shù)和偶數(shù)時(shí)各鋼絲索長度和它上面預(yù)加應(yīng)力荷載乘積的總和及壩體上預(yù)加應(yīng)力荷載總和分別為Vn奇，Vn偶，及Pn奇，Pn偶，則 +(18n+9n2)L+3n2Ltgβctgθ-12(3n-14n2+9n3)Htgβctgθ]}---(16)]]>
+18nL+12n2Ltgβctgθ-12(3n-14n2)Htgβctgθ]}---(17)]]> (f)理想極限情況下，壩體頂角減小時(shí)，壩體自重的減小，以及第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載總和的增加設(shè)壩體高度為H，混凝土容重為ρ，水的容重為γ，壩體頂角由θ1減小到θ2，如圖52所示。設(shè)沿壩軸線方向單位寬度壩體重量的減小量為ΔVh，則ΔVh為ΔVh=12ρH2(tgθ1-tgθ2)]]>當(dāng)tgθ1≤γ/ρ]]>時(shí)，由(1)式可以知道，此時(shí)對應(yīng)壩體頂角θ1，θ2的兩個(gè)壩體均需用第一種鋼絲索。再假設(shè)理想極限情況下，第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載總和分別為P1和P2，令ΔP＝P2-P1，則ΔPΔVh=1+2γ3ρctgθ1ctgθ2-ρ23γ2(tg4θ1+tg3θ1tgθ2+tg2θ1tg2θ2+tgθ1tg3θ2+tg4θ)----(20)]]>所以，把tgθ1看作常數(shù)時(shí)，ΔP/ΔVh為tgθ2的單調(diào)減小函數(shù)。圖53給出了當(dāng)tgθ1=γ/ρ=1/2.4=0.6455]]>時(shí)，(20)式給出的ΔP/ΔVh隨θ2的變化曲線。
還可以分析tgθ1>γ/ρ,tgθ2≤γ/ρ]]>和tgθ1>γ/ρ,tgθ2>γ/ρ]]>時(shí)的兩種情況。
經(jīng)過分析計(jì)算，有如下結(jié)論當(dāng)壩體頂角減小到一定程度時(shí)，可以不設(shè)置第二種鋼絲索。并且，當(dāng)壩基巖石條件較好時(shí)，經(jīng)進(jìn)一步分析(只考慮壩體抗滑穩(wěn)定性，而不考慮壩基承載能力)，這一角度較大。在這兩種荷載作用下，如果再考慮壩體揚(yáng)壓力的影響，則這一角度還可以再大一些。
(g)壩體寬度下限經(jīng)分析計(jì)算，壩體寬度下限由混凝土或壩基的容許壓應(yīng)力確定，故本改進(jìn)的壩寬較改進(jìn)前可大幅度減小。
(h)改進(jìn)前后，預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的比較本文僅從三個(gè)方面比較.。
(i)改進(jìn)后，下游不用配置鋼筋，因?yàn)橄掠蚊娌划a(chǎn)生拉應(yīng)力。上游面一般可垂直。
(ii)可充分發(fā)揮混凝土材料耐壓的優(yōu)點(diǎn)，在施工過程中，在壩體上游面的下部尤其如此。從而，可儲(chǔ)備更大預(yù)加應(yīng)力，使壩剖面大幅度地縮小。在改進(jìn)前，這一點(diǎn)難以達(dá)到，壩高很高時(shí)，尤其如此。
(iii)第一種鋼絲索用量的比較除單獨(dú)應(yīng)用本改進(jìn)提高壩體抗滑穩(wěn)定，需設(shè)置第二種鋼絲索以外，由前面結(jié)論，當(dāng)壩體頂角較小時(shí)，可不設(shè)置第二種鋼絲索。設(shè)置第二種鋼絲索時(shí)，也在壩體下部，故改進(jìn)前用于這一意義的那部分鋼絲索用量較改進(jìn)后為大。
下面對應(yīng)用于消除拉應(yīng)力的那部分鋼絲索和改進(jìn)后第一種鋼絲索用量進(jìn)行比較。
假定壩體頂角為θ，壩高為H，鋼絲索在壩底以下長度均為L，令改進(jìn)前后鋼絲索用量分別為V0和V，V為改進(jìn)后理想極限情況下的用量，則由無限楔形體頂部受集中力解答，有V0V=ctgβH+LH+3Lf(θ),]]>其中f(θ)=9(θ2-sin2θ)(2+ργtg2θ)(θ-sinθcosθ)]]>取ρ/γ＝2.4/1，因?yàn)楦倪M(jìn)前壩剖面不能很小，所以，當(dāng)25°≤θ≤32.8°時(shí)，0.789≤f(θ)≤0.879，由前述(2)式，得0≤β≤12.6°，故4.49≤ctgβ≤+∞，等于+∞表示趨向無窮大。
c、適用范圍由前面的分析論證可知，當(dāng)基礎(chǔ)巖石情況較好時(shí)，由于壩體剖面減小而減小的壩體自重，當(dāng)壩體剖面減小到一定程度，可由第一種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力荷載之和給以超量的補(bǔ)償，即下需要抗滑穩(wěn)定的第二種鋼絲索。
現(xiàn)行的預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的上游壩坡作用無外乎下面三種(a)增加壩體向下的壓力，以利壩體抗滑穩(wěn)定。
(b)改善自重荷載給下游面形成的拉應(yīng)力分布及其數(shù)值大小，減小下游面配筋。
(c)減小預(yù)加應(yīng)力荷載在下游面形成的拉應(yīng)力，從而，減小下游面配筋。
由上面提到的結(jié)論和前述的兩改進(jìn)的情況，可知，當(dāng)壩基較好時(shí)，壩剖面減小到一定程度，再設(shè)置上游壩坡時(shí)對本改進(jìn)的預(yù)應(yīng)力錨固重力壩已無實(shí)際意義。然而，這一上游壩在改進(jìn)前是必須設(shè)置的。因此，相當(dāng)數(shù)量的目前預(yù)應(yīng)力錨固重力壩可用兩改進(jìn)上游面垂直的壩型代替，不再設(shè)置上游壩坡。
當(dāng)基巖較差時(shí)，對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)III中，給出了帶有上游壩坡的預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的一種新型式。
影響兩改進(jìn)壩體造價(jià)的主要因素為鋼筋和混凝土的相對價(jià)格。而鋼筋和混凝土的時(shí)價(jià)應(yīng)因時(shí)、因地而異，變化幅度可以很大，且變化在意料之外。兩種改進(jìn)在此變化之下，具有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值時(shí)，則可以應(yīng)用。
因?yàn)?，目前預(yù)應(yīng)力錨固重力壩壩剖面不能很小，故兩種改進(jìn)壩體造價(jià)還應(yīng)和重力壩造價(jià)直接比較。
C、改進(jìn)III的設(shè)計(jì)計(jì)算雛形I本文和改進(jìn)III的設(shè)計(jì)計(jì)算雛形II給出了改進(jìn)III中結(jié)構(gòu)的全新設(shè)計(jì)計(jì)算方法，以供參考。如實(shí)際應(yīng)用，尚需完備。
a、上游壩坡部分各種改進(jìn)型式下，不設(shè)置廊道時(shí)，預(yù)加應(yīng)力荷載引起的預(yù)加應(yīng)力分布下文給出了在假定預(yù)加應(yīng)力荷載分布的情況下，上游壩坡部分在上面敘述的各改進(jìn)形式中，不設(shè)置廊道時(shí)，預(yù)加應(yīng)力分布計(jì)算公式，為此，先敘述一個(gè)原理。
圖54為無限楔形體作用力簡化計(jì)算圖。圖54(a)所示的無限楔形體，在頂部受集中力P的作用，P的方向沿直線l向下?，F(xiàn)在，把無限楔形體在A-A截面處切開成兩個(gè)部分。上半部分有限，下半部分無限，分別如圖54(b)、(c)所示。在A-A截面上，正應(yīng)力和剪應(yīng)力積分后內(nèi)力的矢量和為Q。經(jīng)過靜力分析，Q＝P，方向沿直線l，如圖54(b)、(c)所示。
由圣維南原理，對于圖54(c)所示的部分無限楔形體，在A-A截面上的分布力正應(yīng)力和剪應(yīng)力的作用與集中力Q的作用，在遠(yuǎn)處產(chǎn)生的應(yīng)力分布相同，只有集中力Q的作用點(diǎn)局部不同。因此，可以得出，在A-A截面沿直線l作用的力，可以和無限楔形體頂部同樣大小和方向的力互換，而A-A截面以下的應(yīng)力分布，除作用點(diǎn)的局部以外，完全相同。
對于圖54(d)所示的情況，P1，P2，……，Pn，作用點(diǎn)和方向在通過楔形體頂點(diǎn)的同一條直線上，分布在A-A截面以上，因此，它和作用在楔形體頂部，方向相同，大小為P=Σi=1nPi]]>的力，對于A-A截面以下的應(yīng)力分布等價(jià)，其中只差一個(gè)局部應(yīng)力分布。以后用到這一結(jié)論時(shí)不再說明。
(a)上游壩坡部分第一種改進(jìn)型式下，預(yù)加應(yīng)力分布的計(jì)算。
如圖55所示，上游壩坡部分沿頂角平分線作用有集中力P1，P2，…，Pi，Pi+1，…，Pn。沿和y軸順時(shí)針夾角δ的直線，作用有集中力Q1，Q2，…，Qi，Qi+1，…，Qn，δ的大小由改進(jìn)III中(5)式確定。它們的縱坐標(biāo)分別是h1，h2，…，hi，hi+1，…，hn，上游壩坡為tgα。上游壩坡部分頂點(diǎn)縱坐標(biāo)為H0，底部縱坐標(biāo)為hn+1＝H。這兩組力分別為第三種鋼絲索和第四種鋼絲索施加的預(yù)加應(yīng)力荷載。
(i)第三種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力荷載產(chǎn)生的預(yù)加應(yīng)力分布σx、σy、τxy。
當(dāng)hi≤y≤hi+1時(shí)，其中等號(hào)表示這一分份(塊)邊界上的點(diǎn)M(x，y)，預(yù)加應(yīng)力按本分份(塊)上面的規(guī)律變化，預(yù)加應(yīng)力分布在這些分份(塊)的邊界上，計(jì)算表達(dá)式一般不連續(xù)，下同。同改進(jìn)III中應(yīng)力表達(dá)式(1)、(4)得到σy=Σj=1iPjα(y-H0)(1+kαxy-H0)---(1)]]>σx=x2Σj=1iPjα(y-H0)3(1+kαxy-H0)---(2)]]>τxy=xΣj=liPjα(y-H0)2(1+kαxy-H0)---(3)]]>其中i＝1，2，…，n。
當(dāng)H0≤y≤h1時(shí)σx＝σy＝τxy＝0 (4)(ii)第四種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力荷載產(chǎn)生的預(yù)加應(yīng)力分布σx、σy、τxy。
當(dāng)hi≤y≤hi+1時(shí)，由改進(jìn)III中應(yīng)力表達(dá)式(1)、(6)得σy=-2xΣj=1iQjsin2α(y-H0)2---(5)]]>σx=-2x3Σj=liQjsin2α(y-H0)4---(6)]]>τxy=-2x2Σj=1iQjsin2α(y-H0)3---(7)]]>其中i＝1，2，…，n。
當(dāng)H0≤y≤h1時(shí)σx＝σy＝τxy＝0 (8)(b)上游壩坡部分第二種改進(jìn)型式下，預(yù)加應(yīng)力分布的計(jì)算如圖56所示，設(shè)上游壩坡為tgα，楔形體和薄板總數(shù)為m，從上游壩坡部分下游算起，它們的寬度分別為l1，l2，…，lk，…，lm-1，lm，令l0＝0，各薄板上楔形體和最后楔形體頂點(diǎn)的縱坐標(biāo)依次為H0，h1，…，hk-1，…，hm-2，hm-1，令h0＝H0。在每一個(gè)頂點(diǎn)作用一集中力，依次為P1，P2，…，Pk，…，Pm-1，Pm，這些力和y軸順時(shí)針的夾角為 ，作用點(diǎn)縱坐標(biāo)依次為h′1，h′2，…，h′k，…，h′m-1h′m。顯然有hk-1=H0+Σj=1klj-1ctgα,k=1,2,···,m.]]>在第k塊薄板上，自上而下，作用有集中力Q1，Q2，…，Qi，Qi+1…，Qn，方向沿薄板中心線，作用點(diǎn)縱坐標(biāo)分別為hk，H1，…，Hi-1，Hi，…，Hn-1，令Hn＝H。H為第k塊薄板或楔形體下面壩基表面的縱坐標(biāo)。對于第k塊薄板或楔形體，顯然有hk-1＜h′k＜hk＜H1＜…＜Hi-1＜Hi＜…＜Hn-1＜Hn＝H下面推導(dǎo)第k塊薄板或楔形體上，預(yù)加應(yīng)力分布σx、σy、τxy的表達(dá)式，k＝1，2，…，m。
(1)、設(shè)點(diǎn)M(x、y)，其中hk-1≤y≤h′k，顯然σx＝σy＝τxy＝0 (9)(2)、設(shè)點(diǎn)M(x、y)，其中h′k≤y≤hk。這種情況，若k≠m，則不計(jì)入平衡鋼絲索施加的集中力對預(yù)加應(yīng)力分布的影響。由改進(jìn)III中應(yīng)表達(dá)式(1)、(4)，得到σy=Pkσ(y-hk-1)(1+kαx+Σj=1klj=1y-hk-1)]]>σy=Pkα(y-H0-Σj=1klj-1ctgα)(1+kαx+Σj=1klj-1y-H0-Σj=1klj-1ctgα)---(10)]]>σx=Pk(x+Σj=1klj-1)2α(y-H0-Σj=1klj-1ctgα)3(1+kαx+Σj=1klj-1y-H0-Σj=1Klj-1ctgα)---(11)]]>τxy=Pk(x+Σj=1klj-1)α(y-H0-Σj=1klj-1ctgα)2(1+kαx+Σj=1klj-1y-H0-Σj=1klj-1ctgα)---(12)]]>(3)、設(shè)點(diǎn)M(x，y)，其中y≥hk，這時(shí)，進(jìn)一步假設(shè)Hi-1≤y≤Hi(i＝1時(shí)，hk≤y≤H1)。這種情況，略去平衡鋼絲索的影響。顯然σy=1lk(Pkcosα2+Σj=1iQj)---(13)]]>
σx＝τxy＝0 (14)其中i＝1，2，…，n。
(c)、上游壩坡部分第三種改進(jìn)型式下，預(yù)加應(yīng)力分布的計(jì)算如圖57所示，集中力Q1，Q2，…，Qi，Qi+1，…，Qn，均沿薄板中心線，作用點(diǎn)縱坐標(biāo)分別為h′k+1，H1，…，Hi-1，Hi，…，Hn-1，令Hn＝h′m+1＝H。其它各部位受力及標(biāo)記同圖56，不復(fù)重述。顯然hk-1＜h′k＜h′k+1＜H1＜…＜Hi-1＜Hi＜…＜Hn-1＜Hn＝H，下面推導(dǎo)第k塊薄板或楔形體上，預(yù)加應(yīng)力分布σx，σy，τxy的表達(dá)式。k＝1，2，…，m。
(i)設(shè)點(diǎn)M(x，y)，其中hk-1≤y≤h′k，由改進(jìn)III中表達(dá)式(1)、(4)，得到σy=1αΣj=1k-1Pjy-hj-1(1+kαx+Σr=1jlr-1y-hj-1),(k>1)]]>σy=1αΣj=1k-1Pjy-H0-Σr=1jlr-1ctgα(1+kαx+Σr=1jlr-1y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)---(15)]]>σx=1αΣj=1k-1Pj(x+Σr=1jlr-1)2(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)3(1+kαx+Σr=1jlr-1y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)---(16)]]>τxy=1αΣj=1k-1Pj(x+Σr=1jlr-1)(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)2(1+kαx+Σr=1jlr-1y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)---(17)]]>(ii)設(shè)點(diǎn)M(x，y)，其中h′k≤y≤h′k+1(k＝m時(shí)，h′m+1＝H)σy=1αΣj=1kPjy-H0-Σr=1jlr-1ctgα(1+kαx+Σr=1jlr-1y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)---(18)]]>σx=1αΣj=1kPj(x+Σr=1jlr-1)2(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)3(1+kαx+Σr=1jlr-1y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)---(19)]]>
τxy=1αΣj=1kPj(x+Σr=1jlr-1)(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)2(1+kαx+Σr=1jlr-1y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)---(20)]]>(iii)設(shè)點(diǎn)M(x，y)，其中y≥h′k+1，這時(shí)，進(jìn)一步假設(shè)Hi-1≤y≤Hi(i＝1時(shí)，h′k+1≤y≤H1)。顯然σy=1lkΣj=1iQj+1αΣj=1kPjy-H0-Σr=1jlr-1ctgα(1+kαx+Σr=1jlr-1y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)---(21)]]>σx=1αΣj=1kPj(x+Σr=1jlr-1)2(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)3(1+kαx+Σr=1jlr-1y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)---(22)]]>τxy=1αΣj=1kPi(x+Σr=1jlr-1)(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)2(1+kαx+Σr=1jlr-1y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)---(23)]]>其中i＝1，2，…，n。
b、薄板或楔形體的穩(wěn)定計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算(a)穩(wěn)定計(jì)算薄板的穩(wěn)定計(jì)算同改進(jìn)I、II中設(shè)計(jì)計(jì)算，近似認(rèn)為薄板頂部楔形體也為等厚度的薄板。下面對上游壩坡部分第一種改進(jìn)型式下的楔形體進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。和薄板同時(shí)分出的其它形式下的楔形體，本文沒有給出穩(wěn)定計(jì)算，可仿此計(jì)算。
如圖58所示，<1=12α,]]>∠BAC＝α，∠2由改進(jìn)III中(5)式給出，∠2＝∠δ，∠3＝∠2-∠1。經(jīng)分析得出，當(dāng)α＜15°時(shí)，<3=16α]]>若圖58所示的三角形為上游壩坡部分，則第三種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載沿AD方向，第四種鋼絲索上的預(yù)加應(yīng)力荷載沿AE方向。設(shè)P、Q分別為兩種荷載中的各一個(gè)荷載。則Q沿AD方向的分量為
Qcos<3=Qcos(16α)]]>當(dāng)α較小時(shí)，α/6更小，故上式可近似認(rèn)為Qcos∠3＝Q故由上式可知，第四種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載沿第三種鋼絲索方向上的分量和α大小無關(guān)，且分量等于它本身。應(yīng)用這一結(jié)論，可對上游壩坡部分第一種改進(jìn)型式下預(yù)加應(yīng)力荷載進(jìn)行簡化。
偏于安全，自重荷載沿第三種鋼絲索方向的分量也按它本身大小計(jì)算。
穩(wěn)定計(jì)算圖如圖59所示，壓桿軸線為楔形體頂角平分線。壓桿下端固定，上端自由。沿壓桿軸線，自上而下，作用有集中力F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n-1，F(xiàn)n。它們的作用點(diǎn)如圖所示。自重荷載為q=ρ(2htgαcr2-2utgαcr2)=·αcrρ(h-u)---(24)]]>其中ρ為混凝土容重，αcr為這組力的作用下，楔形體處于臨界狀態(tài)下的頂角，設(shè)混凝土彈性模量為E，下面給出用能量法得出的結(jié)果。設(shè)撓曲軸方程為v＝v(u)，則αcr應(yīng)滿足αcr3-a1αcr-a2=0---(25)]]>其中a1=12ρ∫oh(h-u){∫ou[v′(u)]2du}duE∫oh(h-u)3[v′′(u)]2du]]>a2=12Σi=1n{Fi∫oh-Σj=1ihj-1[v′(u)]2du}E∫oh(h-u)3[v′′(u)]2du]]>方程(25)只有一個(gè)正實(shí)根αcr，可以解出。對于實(shí)際問題，作一些簡化后可以近似計(jì)算。
(b)強(qiáng)度計(jì)算本文給出了上游壩坡部分，各改進(jìn)型式下，不設(shè)置廊道時(shí)，預(yù)加應(yīng)力分布計(jì)算公式。按這些公式計(jì)算出預(yù)加應(yīng)力分布之后，再疊加上自重荷載及施工過程中其它荷載引起的應(yīng)力分布，再計(jì)算出各點(diǎn)最大主應(yīng)力。各點(diǎn)中最大的最大主應(yīng)力符合一般混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求即可，毋需對其有過高的要求。設(shè)置廊道時(shí)，也可仿此計(jì)算。
c、第二種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算在整個(gè)壩體用于消除主拉應(yīng)力各種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載計(jì)算出來以后，統(tǒng)一考慮第二種鋼絲索的計(jì)算和分布，用改進(jìn)I、II的設(shè)計(jì)計(jì)算中(5)式計(jì)算。在那里，所有符號(hào)的意義現(xiàn)在都是對整個(gè)壩體而言的。如∑H為作用于滑動(dòng)面以上的力在水平方向投影的代數(shù)和，其中還包括上游壩坡部分第一種改進(jìn)型式下，兩種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的水平分量，或第二種改進(jìn)型式下，最上游楔形體上傾斜鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的水平分量，或第三種改進(jìn)型式下，傾斜鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的水平分量，其它部分相同。顯然，這三種水平分量都有助于壩體抗滑穩(wěn)定?！芕中還包括上游壩坡部分各種改進(jìn)型式下，各種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的鉛直分量，而不包括∑Fk，同時(shí)，還包括上游壩坡上水壓力的鉛直分量。這種計(jì)算方法當(dāng)上游壩坡部分采用第一種改進(jìn)型式時(shí)，忽略了上游壩坡部分上第二種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力荷載的水平分量的作用。因?yàn)樯嫌螇纹乱话爿^小，故在這里，∑Pk為壩體中除第二種鋼絲索以外，包括上游壩坡部分所有垂直鋼絲索和傾斜鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的總和。其它方面同改進(jìn)I、II的設(shè)計(jì)計(jì)算。
d、基礎(chǔ)應(yīng)力和基礎(chǔ)處理這部分內(nèi)容同改進(jìn)I、II設(shè)計(jì)。因?yàn)閴位鶙l件相對較差，故第二種鋼絲索合理分布尤為重要。由于本改進(jìn)鋼絲索分散地錨固在基巖上，對于基巖較差的壩基，比改進(jìn)前更加合理。
D改進(jìn)III的設(shè)計(jì)計(jì)算雛形II本文是改進(jìn)III的設(shè)計(jì)計(jì)算雛形I的續(xù)篇。因此，各相同部分計(jì)算圖標(biāo)記意義可相互參考。文中沒有給出各種預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算，所指預(yù)加應(yīng)力荷載也不包括這一部分。
a、上游壩坡部分各種改進(jìn)型式下，不設(shè)置廊道時(shí)，預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算公式(a)不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，上游壩坡部分應(yīng)力分布σx、σy、τxy的計(jì)算因?yàn)楸靖倪M(jìn)用垂直縫把壩體分割成了若干薄板和楔形體，包括上游壩坡部分和主體部分，所以，自重荷載引起的壩體應(yīng)力分布將有所改變。各塊薄板(或楔形體)之間沒有影響，故自重荷載引起的應(yīng)力分布應(yīng)以薄板或楔形體為單位分別計(jì)算。因?yàn)樯嫌螇纹虏糠謮蚊鏋橹本€，各薄板或楔形體在自重荷載作用下的應(yīng)力分布(σhx，σhy，σhxy)可統(tǒng)一以下面形式給出(上游壩坡部分)， 其中ρ為混凝土容量，H0、tgα分別為上游壩坡部分的上部頂點(diǎn)的縱坐標(biāo)和上游壩坡，如圖60所示。
把上游壩坡部分和主體部分看作整體，用混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的荷載組合和計(jì)算方法，計(jì)算除預(yù)加應(yīng)力荷載和自重兩種荷載作用下的應(yīng)力分布。然后，再疊加上上述計(jì)算的自重荷載引起的應(yīng)力分布σhx、σhy、τhxy，即得不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力，上游壩坡部分的應(yīng)力分布σx、σy、τxy。
如果采用代替廊道的裝置，則把裝置的重量折算成混凝土一定體積的重量后，計(jì)算出一定體積和裝置所占體積(不包括內(nèi)部空間)差額體積混凝土的重量(取這個(gè)重量沿壩軸線方向單寬的平均值)，把這個(gè)重量當(dāng)作荷載之一，以楔形體或帶有楔形體的薄板為對象，計(jì)算σhx、σhy、τhxy，對此裝置的處理，其它方面同改進(jìn)I。
(b)上游壩坡部分，最小主應(yīng)力處處為零的充要條件(注本文在壩體上游面計(jì)入揚(yáng)壓力，最小主應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)為零，和規(guī)范不符合，見改進(jìn)I、II設(shè)計(jì)計(jì)算中類似情況注釋)設(shè)σ′x、σ′y、τ′xy是使上游壩坡部分中，最小主應(yīng)力處處為零時(shí)，所需的預(yù)加應(yīng)力分布。再假設(shè)不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，上游壩坡部分的應(yīng)力分布為σx、σy、τxy，所以，上游壩坡部分的應(yīng)力分布為σx+σ′x、σy+σ′y、τxy+τ′xy。
若最小主應(yīng)力不小于零，則由材料力學(xué)，σx+σ′x和σy+σ′y都不能小于零。
當(dāng)σx+σ′x和σy+σ′y中之一大于零時(shí)，由材料力學(xué)，可以推導(dǎo)出上游壩坡部分最小主應(yīng)力處處為零的充要條件為(σx+σ′x)(σy+σ′y)＝(τxy+τ′xy)2(3)(c)第一種改進(jìn)型式下，預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算公式如圖55所示，上游壩坡部分沿頂角平分線作用有集中力P1P2，…，Pi，Pi+1，…，Pn。沿和y軸順時(shí)針夾角δ的直線，作用有集中力Q1，Q2…，Qi，Qi+1，…，Qn，δ大小由改進(jìn)III中(5)式確定。它們的縱坐標(biāo)分別是h1，h2，…，hi，Hi+1，…，hn，上游壩坡為tgα。上游壩坡部分頂點(diǎn)縱坐標(biāo)為H0，底部縱坐標(biāo)為hn+1＝H。這兩組力分別為第三種鋼絲索和第四種鋼絲索施加的預(yù)加應(yīng)力荷載。
(i)第四種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算由(2)式，得到自重引起的垂直正應(yīng)力，沿水平截面為線性分布。由改進(jìn)III中(6)式，得到第四種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力垂直正應(yīng)力，沿水平截面也為線性分布。第四種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力荷載的確定，就是使得在這些集中力作用點(diǎn)的若干水平截面內(nèi)，在自重荷載和水平截面以上(不包括該截面上的這個(gè)集中力)的這些集中力的作用下，垂直正應(yīng)力都各自相等。如圖61所示，在水平截面A-A上，這兩種荷載引起的垂直正應(yīng)力均勻分布，所以，由設(shè)計(jì)計(jì)算I中(5)式和本文(2)式，得到2(hi+1-H0)tgαΣj=1iQjsin2α(hi+1-H0)2=ρ(hi+1-H0)]]>經(jīng)推導(dǎo)，得到 i＝2，…，n。其它符號(hào)、標(biāo)記見圖55，意義相同。
(ii)第三種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算顯然，第四種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力荷載不能滿足上游壩坡部分?jǐn)嗝嫔纤胁糠值男枰?。把第四種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力荷載引起的預(yù)加應(yīng)力分布σ″x、σ″y、τ″xy。和不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，前述的上游壩坡部分應(yīng)力分布σx、σy、τxy，疊加，得到新的應(yīng)力分布σx、σy、τxy。
σx＝σ″x+σx，σy＝σ″y+σy，τxy＝τ″xy+τxy。
第三種鋼絲索就是為消除應(yīng)力分布σx、σy、τxy形成的主拉應(yīng)力所設(shè)。經(jīng)計(jì)算推導(dǎo)，得到Σj=1iPj′=α[(τxy′′′)2-σx′′′σy′′′](y-H0)(1+k0xy-H0)[σx′′′+x2σy′′′(y-H0)2-2xτxy′′′y-H0]---(5)]]>其中 表示使得hi≤y≤hi+1這一分份(塊)中，計(jì)算點(diǎn)最小主應(yīng)力為零的各集中力(和P1，P2，…，Pi對應(yīng))之和。它是x，y的函數(shù)。令Mi為這一分份(塊)中，這個(gè)函數(shù)的最大值，它的大小可由(5)式具體算出。由此可得Pi＝Mi-Mi-1(6)其中i＝1，2，…，n，M0＝0(d)第二種改進(jìn)型式下，預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算公式計(jì)算圖如圖56所示。
(i)hk-1≤y≤h′k時(shí)，此時(shí)不設(shè)預(yù)加應(yīng)力。
(ii)h′k≤y≤hk時(shí)Pk′=α(τxy2-σxσy)(y-H0-Σj=1klj-1ctgα){1+kα(x+Σj=1klj-1)y-H0-Σj=1klj-1ctgα}{σx+(x+Σj=1klj-1)2σy(y-H0-Σj=1klj-1ctgα)-2(x+Σj=1klj-1)τxyy-H0-Σj=1klj-1ctgα}---(7)]]>其中P′k表示使h′k≤y≤hk+1每一點(diǎn)最小主應(yīng)力都為零的楔形體頂部集中力。它是x、y的函數(shù)。令Pk為這一分份(塊)中這個(gè)函數(shù)最大值，它的大小可由(7)式具體計(jì)算，則Pk已確定。
(iii)y≥hk時(shí)，這時(shí)，進(jìn)一步假設(shè)Hi-1≤y≤Hi(i＝1時(shí)，hk≤y≤H1)，Σj=1iQj′=lk(τ2xy/σx-σy)-Pkcosα2---(8)]]>其中 表示使得Hi-1≤y≤Hi這一分份(塊)中，每一點(diǎn)最小主應(yīng)力都為零的各集中力(對應(yīng)于Q1，Q2，…，Qi)的和。它是x、y的函數(shù)。Pk為已知，已由(7)式算出。令Mi為這一分份(塊)中的上述函數(shù)的最大值，它的大小可由(8)式具體計(jì)算。設(shè)對應(yīng)最大值時(shí)各集中力的和為 則Qi＝Mi-Mi-1(9)i＝1，2，…，n，M0＝0。
(e)第三種改進(jìn)型式下，預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算公式計(jì)算圖如圖57所示。
(i)P1，P2，…，Pm的確定先假設(shè)P1，P2，…，Pk-1已確定。當(dāng)hk≤y≤h′k+1，(x、y)為第k+1塊薄板或楔形體上的點(diǎn)時(shí)，令a1=Σj=1k-1Pj[1+kα(x+Σr=1jlr-1)/(y-H0-Σr=1jlr=1ctgα)]y-H0-Σr=1jlr-1ctgα]]>b1=Σj=1k-1Pj(x+Σr=1jlr-1)2[1+kα(x+Σr=1jlr=1)/(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)](y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)3,]]>c1=Σj=1k-1Pj(x+Σr=1jlr-1)[1+kα(x+Σr=1jlr-1)/(y-H0-Σr=1Jlr-1ctgα)](y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)2,]]>a2=1+kα(x+Σr=1klr-1)/(y-H0-Σr=1klr-1ctgα)y-H0-Σr=1klr-1ctgα]]>b2=(x+Σr=1klr-1)2[1+kα(x+Σr=1klr-1)/(y-H0-Σr=1klr-1ctgα)](y-H0-Σr=1klr-1ctgα)3,]]>c2=(x+Σr=1klr-1)[1+kα(x+Σr=1klr-1)/(y-H0-Σr=1klr-1ctgα)](y-H0-Σr=1klr-1ctgα)2]]>對于固定的點(diǎn)，a1、a2、b1、b2、c1、c2為已知數(shù)，得p′k=(ατxy+c1)2-(ασx+b1)(ασy+a1)αa1σx+αb2σy+a1b2+a2b1-2c2(ατxy+c1)---(10)]]>由(10)式可計(jì)算出P′k最大值，令M′k等于這個(gè)大值，則M′k已確定。
當(dāng)(x、y)為第k塊薄板頂部楔形體上的點(diǎn)，h′k≤y≤h′k+1時(shí)，由設(shè)計(jì)計(jì)算1中(18)、(19)、(20)三式，經(jīng)推導(dǎo)可知，預(yù)加應(yīng)力分布形式和上一情況完全相同。做同樣處理，可以得到和(10)式完全相同的表達(dá)式。在這種情況下，由(10)式可以求出這一分份(塊)的最大值，令M″k等于這個(gè)最大值，則M″k已確定。
為當(dāng)k＝m為楔形體時(shí)，h′m≤y≤H，則Pm＝M″k當(dāng)?shù)趉塊為薄板時(shí)，則Pk＝max(M′k，M″k)計(jì)算時(shí)，依次計(jì)算。先按(10)式計(jì)算P1，再計(jì)算P2，…，依次計(jì)算出P1，P2，…，Pm。
(ii)垂直鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算公式取第k塊薄板計(jì)算，k＝1，2，…，m-1。進(jìn)一步假設(shè)Hi-1≤y≤Hi(i＝1時(shí)，h′k+1≤y≤H1)。令σ′x=1αΣj=1kPj(x+Σr=1jlr-1)2(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)3(1+kαx+Σr=1jlr-1(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα))---(11)]]>τ′xy=1αΣj=1kPj(x+Σr=1jlr-1)(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)2(1+kαx+Σr=1jlr-1(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα))---(12)]]>σ′′y=1αΣj=1kPj(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα)(1+kαx+Σr=1jlr-1(y-H0-Σr=1jlr-1ctgα))---(13)]]>其中i＝1，2，……，n則Σj=1iQ′j=lk[(τxy+τ′xy)2σx+σ′x-σy-σ′′y]---(14)]]>其中 是使得這一分份(塊)中，最小主應(yīng)力為零的點(diǎn)對應(yīng)的Q′j(j＝1，2，…，i， Qj′與Qj對應(yīng))之和，它是x、y的函數(shù)。令Mi為這個(gè)函數(shù)在這一分份(塊)中的最大值，則Mi由(14)式具體算出。
Qi＝Mi-Mi-1(15)i＝1，2，…，n。Mo＝0由(15)式，可計(jì)算出Q1，Q2，…，Qn(f)計(jì)算公式的討論下面，以(5)式為例作如下討論。
首先，所計(jì)算的點(diǎn)最小主應(yīng)力應(yīng)為拉應(yīng)力，且計(jì)算出的預(yù)加應(yīng)力數(shù)值，σ′x，σ′y應(yīng)滿足σ′x+σx≥0，σ′y+σy≥0其次，若σ′y＜0，則說明用這種預(yù)加應(yīng)力不能消除計(jì)算點(diǎn)的拉應(yīng)力，且若由(5)式計(jì)算出的Mi，不能使該分份(塊)中每一點(diǎn)都能消除主拉應(yīng)力，則說明也不能用這種預(yù)加應(yīng)力消除此分份(塊)中的主拉應(yīng)力，這兩種情況均應(yīng)作特別處理。
令a＝x/(y-Ho)。如果在(5)式中(τxy)2-σxσy＝0，σx+a2σy-2aτxy＝0，此時(shí)(5)式無意義。但是，由這兩個(gè)式子有，σx＝aτxy＝a2σy。因?yàn)棣摇鋢＝aτ′xy＝a2σ′y，故只需σ′y＝-σy即可。這種情況，進(jìn)一步假設(shè)在該點(diǎn)的一個(gè)很小的鄰域內(nèi)，有無數(shù)個(gè)不按σx＝aτxy＝a2σy規(guī)律變化的點(diǎn)，因?yàn)檫@個(gè)規(guī)律為無限楔形體頂部受集中荷載的規(guī)律。對于這樣的點(diǎn)，經(jīng)分析，可統(tǒng)一用(5)式，在這點(diǎn)附近取一點(diǎn)作近似計(jì)算。
當(dāng)σx+a2σy-2aτxy＝0，τxy-σxσy≠0時(shí)，無法用這種預(yù)加應(yīng)力消除最小主拉應(yīng)力。
對于其它計(jì)算公式，也可發(fā)生類似情況，可作類似的討論和處理。
b其它問題(a)上游壩坡部分各改進(jìn)型式下，設(shè)置廊道時(shí)，預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算。
上游壩坡部分第二種改進(jìn)型式下的計(jì)算和改進(jìn)I相似，如果可能，可按那里的方法計(jì)算。其它改進(jìn)型式下的計(jì)算比較復(fù)雜，很難以數(shù)學(xué)表達(dá)式給出，本文沒有給出計(jì)算方法。
(b)主體部分預(yù)加應(yīng)力設(shè)計(jì)主體部分的設(shè)計(jì)計(jì)算，和改進(jìn)I、II設(shè)計(jì)計(jì)算中所敘述的完全相同，只是應(yīng)加入上游壩坡部分的影響而已。
c應(yīng)用改進(jìn)III，預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算(a)這種壩的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)過程●擬定上游壩坡部分高度。對于已知的壩體高度，設(shè)壩體高度為H，根據(jù)實(shí)際需要和設(shè)計(jì)要求，假設(shè)上游壩坡部分高度有種n5可能，分別為H1，H2，…，Hn5。
0＜H1＜H2＜…＜Hn5≤H。
●對于似定的上游壩坡部分的每一高度，再擬定一組上游壩坡部分的可能寬度，即壩底上上游壩坡部分的寬度。對于不同的上游壩坡部分的高度，所擬定的不同組上游壩坡部分的寬度可能不盡相同。假設(shè)每一組上游壩坡部分的寬度都有n6種。
在確定了上游壩坡部分高度以后，上游壩坡部分的寬度是應(yīng)該受到某些限制的。這些限制或來自規(guī)范，或來自實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。因?yàn)樯嫌螇纹逻^大時(shí)，用本改進(jìn)的三種改進(jìn)型式，有時(shí)，都無法消除主拉應(yīng)力，或雖然已消除主拉應(yīng)力，而造價(jià)過高。
●對于每一擬定的上游壩坡部分的高度和寬度，上游壩坡部分的形狀已完全確定。然后，確定改進(jìn)型式，根據(jù)上游壩坡的大小，確定用第一種改進(jìn)型式或采用第二、三種改進(jìn)型式。不同的改進(jìn)型式，同一改進(jìn)型式下是否設(shè)置廊道、是否分期施工、是否吊裝施工，等等，都可以作為不同的變化因素。假設(shè)對于每一形狀的上游壩坡部分，都有n7種變化。
因此，上游壩坡部分共有n5n6n7種可能的選擇。
●對于上游壩坡部分的每種可能的選擇，分別進(jìn)行主體部分和上游壩坡部分的設(shè)計(jì)計(jì)算。
在改進(jìn)I、II的設(shè)計(jì)計(jì)算中，也是假定了若干壩體形狀，即不同壩寬，不同下游面曲線，還有一些其它可變因素，最后，得出了許多方案。在這里，主體部分的設(shè)計(jì)計(jì)算和改進(jìn)I、II的設(shè)計(jì)計(jì)算完全相同。對于每一個(gè)這樣的方案，都應(yīng)有一個(gè)不同的壩體應(yīng)力分布(假設(shè)不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力)，上游壩坡部分和主體部分都應(yīng)分別設(shè)計(jì)計(jì)算。上游壩坡部分的設(shè)計(jì)計(jì)算過程見下文。主體部分的設(shè)計(jì)計(jì)算中，改進(jìn)I、II的設(shè)計(jì)計(jì)算中的抗滑穩(wěn)定計(jì)算和基礎(chǔ)應(yīng)力計(jì)算，在這里，都應(yīng)對整個(gè)壩體進(jìn)行。設(shè)計(jì)計(jì)算完這許多方案以后，對這些方案進(jìn)行比較(方法見改進(jìn)I、II的設(shè)計(jì)計(jì)算)，從中得出一個(gè)最佳方案。這一最佳方案僅是對上游壩坡部分的某種特定的可能選擇而言。對于上游壩坡部分的不同可能選擇，共有n5n6n7種這樣的最佳方案。
●對于上述這n5n6n7種最佳方案進(jìn)行比較，選出一個(gè)最佳方案作為最后的設(shè)計(jì)方案。
從設(shè)計(jì)過程可知，僅從方案數(shù)量而言，這種壩的設(shè)計(jì)工作量為改進(jìn)I、II的n5n6n7倍。
●完成其它設(shè)計(jì)計(jì)算(b)上游壩坡部分的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)過程在改進(jìn)I、II的設(shè)計(jì)過程中，共有n1n2n3n4種方案。由上述的設(shè)計(jì)過程，本改進(jìn)應(yīng)有n1n2…n7種方案。對于這些方案，一般都應(yīng)有一個(gè)上游壩坡部分的不同設(shè)計(jì)計(jì)算。上游壩坡部分的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)過程應(yīng)為●對于每一確定了形狀、改進(jìn)型式、是否設(shè)置廊道、預(yù)加應(yīng)力荷載分布狀況、是否分期施工、是否吊裝施工等諸因素的上游壩坡部分，在不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力荷載的前提下，用混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的荷載組合、計(jì)算方法，計(jì)算上游壩坡部分的應(yīng)力分布(自重荷載引起的應(yīng)力分布按本文所述方法計(jì)算。對于不同的主體部分方案，應(yīng)分別計(jì)算)。
●進(jìn)行預(yù)加應(yīng)力荷載計(jì)算。本文沒有給出設(shè)置廊道時(shí)的計(jì)算方法。在不設(shè)置廊道時(shí)，本文給出了計(jì)算公式。并應(yīng)計(jì)入預(yù)應(yīng)力損失。
●對薄板或楔形體在不同的施工階段，進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定的校核。
●完成其它設(shè)計(jì)計(jì)算。
E.改進(jìn)IV的分析論證和設(shè)計(jì)計(jì)算a.楔形體受自重和齊頂水壓力時(shí)，應(yīng)力分布的分析設(shè)無限楔形體頂角為θ，上游面垂直，受自重和齊頂水壓力作用。楔形體容重為ρ，水的容重為γ，建立坐標(biāo)系如圖62所示。壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)，則由彈性力學(xué)解答，應(yīng)力σxσyτxy為σx＝γyσy＝(2γctg3θ-ρctgθ)x-(γctg2θ-ρ)yτxy＝γxctg2θ在這兩種荷載作用下，楔形體出現(xiàn)拉應(yīng)力時(shí)，改進(jìn)I、II的分析論證中給出了拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線與y軸的夾角βtgβ=tgθ-ργtg3θ---(1)]]>在σy的表達(dá)式中，令σy＝0得到xy=tgθ-ργtg3θ2-ργtg2θ]]>它也表示通過無限楔形體頂點(diǎn)的一條直線，稱它為垂直正應(yīng)力正負(fù)分界線。令這條直線和y軸的夾角為α，則tgα=tgθ-ργtg3θ2-ργtg2θ---(2)]]>由改進(jìn)I、II的分析論證中(1)式，知ργtg2θ<1,]]>故由(1)、(2)兩式得到tgα<tgθ-ργtg3θ=tgβ]]>α＜β(3)ctgα＝ctgθ+ctgβ(4)垂直正應(yīng)力正負(fù)分界線把無限楔形體分成兩個(gè)部分，左半部分壩體中垂直正應(yīng)力為拉應(yīng)力，右半部分中為壓應(yīng)力。稱左半部分為垂直拉應(yīng)力區(qū)，右半部分為垂直壓應(yīng)力區(qū)，如圖1所示。
b.用預(yù)加應(yīng)力消除實(shí)際壩體中主拉應(yīng)力不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力，設(shè)實(shí)際壩體中應(yīng)力分布為σx，σy，τxy。一般在重力壩中，應(yīng)有τx＞0。
設(shè)壩體內(nèi)預(yù)加應(yīng)力為σ′x、σ′y、τ′xy＝0。由材料力學(xué)知道，當(dāng)σx+σ′x、σy+σ′y之一大于零時(shí)，壩體內(nèi)最小主應(yīng)力為零的充要條件為(σx+σ′x)(σy+σ′y)＝(τxy+τ′xy)2或(σx+σ′x)(σy+σ′y)＝τxy2(5)當(dāng)用垂直預(yù)加應(yīng)力消除主拉應(yīng)力時(shí)，此時(shí)σx＝0，由(5)式，知σ′y＝τxy2/σx-σy。
當(dāng)用水平預(yù)加應(yīng)力消除主拉應(yīng)力時(shí)(要求σy＞0)，此時(shí)σy＝0，由(5)式，知σ′x＝τxy2/σy-σx。
因此，僅從預(yù)加應(yīng)力數(shù)值大小而言，有時(shí)用水平預(yù)加應(yīng)力比用垂直預(yù)加應(yīng)力來消除主拉應(yīng)力所用應(yīng)力數(shù)值為小。
另一方面，用垂直預(yù)加應(yīng)力時(shí)，必須把鋼筋錨固在壩基以下一定深度，而水平預(yù)加應(yīng)力則不用。如圖63所示，為使寬為l，高為H的一段薄板得到大小為σ的垂直預(yù)加應(yīng)力，則所需鋼筋預(yù)加應(yīng)力荷載和鋼筋長度的乘積為Vv＝σl(H+L)＝σlH+σlL其中L為鋼筋壩基面以下錨固深度。若使這塊薄板得到同樣大小的水平預(yù)加應(yīng)力，則所需鋼筋預(yù)加應(yīng)力荷載和鋼筋長度的乘積為VH＝σLH。
VV和VH均能反應(yīng)鋼筋用量，則顯然VV＞VH圖64為壩體剖面的一部分。假設(shè)拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線能以函數(shù)形式給出，為x＝f(y)。
再假設(shè)在圖示的第k塊薄板上，此函數(shù)達(dá)到極值，極大值點(diǎn)為C，f(y)和此薄板上游面的交點(diǎn)為A、B。則此薄板的ACBA范圍內(nèi)需要施加預(yù)加應(yīng)力來消除主拉應(yīng)力，而此范圍以外的部分不需施加預(yù)加應(yīng)力。故用垂直預(yù)加應(yīng)力時(shí)，往往會(huì)造成鋼材的浪費(fèi)。此時(shí)可在兩水平線AD和BE范圍內(nèi)施加水平預(yù)加應(yīng)力。
由改進(jìn)I、II的分析論證可知，當(dāng)三角形壩剖面頂角減少到一定程度，第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載之和再加上壩體自重已能滿足壩體抗滑穩(wěn)定要求。如果壩體頂角繼續(xù)減小，則上述的總壓力已超過壩體抗滑穩(wěn)定要求的數(shù)值。這顯然是多余的，部分垂直預(yù)加應(yīng)力可用水平預(yù)加應(yīng)力代替而節(jié)省材料。
例如為了減少壩體上部垂直預(yù)加應(yīng)力鋼絲索用量，減小鋼絲索長度，壩體上部剖面不能太過瘦小。而壩體下部剖面減小很多時(shí)，則壩體下游面曲線將呈上凸形狀，如圖65所示。對于這種剖面形式的壩體，在壩體底部，下游面曲線的 很小，由混凝土重力壩應(yīng)力計(jì)算的材料力學(xué)方法，得知，靠近壩體下游面處，σx很小。因此，拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線很靠近壩體下游面。垂直正應(yīng)力正負(fù)分界線卻離壩體下游面較遠(yuǎn)。所以，在靠近下游面處可采用水平預(yù)加應(yīng)力以節(jié)省鋼材。
易證，用水平預(yù)加應(yīng)力和垂直預(yù)加應(yīng)力聯(lián)合，可消除一切可能的應(yīng)力分量形成的主拉應(yīng)力。
c.改進(jìn)IV綜述I中壩型的設(shè)計(jì)這種壩或主體部分的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)過程應(yīng)為根據(jù)改進(jìn)型式，用改進(jìn)I、II、III進(jìn)行設(shè)計(jì)。注意改進(jìn)I、II、III還有進(jìn)一步改進(jìn)。當(dāng)設(shè)計(jì)進(jìn)行到對拉應(yīng)力區(qū)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)這一步驟時(shí)，改用下法進(jìn)行這一步驟的設(shè)計(jì)計(jì)算，這一步驟之后的其它步驟完全和原改進(jìn)相同。
先計(jì)算不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力時(shí)，壩體內(nèi)應(yīng)力分布，再擬定n種水平預(yù)加應(yīng)力可能的分布，按其中之一疊加進(jìn)上述壩體應(yīng)力分布之內(nèi)，得到新的壩體應(yīng)力分布σx、σy、τxy。然后，按原改進(jìn)進(jìn)行垂直鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載計(jì)算。這樣，對這一步驟中的每一種可能，都計(jì)算出n種不同水平預(yù)加應(yīng)力分布下的方案。因此，方案數(shù)量為原改進(jìn)設(shè)計(jì)的n倍。這n種水平預(yù)加應(yīng)力可能的分布，對于不同的方案，可以不相同。
當(dāng)只用水平預(yù)加應(yīng)力消除主拉應(yīng)力時(shí)，由對(5)式討論知 此處σ′x、σx、σy、τxy的意義同(5)式，和現(xiàn)在含義不同。用(6)式計(jì)算預(yù)加應(yīng)力荷載時(shí)，應(yīng)加入各種預(yù)應(yīng)力損失。
d.改進(jìn)IV綜述II中壩型的分析改進(jìn)IV綜述II中壩型結(jié)構(gòu)和已往改進(jìn)不同，為非實(shí)體結(jié)構(gòu)。
因?yàn)樵趬蝺?nèi)各薄板連接子和第一類薄板面板連接這些構(gòu)件一般應(yīng)該以承擔(dān)壓應(yīng)力為主，故配筋不會(huì)很多，只是配筋主要承受自重而己。
該結(jié)構(gòu)和其它改進(jìn)比較，當(dāng)壩寬較寬時(shí)，第一種鋼絲索用量減少，又因?yàn)閮?nèi)部有空間的存在，故混凝土用量也應(yīng)減少，故材料和工程量均應(yīng)減少，是很理想的一種結(jié)構(gòu)。
當(dāng)該壩型壩寬達(dá)到一定程度，則第一種鋼絲索用量為零，結(jié)構(gòu)中只需要滿足抗滑穩(wěn)定要求的第二種鋼絲索。當(dāng)內(nèi)部空間繼續(xù)減小，混凝土自重增加，壩內(nèi)第二種鋼絲索用量為零時(shí)，則該結(jié)構(gòu)可過渡到目前的空腹重力壩。
本改進(jìn)和支墩壩比較，有如下特點(diǎn)(a).有更廣泛的壩基巖石適應(yīng)能力，可對較差的基礎(chǔ)巖石有加固作用。
必要時(shí)，本改進(jìn)可以加上“壩底”來施加預(yù)加應(yīng)力，增加壩體的抗滑穩(wěn)定性，使基礎(chǔ)巖石受力均勻合理。而支墩壩應(yīng)力集中在支墩底部局部區(qū)域，故對基礎(chǔ)巖石要求較高。
當(dāng)壩寬增加時(shí)，基礎(chǔ)應(yīng)力會(huì)隨之減小。本改進(jìn)混凝土用量隨壩寬增加增加較少，甚至還會(huì)減少。而支墩壩混凝土用量則隨壩寬增加而增加較多。
(b)混凝土用量少。這是因?yàn)橹Ф諌蔚氖芰υ砗蛯?shí)體壩體相似較多，例如配筋較多部位并不需要很多混凝土承受拉應(yīng)力。本改進(jìn)則可機(jī)動(dòng)靈活，結(jié)構(gòu)合理時(shí)，可降低混凝土用量。
(c)由于本改進(jìn)是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，混凝土受有預(yù)壓應(yīng)力，故在上游面附近抗?jié)B性能較好。
(d)由于本改進(jìn)是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，預(yù)加應(yīng)力鋼絲索強(qiáng)度高，故得到相同效果時(shí)，鋼材用量較少。壩基巖石條件較好時(shí)，鋼絲索錨固深度也可較淺。本改進(jìn)壩寬較大時(shí)，鋼絲索用量還可以大為減少。
(e)本改進(jìn)的主要部分第一類薄板和第二類薄板以及腹板均鉛垂設(shè)置，結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，便于施工。其它部分可以薄板為支撐，施工方便。
(f)提高了沿壩軸線方向的搞震能力。
(g)由于第一類薄板和第二類薄板沿壩軸線方向，故對壩址處河谷地形適應(yīng)力強(qiáng)。不但可修建于寬闊的河谷，也適于兩岸陡峻的河谷?？商岣甙镀碌姆€(wěn)定性。
(h)各種構(gòu)件可以很薄、很細(xì)、很多、很分散地有機(jī)結(jié)合在一起，橫剖面受力可近于桿系結(jié)構(gòu)?？梢猿浞职l(fā)揮各種建筑材料的特性。
e.改進(jìn)IV綜述II中壩型的設(shè)計(jì)這種型式的壩體各部位應(yīng)力計(jì)算顯然已超出了實(shí)體重力壩材料力學(xué)的方法范圍，應(yīng)該用其它方法計(jì)算。計(jì)算出壩體內(nèi)不計(jì)入預(yù)加應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力分量以后，再用以前各改進(jìn)中敘述的方法進(jìn)行預(yù)加應(yīng)力荷載的計(jì)算。進(jìn)而再進(jìn)行各鋼筋混凝土構(gòu)件的計(jì)算。
在該壩型的預(yù)加應(yīng)力荷載計(jì)算時(shí)，已很難在整個(gè)壩剖面內(nèi)畫出拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線以及垂直正應(yīng)力正負(fù)分界線。但在，在薄板(第一類或第二類)內(nèi)可以局部畫出這些分界線，以助計(jì)算。同時(shí)，還可以在局部畫出水平正應(yīng)力止負(fù)分界線。在水平正應(yīng)力正負(fù)分界線以內(nèi)的區(qū)域(水平正應(yīng)力小于零)，必須用水平預(yù)加應(yīng)力使該處最后的水平正應(yīng)力至少不小于零。若薄板需要施加沿壩軸線方向水平預(yù)加應(yīng)力，則此為三向應(yīng)力狀態(tài)問題，施加預(yù)加應(yīng)力后，在該方向的最終正應(yīng)力也至少不小于零。可設(shè)計(jì)成多種方案，用(7)式計(jì)算該點(diǎn)各方向的預(yù)加應(yīng)力，見下文。
在使用進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)垂直預(yù)加應(yīng)力時(shí)，根據(jù)構(gòu)件受力特點(diǎn)，偏心鋼絲索也可向下游偏離薄板中心線 薄板厚度設(shè)置，設(shè)計(jì)計(jì)算方法和進(jìn)一步改進(jìn)相似。
水平預(yù)加應(yīng)力和垂直預(yù)加應(yīng)力設(shè)計(jì)計(jì)算的具體方法和實(shí)體鋼筋混凝土重力壩相仿，不多敘述。
設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮環(huán)境溫度變化帶來的影響。應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震及振動(dòng)設(shè)計(jì)。
f、改進(jìn)IV綜述III中壩型的設(shè)計(jì)綜述III中結(jié)構(gòu)近于桿系結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用其它方法計(jì)算構(gòu)件的受力，如可采用彈性理論中的有限單元法計(jì)算各部位應(yīng)力。計(jì)算出壩體應(yīng)力之后，再用前面各改進(jìn)中敘述的方法，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。
其它方面不多敘述，請參閱前面的各種改進(jìn)設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
g.三向應(yīng)力狀態(tài)下，壩體內(nèi)最小主應(yīng)力為零的充要條件及其它主應(yīng)力的計(jì)算公式。
設(shè)計(jì)算點(diǎn)處6個(gè)獨(dú)立應(yīng)力分量分別為σx、σy、σz、τxy、τyz、τzx，則該點(diǎn)上主應(yīng)力σ應(yīng)能滿足。
σ3-(σx+σy+σz)σ2+(σxσy+σyσz+σzσx-τ2xy-τ2yz-τ2zx)σ-σxσyσz-2τxyτyzτzx+σxτ2yz+σyτzx+σyτ2xy＝0因此，三個(gè)主應(yīng)力σ1、σ2、σ3可由上式解出，其中σ1≥σ2≥σ3當(dāng)σ＝0時(shí)，由上式得到σxσyσz+2τxyτyzτzx＝σxτ2yz+σyτ2zx+σzτ2xy再把此式代入，得到另外兩個(gè)主應(yīng)力為σ=12(σx+σy+σz)±12(σx+σy+σz)+4(τ2xy+τ2yz+τ2zx-σxσy-σyσz-yσzσx)]]>據(jù)此，易得σ3＝0的充要條件為
σ3＝0時(shí)，σ1、σ2的計(jì)算公式為 在(7)式中，令τyz＝τzx＝0，σz→0，則得到平面應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，多次應(yīng)用的計(jì)算點(diǎn)處最小主應(yīng)力為零的充要條件。
σxσy＝τ2xy，σx≥0，σy≥0。
計(jì)算σz時(shí)，當(dāng)τxy=σxσy,σxτyz=σyτzx]]>時(shí)，(7)式中第一式成立。此時(shí)，σz可取滿足(7)式中第二、三式的任意值。應(yīng)用(7)式計(jì)算σx、σy時(shí)，也有類似情況，可做相同處理。
當(dāng)σx、σy、σz、τxy、τyz、τzx確定后，三個(gè)主應(yīng)力可以由力程解出。當(dāng)主應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí)，同時(shí)適當(dāng)增加σx、σy、σz，可以使(7)式成立。因此，在彼此互相垂直的三個(gè)方向上同時(shí)施加預(yù)壓應(yīng)力，可消除計(jì)算點(diǎn)上一切形式的主拉應(yīng)力。
給薄板施加的預(yù)加應(yīng)力中，只有三個(gè)方向的正應(yīng)力。當(dāng)其中的兩個(gè)為已知時(shí)，再疊加上計(jì)算點(diǎn)處應(yīng)力的6個(gè)分量，可由(7)式計(jì)算出另一個(gè)預(yù)加應(yīng)力數(shù)值。從而，使計(jì)算點(diǎn)處最小主應(yīng)力為零。
設(shè)預(yù)加應(yīng)力為σ′x、σ′y、σ′z設(shè)計(jì)時(shí)，在計(jì)算點(diǎn)處，可以把σ′x設(shè)計(jì)成m1個(gè)數(shù)值。對于每一個(gè)σ′x，又假設(shè)把σ′y設(shè)計(jì)成m2個(gè)數(shù)值。對于不同的σ′x，可以有不同的m2個(gè)σ′y以供選擇。對于每一個(gè)組合σ′x、σ′y，可由(7)式計(jì)算出一個(gè)對應(yīng)的σ′z。若每一組σ′x、σ′y、σ′z代表一個(gè)方案中某計(jì)算點(diǎn)的一組計(jì)算數(shù)值，則有m1m2個(gè)不同方案。比較這些方案，可從中選出一個(gè)最佳方案。
7、說明書附面說明圖1.改進(jìn)I示意圖(一)。預(yù)應(yīng)力孔均未畫出。(1)垂直縫，(2)薄板，(3)鋼絲索，(4)第一種廊道，(5)第二種廊道，(6)大樣，(7)標(biāo)有的部分是薄板上預(yù)加應(yīng)力影響不到的區(qū)域，(8)下游部分，(9)拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線。
圖2.改進(jìn)I示意圖(二)。第二種廊道回填示意圖。(1)廊道壁，(2)縫隙，(3)薄板，(4)薄板中心線，(5)回填部分。
圖3.改進(jìn)I示意圖(二)。圖1中大樣圖鋼絲索和廊道的兩種布置形式，圖3(a)沿薄板中心線布置，圖3(b)對稱布置。(1)廊道壁，(2)鋼絲索，(3)薄板，(4)薄板中心線。
圖4.改進(jìn)I示意圖(三)。某薄板頂部鉛直鋼絲索、水平鋼絲索、傾斜鋼絲索布置連接示意圖。(1)二期混凝土，(2)水平施工縫，(3)(薄板)上游面，(4)壩體下游面，(5)傾斜鋼絲索，(6)廊道，(7)鉸接，(8)水平鋼絲索，(9)拉壓應(yīng)力區(qū)分界線，(10)錨具，(11)薄板，(12)薄板下游面。
圖5.改進(jìn)I示意圖(三)。一種形成垂直縫的模板示意圖。(1)薄鋼板，(2)塑料薄膜，(3)老混凝土，(4)新混凝土，(5)垂直縫。
圖6.改進(jìn)I示意圖(三)。鋼絲索布置的一種形式示意圖(1條情況)。(1)預(yù)應(yīng)力孔，(2)薄板，(3)鋼絲索，(4)基礎(chǔ)。
圖7.改進(jìn)II示意圖(一)。預(yù)應(yīng)力孔均未畫出。(1)垂直縫，(2)薄板，(3)鋼絲索，(4)水平施工縫，(5)圈中數(shù)字為分期施工順序，(6)下游部分，(7)標(biāo)有的部分是薄板上預(yù)加應(yīng)力影響不到的區(qū)域，(8)拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線，(9)薄板橫縫，(10)壩體橫縫。
圖8.改進(jìn)II示意圖(二)(1)鉛垂方向，(2)壩寬方向，(3)壩軸線方向，(4)拆裝錨具預(yù)留孔，(5)吊裝孔，(6)分塊吊裝預(yù)應(yīng)力孔，(7)安裝榫頭，(8)楔形塊，(9)鋼筋，(10)墊塊，(11)砂漿，(12)薄板。
圖9.壩體分成兩個(gè)部分。(1)直線，(2)鉛垂線，(3)上游壩坡部分，(4)主體部分。
圖10.壩體分成兩個(gè)部分。(1)直線，(2)鉛垂線，(3)上游壩坡部分，(4)主體部分。
圖11.無限楔形體頂部受集中荷載。
圖12.a/b～α關(guān)系曲線。
圖13.上游壩坡部分改進(jìn)型式示意圖(一)。預(yù)應(yīng)力孔均未畫出。
(1)第三種鋼絲索，(2)第四種鋼絲索，(3)第一種廊道，(4)二期混凝土。
圖14.上游壩坡部分改進(jìn)型式示意圖(二)。預(yù)應(yīng)力孔均未畫出。(1)垂直線，(2)垂直鋼絲索，(3)傾斜鋼絲索，(4)第二種廊道，(5)第一種廊道，(6)大樣乙，(7)大樣甲，(8)平衡鋼絲索，(9)鉸接，鉸接方法見改進(jìn)I中類似情況，(10)聚合物混凝土。
圖15.上游壩坡部分改進(jìn)型式示意圖(三)。預(yù)應(yīng)力孔均未畫出。(1)垂直縫，(2)垂直鋼絲索，(3)傾斜鋼絲索，(4)第二種廊道，(5)第一種廊道，(6)大樣，(7)二期混凝土。
圖16.改進(jìn)IV示意圖(一)。在圖中第一類水平線和第二類水平線都畫成了實(shí)線，標(biāo)有符號(hào) 的部分是薄板上第二類水平線以下的部分。標(biāo)有符號(hào) 的的部分，是薄板上第一類水平線和第二類水平線(如果有)之間的部分。(1)第一類水平線，(2)第二類水平線，(3)下游部分。
圖17.a為薄板厚度尺寸。(1)薄板。
圖18.改進(jìn)IV示意圖(二)。在圖中預(yù)應(yīng)力孔和水平預(yù)加應(yīng)力鋼筋均未畫出。(1)第一類薄板，(2)第二類薄板，(3)垂直縫，(4)鋼絲索，(5)薄板連接子，(6)第一類薄板面板連接，(7)鋼筋混凝土，(8)混凝土。
圖19.改進(jìn)IV示意圖(三)。各種鋼筋和鋼絲索未畫出，預(yù)應(yīng)力孔等也未畫出。
(1)面板，(2)立柱，(3)橫梁，(4)縱梁，(5)斜梁，(6)底板圖20.σy分布圖。
圖21.σy分布圖。
圖22.進(jìn)一步改進(jìn)示意圖(一)。(1)偏心鋼絲索，(2)鋼絲索(3)拉壓應(yīng)力區(qū)分界線，(4)薄板，(5)水平施工縫。
圖23.進(jìn)一步改進(jìn)示意圖(二)不分期施工情況。(1)薄板，(2)垂直縫，(3)鋼絲索，(4)水平線，(5)拉壓應(yīng)力區(qū)分界線，圖24.進(jìn)一步改進(jìn)示意圖(二)分期(吊裝)施工情況。(1)薄板，(2)垂直縫，(3)鋼絲索，(4)拉壓應(yīng)力區(qū)分界線，(5)分期(吊裝)施工塊，(6)水平施工縫。
圖25.計(jì)算圖。(1)第k塊薄板圖26.(1)鋼絲索。
圖27.減小鋼絲索在壩基中錨固深度新措施示意圖。(1)鋼絲索，(2)第一排鋼絲索，(3)第二排鋼絲索，(4)第三排鋼絲索。
圖28.壩踵前壩基的預(yù)加應(yīng)力加固。(1)鋼絲索。
圖29.壩踵前基礎(chǔ)的水壓力加固。(1)混凝土防滲板，(2)止水，(3)帷幕，(4)鋼絲索。
圖30.提高壩體抗滑穩(wěn)定性的一項(xiàng)措施(1)混凝土防滲板(2)止水(3)鋼筋或鋼板，(4)帷幕。
圖31.采取措施前，數(shù)字單位米。
圖32.采取措施后，數(shù)字單位；米。
圖33.代替廊道的裝置示意圖。圖中數(shù)字為元件名稱。
圖34.廊道回填示意圖。第一種廊道回填示意圖。是圖36的D-D的剖。(1)自應(yīng)力混凝土，(2)廊道壁，(3)薄板，(4)縫隙，(5)模板，(6)鋼絲索，(7)寬度方向，(8)長度方向，(9)凹槽。
圖35.廊道回填示意圖。第一種廊道另一種回填方式示意圖。是圖37的F-F剖面。(1)自應(yīng)力混凝土，(2)廊道壁，(3)薄板，(4)縫隙，(5)模板，(6)鋼絲索，(7)寬度方向，(8)長度方向。
圖36.是圖34的C-C剖面，其它說明同圖34。
圖37.是圖35的E-E剖面，其它說明同圖35。
圖38.元件2俯視圖。
圖39.代替混凝土預(yù)制塊的裝置圖。
圖40.自重引起的壩體應(yīng)力分布計(jì)算圖。(1)上游部分，(2)下游部分。
圖41.一種特殊鉸的實(shí)物結(jié)構(gòu)示意圖。(1)元件1，(2)元件2，(3)鋼筋。
圖42.第一種鋼絲索上預(yù)加應(yīng)力荷載計(jì)算圖。(1)第k塊薄板。
圖43.抗滑穩(wěn)定計(jì)算圖。
圖44.穩(wěn)定計(jì)算簡圖化簡。E為BC中點(diǎn)。(1)特殊鉸，(2)垂直縫，(3)薄板。
圖45.穩(wěn)定校核計(jì)算簡圖。(1)微彎的薄板軸線。
圖46.無限楔形體受自重和齊頂水壓力。
圖47.楔形體分區(qū)。(1)拉應(yīng)力區(qū)，(2)壓應(yīng)力區(qū)，(3)拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)分界線。
圖48.預(yù)加應(yīng)力荷載分布圖。(1)拉壓應(yīng)力區(qū)分界線。
圖49.理想極限情況。(1)鋼絲索。
圖50.同一薄板上分份(塊)數(shù)量的影響。(1)第k塊薄板，(2)第k+1塊薄板。
圖51.預(yù)加應(yīng)力荷載特殊分布情況。
圖52.壩體頂角的減小。
圖53.ΔP/ΔVh～θ2曲線。
圖54.無限楔形體作用力簡化計(jì)算55.上游壩坡部分第一種改進(jìn)型式預(yù)加應(yīng)力分布及預(yù)加應(yīng)力荷載計(jì)算圖。
圖56.上游壩坡部分第二種改進(jìn)型式預(yù)加應(yīng)力分布及預(yù)加應(yīng)力荷載計(jì)算圖。
圖57.上游壩坡部分第三種改進(jìn)型式預(yù)加應(yīng)力分布及預(yù)加應(yīng)力荷載計(jì)算圖。其它說明見改進(jìn)III的設(shè)計(jì)計(jì)算I。
圖58.楔形體荷載簡化計(jì)算圖。
圖59.穩(wěn)定計(jì)算圖。(1)微彎的楔體軸線。
圖60.上游壩坡部分自重引起的應(yīng)力分布計(jì)算圖。
圖61.第四種鋼絲索預(yù)加應(yīng)力荷載計(jì)算圖。
圖62.無限楔形體受自重和齊頂水壓力。(1)垂直正應(yīng)力正負(fù)分接線，(2)拉壓應(yīng)力區(qū)分界線，(3)垂直拉應(yīng)力區(qū)，(4)垂直壓應(yīng)力區(qū)。
圖63.
圖64.(1)拉壓應(yīng)力區(qū)分界線x＝f(y)，(2)薄板序，(3)垂直縫。
圖65.
權(quán)利要求
1.當(dāng)壩體上游面鉛直時(shí)，施工時(shí)用垂直縫把壩休部分分割成若干薄板和下游部分(若有)后，在各個(gè)薄板的不同位置上用錨固在壩基中的鋼絲索，給薄板施加垂直方向的預(yù)加應(yīng)力荷載，或同時(shí)再用水平鋼筋(鋼絲索)給薄板施加水平方向的預(yù)加應(yīng)力荷載，最后，再把各個(gè)薄板和下游部分粘結(jié)成整體，以獲得壩剖面上的一個(gè)垂直預(yù)應(yīng)力分布，或同時(shí)獲得一個(gè)水平預(yù)加應(yīng)力分布。
2.當(dāng)壩體帶有上游壩坡時(shí)，施工時(shí)，用鉛垂線把壩體分成主體部分和上游壩坡兩部分，主體部分可以按壩體上游面鉛直時(shí)的上述方法施工，上游壩坡部分按以下方法之一施工(1)給上游壩坡整個(gè)楔體在不同位置上用錨固在壩基中的傾斜鋼絲索施加預(yù)加應(yīng)力荷載，獲得一個(gè)預(yù)加應(yīng)力分布。(2)施工時(shí)用垂直縫把上游壩坡部分分割成一塊楔體和若干頂部帶有楔體的薄板，在薄板的不同位置上以及楔體和薄板頂部楔體的頂部適當(dāng)位置上給其分別施加預(yù)加應(yīng)力荷載，最后，把整個(gè)上游壩坡部分粘結(jié)成整體，以獲得一個(gè)預(yù)加應(yīng)力分布。(3)施工時(shí)用垂直縫把上游壩坡部分分割成一塊楔體和若干頂部帶有楔體的薄板。然后，在薄板的不同位置上給其施加預(yù)加應(yīng)力荷載，最后，從上游起，逐次給楔體和薄板頂部的楔體施加預(yù)加應(yīng)力荷載，并且，在施加完每一個(gè)荷載之后，都要和下一個(gè)薄板粘結(jié)成可受力的更大楔體，之后，再對此更大楔體施加荷載，直到最后，以獲得一個(gè)上游壩坡上的預(yù)加應(yīng)力分布。最后，再把上游壩坡部分和主體部分粘結(jié)成整體。
3.對于非實(shí)體壩型，施工時(shí)組成壩體的一些構(gòu)件和塊體可用錨固在壩基中的鋼絲索在其上的若干部位施加預(yù)加應(yīng)力荷載，同時(shí)也可施加沿壩寬方向和壩軸線方向的水平預(yù)加應(yīng)力荷載，在不同部位獲得預(yù)加應(yīng)力以滿足力學(xué)要求和滿足其它方面設(shè)計(jì)要求。
4.用錨固在壩基中的鋼絲索加固壩前基礎(chǔ)和在沒有軟弱夾層的情況下加固壩后基礎(chǔ)。
5.用水壓力加固壩前基礎(chǔ)。
6.在壩前基礎(chǔ)上用和壩體相連的鋼筋混凝土(或預(yù)應(yīng)力混凝土)防滲板提高壩體的抗滑穩(wěn)定性。
7.用防滲材料噴涂或粘結(jié)在壩體的上游而和上游一段壩基而上阻止庫水向壩體內(nèi)的滲流來減小壩體揚(yáng)壓力。
全文摘要
本發(fā)明名稱為鋼筋混凝土重力壩，屬于水利水電工程建筑領(lǐng)域。本發(fā)明是對預(yù)應(yīng)力錨固重力壩的改進(jìn)，是對重力壩的發(fā)展，也是重力壩向著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方面的發(fā)展，可降低壩體造價(jià)。本發(fā)明在結(jié)構(gòu)改進(jìn)上包括六個(gè)方面，同時(shí)，還給出了這些改進(jìn)的設(shè)計(jì)計(jì)算雛形和分析論證，以使發(fā)明目的達(dá)到最佳效果。在施工時(shí)，用垂直縫(1)把壩體分成若干薄板(2)或楔成形體，然后，在每一塊薄板的一定位置上，如圖A、B、C、D、E各點(diǎn)上，給薄板施加垂直方向的或水平方向的預(yù)加應(yīng)力，楔形體也可施加預(yù)加應(yīng)力。最后，用灌漿的方法把各薄板或楔形體粘結(jié)成壩體整體，從而，得到一個(gè)合理的預(yù)加應(yīng)力分布。此外，壩體還可為非實(shí)體型的，內(nèi)部含有大量空間(3)。
文檔編號(hào)E02B7/02GK1487146SQ0317851
公開日2004年4月7日 申請日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者姜建華 申請人:姜建華