[发明专利]一种拱坝体形设计的方法

权利要求书

1.一种拱坝体形设计的方法，所述拱坝的拱圈轴线线型为抛物线，其特征在于：包括以下步骤：

S1、确定拱坝中心线位置，建立拱坝体形设计的坐标系，坐标系以确定的拱坝中心线为Y轴，Y轴的正向为上游方向，以横河向为X轴，X轴的正向指向右岸，X轴的负向指向左岸，以铅直向为Z轴；

S2、沿坝高方向，将拱坝的拱圈从下到上分成若干个依次连接的分拱圈，最大高程的分拱圈为顶拱圈，最小高程的分拱圈为底拱圈；

S3、对选定的拱坝建基面，确定所有分拱圈所对应的左岸拱端中心坐标和右岸拱端中心坐标，左岸拱端中心坐标为(XL_i，YL_i，Z_i),右岸拱端中心坐标表示为(XR_i，YR_i，Z_i)；

S4、选择体形设计的控制高程分拱圈，控制高程分拱圈为底拱圈、顶拱圈和任意其他2个分拱圈；

S5、拟定步骤S4中的4个控制高程分拱圈所对应的拱冠梁厚度TCi、左拱端厚度TLi、右拱端厚度TRi为第一设计参数；

S6、分别将对应的拱冠梁厚度TCi、左拱端厚度TLi、右拱端厚度TRi拟合为3次曲线方程，拱冠梁厚度拟合的3次曲线方程为：TCi＝b₀+b₁(Hi/H)+b₂(Hi/H)²+b₃(Hi/H)³；

左拱端厚度拟合的3次曲线方程为：TLi＝c₀+c₁(Hi/H)+c₂(Hi/H)²+c₃(Hi/H)³；

右拱端厚度拟合的3次曲线方程为：TRi＝d₀+d₁(Hi/H)+d₂(Hi/H)²+d₃ Hi/H)³；

根据步骤e拟定的4个控制高程分拱圈的第一设计参数，得出拱冠梁厚度TCi、左拱端厚度TLi、右拱端厚度TRi拟合的3次曲线方程的待定系数；

其中，b0，b1，b2，b3；c0，c1，c2，c3；d0，d1，d2，d3为待定系数，H为最大坝高，Hi为某一分拱圈所对应的相对坝高；

S7、将拱冠处拱圈轴线到坐标原点的距离Li拟合为3次曲线方程，拱冠处拱圈轴线到坐标原点的距离拟合的3次曲线方程为：Li＝a₀+a₁(Hi/H)+a₂(Hi/H)²+a₃(Hi/H)³；拟定底拱圈拱冠处拱圈轴线到坐标原点的距离、Hi＝0处，曲线的一阶导数即斜率K1、Hi＝αH处，曲线的一阶导数为0和Hi＝H处，曲线的一阶导数即斜率K2为第二设计参数，根据拟定的第二设计参数得出拱冠处拱圈轴线到坐标原点的距离拟合的3次曲线方程的待定系数；

其中，a0，a1，a2，a3为待定系数；

S8、根据确定的3次曲线方程，计算出其他各高程分拱圈所对应的拱冠梁厚度TCi、左拱端厚度TLi、右拱端厚度TRi、拱冠处拱圈轴线到坐标原点的距离Li；

S9、根据各高程分拱圈拱冠处拱圈轴线到坐标原点的距离Li和步骤S3中确定的左岸拱端中心坐标和右岸拱端中心坐标，计算出各高程分拱圈的曲率半径和中心角；

其中，i为某一高程分拱圈所对应的数值，沿坝高方向，从上到下各个分拱圈所对应的数值依次增大，顶拱圈所对应的数值为1，i取正整数。

2.如权利要求1所述的一种拱坝体形设计的方法，其特征在于：在步骤S9中：以拱坝中心线为界线，将各个高程分拱圈分为左、右两部分，与左岸坝基相连接的为左分拱圈，与右岸坝基相连接为右分拱圈，则某一高程左分拱圈的曲率半径为RL_i：RL_i＝|XL_i²/(2(YL_i-L_i))|，某一高程右分拱圈的曲率半径为RR_i：RR_i＝|XR_i²/(2(YR_i-L_i))|；

某一高程左分拱圈的中心角为φL_i：φL_i＝|arctan(XL_i/RL_i)|，某一高程右分拱圈的中心角为φR_i＝|arctan(XR_i/RR_i)|。