重力壩荷載及組合PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 重力壩荷載及組合重力壩荷載及組合 荷載類型和計(jì)算方法 (一)自重(包括永久設(shè)備自重) 重力是作用在重力壩上的主要荷載，大小由壩體體積V與材料容重 的乘積求得。 建筑物的結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值，可按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸及材料重度計(jì)算確定。一般混凝土的重度為23.023.5kN/m3，其他材料的重度可查閱有關(guān)資料。 第1頁(yè)/共38頁(yè) 如果在壩體內(nèi)埋設(shè)塊石（一般不超過(guò)10%），將影響容重，其值可按塊石容重及埋石率計(jì)算。在計(jì)算壩體重量時(shí)，一般可忽略不同標(biāo)號(hào)混凝土密度間的微小差別。重力壩中配置的鋼筋數(shù)量不多，因此常忽略其影響。 第2頁(yè)/共38頁(yè) 式中： H計(jì)算點(diǎn)處的作用水頭。即計(jì)算水位 與計(jì)算點(diǎn)之間的鉛直高差

2、，m； r水的容重。一般取9.8kNm3，對(duì)于多泥 沙渾水情況另定。 (二)靜水壓力 垂直作用于壩體表面某點(diǎn)處的靜水壓強(qiáng)p為 Hp 第3頁(yè)/共38頁(yè) 作用于壩面的總靜水壓力，常分解為水平及 豎向分力進(jìn)行計(jì)算 水平力 豎直力 第4頁(yè)/共38頁(yè) (三)動(dòng)水壓力 第5頁(yè)/共38頁(yè) (三)動(dòng)水壓力 反弧段上動(dòng)水壓力的總水平 分力P 和垂直分力V分別為： sinsin qv g V w coscos qv g P w q單寬流量 V反弧段最低點(diǎn)處斷面的平均流速 反弧段起始半徑和末端半徑與鉛垂線間的夾角 第6頁(yè)/共38頁(yè) (四)揚(yáng)壓力 混凝土和地基都有一定的透水性，在上下游水位差作用下，會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定滲流

3、場(chǎng)。 揚(yáng)壓力包括滲透壓力和浮托力兩部分。 滲透壓力由壩體上下游水位差引起，而浮托力是由下游水位淹沒(méi)部分壩體時(shí)產(chǎn)生。 第7頁(yè)/共38頁(yè) 揚(yáng)壓力分布及數(shù)值的影響因素很多，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)壩基地質(zhì)條件、防滲和排水措施、壩體的結(jié)構(gòu)型式，分別計(jì)算圖形。 為了揚(yáng)壓力，改善壩的應(yīng)力和穩(wěn)定條件，常在附近的壩基中，形成，阻攔滲水，消減水頭；同時(shí)在防滲邊鉆孔，形成，將滲過(guò)、繞過(guò)防滲帷幕的滲水排至廊道，輸送到下游。 第8頁(yè)/共38頁(yè) 1壩基面上的揚(yáng)壓力 (四)揚(yáng)壓力 壩底揚(yáng)壓力：上下游水位差；砼、巖石都是透水材料。 由于基巖節(jié)理裂隙很不規(guī)則，難以求出壩底揚(yáng)壓力的準(zhǔn)確分布，故通常揚(yáng)壓力從。一般。 第9頁(yè)/共38頁(yè) 第10

4、頁(yè)/共38頁(yè) 為揚(yáng)壓力折減系數(shù)，與巖體的性質(zhì)和構(gòu)造，帷幕深度和厚度，灌漿的質(zhì)量，排水孔的直徑、間距、深度等有關(guān)。 規(guī)范規(guī)定：河床壩段=0.20.3 岸坡壩段=0.30.4 第11頁(yè)/共38頁(yè) （2）當(dāng)壩基僅設(shè)時(shí)，分布為：處全水頭為w H，處為w H，=0.50.7，在壩址處為零。 （3）當(dāng)壩基僅設(shè)時(shí)，分布為：處全水頭為w H，處為w H，=0.30.5，在壩址處為零。 第12頁(yè)/共38頁(yè) （4）為了有效地減小壩基揚(yáng)壓力，還可在壩基面設(shè)置縱、橫排水廊道和基面排水孔。但在設(shè)計(jì)中通常不考慮它們的排水減壓作用，僅作為安全儲(chǔ)備。 第13頁(yè)/共38頁(yè) 當(dāng)下游尾水位較高，壩基條件較好，可采用抽排降壓措施，即

5、在壩基內(nèi)設(shè)置低于上述排水系統(tǒng)的集水井和自動(dòng)抽水設(shè)備，在下游壩趾增設(shè)一道防滲帷幕和排水孔幕。分布為：處全水頭為w H1，在排水孔幕處為1w H1，排水廊道段為2w H2，為w H2 。 其中1，2為揚(yáng)壓力折減系數(shù)。 1在河床段取0.20.3，在岸坡壩段取0.30.4；2=0.30.5。 第14頁(yè)/共38頁(yè) 第15頁(yè)/共38頁(yè) 第16頁(yè)/共38頁(yè) 第17頁(yè)/共38頁(yè) 第18頁(yè)/共38頁(yè) 為了減小壩體內(nèi)揚(yáng)壓力，常在上游壩面附近35m范圍內(nèi)提高混凝土的防滲性能，形成防滲層，其后設(shè)置壩身排水管。 H1 第19頁(yè)/共38頁(yè) 當(dāng)計(jì)算截面在下游水位以下時(shí)，上游面為w H1，壩體排水管幕處為w(H2+H1) ，

6、一般采用=0.150.3，下游壩面處為 wH2，其中H1是計(jì)算截面以上的上游水深， H2是計(jì)算截面以上的下游水深。 當(dāng)計(jì)算截面在下游水位以上時(shí)，上游面為wh1，壩體排水管幕處為wh1 ，下游壩面處為0，排水管幕與下游壩面之間按直線變化。 第20頁(yè)/共38頁(yè) 壩體內(nèi)計(jì)算截面的揚(yáng)壓力分布圖形，可根據(jù)壩型及其壩內(nèi)排水管的設(shè)置情況確定。 第21頁(yè)/共38頁(yè) (五)淤沙壓力 淤沙壓力是擋水建筑物前由于河流泥沙淤 積而在淤積厚度范圍內(nèi)作用于壩面的一種土壓 力。 由于淤沙壓力淤積高程隨時(shí)間逐年增加， 因此在確定淤沙壓力時(shí)，先要規(guī)定一個(gè)淤積年 限，然后再根據(jù)河流的挾沙量估算壩前淤積高 程。淤積計(jì)算年限可取為5

7、0100年，對(duì)于多 泥沙河流應(yīng)專門(mén)研究。 第22頁(yè)/共38頁(yè) 由于壩前泥沙是逐年淤高逐年固結(jié)的，淤沙重 度和內(nèi)摩擦角亦逐年變化，且各層不同，因而 淤沙壓力難以精確確定，根據(jù)朗肯主動(dòng)土壓力 公式，作用于單位長(zhǎng)度擋水結(jié)構(gòu)上的水平淤沙 壓力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算： 第23頁(yè)/共38頁(yè) （六）浪壓力 由于風(fēng)的作用，在水庫(kù)內(nèi)形成波浪，它不 但給閘壩等擋水建筑物直接施加浪壓力，而 且波峰所及高程也是決定壩高的重要依據(jù)； 浪壓力與波浪要素有關(guān)，波浪要素包括波浪 的長(zhǎng)度、高度及波浪中心線高出靜水位的高 度。 第24頁(yè)/共38頁(yè) 第25頁(yè)/共38頁(yè) 壩前水深不小于半波長(zhǎng) 水域的底部對(duì)波浪運(yùn) 動(dòng)沒(méi)有影響，這時(shí)鉛 直壩

8、面上的浪壓力分 布應(yīng)按立波概念確定 。 第26頁(yè)/共38頁(yè) 壩前水深小于半波 長(zhǎng)，但不小于使波 浪破碎的臨界水深 淺水波，水域底部對(duì)波 浪運(yùn)動(dòng)有影響，浪壓力 分布也到達(dá)底部 第27頁(yè)/共38頁(yè) 壩前水深小于臨界水深 為破碎波浪壓力分布 第28頁(yè)/共38頁(yè) （七）冰壓力 在氣候嚴(yán)寒地區(qū)，冬季水庫(kù)表面結(jié)成冰蓋，但當(dāng) 氣溫回升時(shí)（仍低于0），冰蓋膨脹對(duì)邊界（岸 坡、壩面等）產(chǎn)生的擠壓力稱為靜冰壓力。當(dāng)冰 蓋解陳后，冰塊隨水流漂移。流冰撞擊壩面等建 筑物上產(chǎn)生的撞擊力，稱為動(dòng)冰壓力。 冰壓力包括靜冰壓力和動(dòng)冰壓力。 第29頁(yè)/共38頁(yè) 1靜冰壓力 靜冰壓力沿冰厚方向的分布，基本上呈現(xiàn)上 大下小的倒三角

9、形，故可認(rèn)為靜冰壓力的合 力作用點(diǎn)在冰面以下冰厚的1/3處。 靜冰壓力的大小與建筑物形態(tài)以及冰本身的 抗擠壓強(qiáng)度有關(guān)。 第30頁(yè)/共38頁(yè) 2動(dòng)冰壓力 作用于鉛直壩面的動(dòng)冰壓力，與冰塊抗壓強(qiáng) 度、冰塊厚度、平面尺寸和運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。 冰壓力在較高的重力壩設(shè)計(jì)荷載中常不起控 制作用，特別是當(dāng)水庫(kù)操作頻繁或冬季水位 長(zhǎng)期較低時(shí)，常可忽略不計(jì)。 對(duì)于低壩、閘墩、胸墻等結(jié)構(gòu)，當(dāng)冰層較厚 或水庫(kù)吹程不大時(shí)，冰壓力可能成為主要荷 載，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以考慮。 第31頁(yè)/共38頁(yè) （八）地震荷載 地震會(huì)引起對(duì)水工建筑物的動(dòng)力作用，包括 地震慣性力、地震動(dòng)水壓力和動(dòng)土壓力。 在考慮地震作用時(shí)，常用到地震的基本烈度 和

10、設(shè)計(jì)烈度兩個(gè)概念。 第32頁(yè)/共38頁(yè) 根據(jù)SL203-97水上建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī) 定，水工建筑物的工程抗震設(shè)防類別，應(yīng)根據(jù) 其重要性和工程場(chǎng)地基本烈度確定。 第33頁(yè)/共38頁(yè) 各類工程抗震設(shè)防類別的水工建筑物，除 土石壩、水閘應(yīng)按其相關(guān)規(guī)定外，抗震作 用效應(yīng)的計(jì)算方法，應(yīng)按照表1-7的規(guī)定采 用。 第34頁(yè)/共38頁(yè) 荷載組合 按承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮兩種作用組 合，即基本組合和偶然組合，在設(shè)計(jì)壩體斷面 時(shí)，應(yīng)計(jì)算下列兩種組合。 基本組合是在持久狀況或短暫狀況下，永久作 用與可變作用的(效應(yīng))組合。 第35頁(yè)/共38頁(yè) (1)(1)壩體及其上永久設(shè)備自重。壩體及其上永久設(shè)備自重。 (2)(2)靜水壓力。靜水壓力。 (3)(3)相應(yīng)正?？嗨换蚍篮楦咚粫r(shí)的揚(yáng)壓力相應(yīng)正常苦水位或防洪高水位時(shí)的揚(yáng)壓力 (4)(4)淤沙壓力。淤沙壓力。 (5)(5)相應(yīng)正常蓄水位或防洪高水位的重現(xiàn)期相應(yīng)正常蓄水位或防洪高水位的重現(xiàn)期5050年年 (6)(6)冰壓力冰壓力( (與浪壓力不并列與浪壓力不并列) ) (7)(7)相應(yīng)于防洪高水位時(shí)的動(dòng)水壓力相應(yīng)于防洪高水位時(shí)的動(dòng)水壓力 (8)(8)大壩上、下游側(cè)土壓力大壩上、下游側(cè)土壓力 (9)(9)校核洪水位時(shí)上、下游靜水壓力校核洪水位時(shí)上、下游靜水壓力 (10