202407-第1章-1.2-水利水电工程设计（四）.pdf

1 1.2 2.3 3水水工工建建筑筑物物结结构构受受力力状状况况及及主主要要设设计计方方法法1.2水利水电工程设计1.2.1水利水电工程等级划分及工程特征水位()1.2.2水利水电工程合理使用年限及耐久性()1.2.3水工建筑物结构受力状况及主要设计方法()1.2.4水利水电工程建筑材料的应用()1.2.5水力荷载()1.2.6渗流分析()1.2.7水流形态及消能方式()考情分析:单选题:2009(1),2010(1);多选题:无;案例题:2019(1),2022(1)一二建教材重复程度:20%教材内容:1.水工建筑物的分类2.水工建筑物结构荷载3.水工建筑物的基本设计方法4.水工建筑物结构设计的基本方法5.典型水工建筑物结构受力分析6.水工建筑物抗滑稳定分析7.水工建筑物应力分析8.水工建筑物渗流分析9.水工建筑物沉降计算10.水工建筑物抗震设计导入:注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播1.水工建筑物的分类1.水工建筑物的分类(0)框架水工建筑物可按和进行分类按可分为:永久性水工建筑物和临时性水工建筑物1.水工建筑物的分类按功能分类按分为以下类型:(1)挡水建筑物(2)泄水建筑物(3)输水建筑物(4)取(进)水建筑物(5)渠系建筑物(6)河道整治建筑物(7)专门建筑物1.水工建筑物的分类按功能分类按分为以下类型:注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播(1)挡水建筑物(壅水建筑物):是用来拦截江河,形成水库或壅高水位的建筑物,如各种坝和水闸以及堤防海塘等(2)泄水建筑物:是用于宣泄洪水排放泥砂和冰凌,以及为了人防检修而放空水库渠道等,如各种溢流坝坝身泄水孔岸边溢洪道水闸和泄水隧洞等(可出新老闸互为导流案例题)注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播(3)输水建筑物:是为了发电灌溉和供水的需要,从上游向下游输水用的建筑物,如引水隧洞引水涵管渠道等(4)取(进)水建筑物:是输水建筑物的首部建筑物,如引水隧洞的进水口段灌溉渠首和供水用的进水闸抽水站等(5)渠系建筑物:如渠道上的节制闸分水闸渡槽倒虹吸沉沙池冲沙池跌水陡坡等注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播(6)河道整治建筑物(次要建筑物):是用以改善河流的水流条件,调整河流水流对河床及河岸的 作用以及为防护水库湖泊中的波浪和水流对岸坡冲刷的建筑物,如丁坝顺坝导流堤护底和护岸等(7)专门建筑物:用于发电通航过木过鱼等单一目的的建筑物,如水电站船闸升船机鱼道鱼闸过木道(机)筏道等1.水工建筑物的分类按使用期限分类永久建筑物(1)主要建筑物:是指失事后造成下游灾害或严重影响工程效益的水工建筑物如坝泄水建筑物输水建筑物及电站厂房等(可考违法分包的案例题)(2)次要建筑物:是指失事后不致造成下游灾害,或工程效益影响不大,易于恢复的水工建筑物如失事后不影响主要建筑物和设备运行的挡土墙导流墙工作桥及护岸等临时性建筑物:是指工程施工期间使用的建筑物,如围堰导流隧洞导流明渠等2.水工建筑物结构荷载建筑物结构上的荷载:永久荷载可变荷载偶然荷载永久荷载:自重地应力围岩压力土压力预应力锚固荷载淤沙压力(有排沙设施时可列为偶然荷载)(2009(1)考点);可变荷载:外水压力 扬压力动水压力风荷载雪荷载冰压力冻胀力浪压力楼面活荷载平台活荷载桥机荷载闸门启闭机荷载温度荷载灌浆荷载土壤空隙水压力系缆力撞击力注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播等;(2021(1)-D 考点)偶然荷载:时的静水压力地震荷载等(2010(1)考点)荷载分类:(2024 版教材,P23+41,重复)例题 1:2009(1)-6.水闸公路桥 T 形梁的预应力属于()荷载A.永久作用B.可变作用C.偶然作用D.施工期临时答案:A解析:永久荷载:自重地应力围岩压力土压力预应力锚固荷载淤沙压力(有排沙设施时可列为偶然荷载)例题 2:2010(1)-3.拱坝在校核洪水位承受的波浪压力属于()作用荷载A.永久B.基本C.可变D.偶然答案:D解析:偶然荷载:时的静水压力地震荷载等2.水工建筑物结构荷载其中,水工建筑物设计时,首先要计算建筑物上所承受的荷载,然后再进行荷载组合,以及进行抗滑稳定分析应力分析渗流计算沉降计算应力应变计算抗震设计等(后面 310 来科普这些知识)3.水工建筑物的基本设计方法(1)理论分析(2)试验研究(3)原型观测(4)工程类比例题:(模拟题)水工建筑物的基本设计方法有()A.理论分析B.试验研究C.原型观测D.工程类比E.建模试验答案:ABCD解析:水工建筑物的基本设计方法(1)理论分析(2)试验研究(3)原型观测(4)工程类比注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播4.水工建筑物结构设计的基本方法目前在水工建筑物结构设计中,主要采用以下两种设计方法:单一安全系数法分项系数极限状态设计法4.结构设计的基本方法1)单一安全系数法单一安全系数法,SR/K(2022(1)案例),其中 K 为安全系数,R 为结构抗力的取用值,S 为作用效应的取用值(K=RS=能挨四拳打挨了三拳打)规范给出的安全系数目标值(表 1.2-20,见下页 PPT)是工程界根据经验制定的,主要考虑了:(1)结构的安全级别;(2)工作状况及作用效应组合;(3)结构和地基的受力特点及计算所使用的方程单一安全系数法把作用荷载结构尺寸材料性能和强度等作为确定性量值计入,最后用一个概略的系数K来包容解决各不确定因素可能引起的安全问题因此,加大结构的安全系数,并不一定能按比例地增加结构的安全度例题:2022(1)5.2背景:某施工单位承担行蓄洪区治理工程中的排涝泵站堤防加固河道土方开挖(含疏浚)施工排涝泵站设计流量180m3/s,安装 6 台立式轴流泵,泵站布置清污机桥进水池主泵房及出水池等主泵房基础采用 C35 预制钢筋混凝土方桩高压旋喷桩防渗墙处理泵站纵剖面示意图如图 5工程施工过程中发生了如下事件:事件二:施工单位对承压水突涌的稳定性进行计算分析,判断是否需要对承压水采取降压措施计算中不考虑桩基施工对土体的影响,安全系数取 1.10,土体的天然重度s 为 18kN/m3,水的天然重度水为 10kN/m3注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播例题:2022(1)5.2问题:2.根据事件二,计算并判断本工程是否需要采取降低承压水措施(计算结果保留到小数点后 2 位)答案:2.不需要采取降低承压水措施4.结构设计的基本方法2)分项系数极限状态设计法比单一的安全系数更接近工程实际水工混凝土结构的极限状态分为和两类5.典型水工建筑物结构受力分析1)重力坝重力坝因主要依靠自重维持稳定而得名所受的方向和分布如图所示2)水闸注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播水闸是一种能调节水位控制流量的低水头水工建筑物,具有挡水和泄(引)水的双重功能所受主要荷载的方向和分布如下图所示3)水工挡土墙水工挡土墙是水利水电工程中的承受土压力防止土体坍塌的挡土建筑物水工挡土墙按断面结构形式,可分为重力式半重力式衡重式悬臂式扶壁式空箱式板桩式锚杆式加筋式悬臂式挡土墙所受主要荷载的方向和分布如下图所示6.水工建筑物抗滑稳定分析重力坝计算(受力简图)如图所示,(2019(1)案例)与的比值反映了坝体稳定程度,称为(抗滑稳定)安全系数,其公式为:（K-抗滑稳定安全系数；f-接触面间的摩擦系数。P：水压力W：自重U：扬压力S：摩擦力注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播7.水工建筑物应力分析强度和稳定性是表示(建筑物安全)的两个重要方面应力分析是强度和稳定的前提重力坝应力分析的方法:理论分析法模型试验两大类理论分析法常用的有:材料力学法有限元法分析(拱坝),应力分析的方法有:理论分析法结构模型试验原型观测三类“理论分析法”主要有:.纯拱法.拱梁分载法.有限元法.壳体理论法模型试验方法有:偏光弹性试验激光全息试验脆性材料试验8.水工建筑物渗流分析大坝灾难性破坏的原因有五种:(1)洪水漫过原来按不过水坝设计的坝顶,溢流而下;(2)坝体连同部分地基沿软弱面发生滑移破坏;(3)坝体因扬压力过大而沿坝基面滑动;(4)坝体或坝基因管涌或流土而破坏;(5)坝的上下边坡发生滑移破坏渗流在后四种模式中起着重要的作用此外,水库水的过量渗漏水库岸坡的稳定性水库诱发地震等,也都与渗流的作用密切相关(告诉大家,渗流是一切灾难的源泉)渗流分析主要内容有:确定渗透压力;确定渗透坡降(或流速);确定渗流量(2013(1)2015(1)考点)对土石坝,还应确定浸润线的位置渗流分析:(2024 版教材,P29+45,矛盾)土石坝的渗流分析:确定浸润线的位置;确定渗流的主要参数渗流流速与坡降;确定渗流量闸基的渗流分析:渗透压力;渗透坡降;渗透流速;渗流量9.水工建筑物沉降计算常用计算10.水工建筑物抗震设计注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播地震震级:表承地震时释放能量大小的尺度(类似 500 吨炸药)地震烈度:指某一地区地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度(类似 100 米,5 个单位破坏,1000 米,1个单位破坏)一次地震只有一个震级,随距离的远近,却可以有不同的烈度地震荷载计算方法:动力法和拟静力法两种抗震设计时常用到基本烈度和设计烈度基本烈度是指建筑物所在地区在今后一定时期内可能遭遇的最大地震烈度(类似校核洪水位)作为抗震设计中实际采用的烈度,称为设计烈度对于重要建筑物,其设计烈度可在基本烈度的基础上提高1度(类似设计洪水位)小结:(一看尽长安花)1.水工建筑物的分类【无】2.水工建筑物结构荷载【091021】3.水工建筑物的基本设计方法【无】4.水工建筑物结构设计的基本方法【案例】【22】5.典型水工建筑物结构受力分析【无】6.水工建筑物抗滑稳定分析【案例】【19】7.水工建筑物应力分析【无】8.水工建筑物渗流分析【无】9.水工建筑物沉降计算【无】10.水工建筑物抗震设计【无】注：天一文化专有版权，未经许可不可转发或复印传播