水工建筑物--第三章 水工建筑物的作用

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1、水工建筑物2021年8月12日赖国伟第三章水工建筑物的作用及作用效应组合第一节作用的定义与分类一、作用的定义使结构产生内力和变形的各种原因总称为结构上的作用。直接作用：是指直接施加在结构上的集中力或分布力，也可称为“荷载”。间接作用：则是指使结构产生外加变形或约束变形的原因，如地震、温度作用等。长期以来，工程界习惯将上述两类作用不加区分均称为“荷载”，如自重荷载、水荷载、地震荷载、温度荷载等。已颁发的国家标准《工程结构可靠度设计统一标准》规定将各种荷载统称为作用，亦即采用了“作用”这一概念来取代习用的“荷载”这一概念。二、作用的分类

2、1、按随时间的变异分类永久作用：即在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。例如结构自重、土压力、预应力等。可变作用：即在设计基准期内量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。例如水压力、扬压力、浪压力以及风、雪、人群、堆放物品等作用。偶然作用：即在设计基准期内出现概率很小，一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。例如校核洪水位时的水荷载(包括静水压力、扬压力和动水压力)、地震作用等。2、按随空间位置的变异分固定作用：指在结构空间位置上具有固定分布的作用。例如结构自重、固定设备重等。可动作用：

3、指在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的作用。其作用位置和数值都是可以变动的。例如水电站厂房内行车轮压作用，在吊车梁的长度方向任意变化，起吊物及小车(天车)位置不同，轮压不同。3、按引起结构的反应分静态作用：指在结构上不产生加速度或产生的加速度可以忽略不计的作用。例如结构自重、水电站机组检修堆放在安装场的机件重。动态作用：指在结构上产生不可忽略的加速度的作用，例如地震作用。对于这类作用，在进行结构分析时，应当考虑其动力效应，有的可以用乘一个动力系数的办法来考虑，有的则应采用结构动力学的方法来计算分析。4、按属于安全系数设计法的规

4、范分类上述作用分类是基于结构可靠度理论的规范《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》(GB50199—1994)给出的。对于基于安全系数设计法的规范有《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005)、《混凝土拱坝设计规范》（SL282-2003）。该规范将直接施加在结构上的集中力或分布力，称为荷载。该规范的作用分类为：基本荷载→出现机会较多的荷载，例如结构自重、正常蓄水位时的水荷载(包括静水压力、扬压力和动水压力)及浪压力、泥沙压力、土压力、冰压力等荷载。特殊荷载→出现机会较少的荷载，例如校核洪水位时的水荷载(包括静水压力、扬压力和动

5、水压力)及浪压力、地震荷载等荷载。第二节水工建筑物的自重作用水工建筑物自重属于恒定荷载，对水工建筑物的工作状态起着重要作用。水工建筑物本身的自重：可按G=γ·V确定。式中：γ——材料容重（重度），kN/m3；V——体积，m3。一、混凝土材料自重作用对拱坝坝块自重G可按辛普森公式计算：式中γ——混凝土的容重，kN/m3；△Z——计算坝块的垂直高度，m；A1、A2、Am——分别为上端截面、下端截面和中间截面的面积，m2。二、土石材料自重作用：对土石材料，需根据其所在位置与浸润线和水位的关系，有选择地使用以下不同的容重：土体的干容重土体的

6、自然容重土体的饱和容重土体的浮容重三、土压力(1)当刚性连接建筑物在土压力作用下或因地基不均匀沉陷发生变位，至使侧向土压力减小时，可作为主动土压力进行分析。(2)当刚性连接建筑物建造在坚硬的岩基上，同时自身刚度较大，变形较小时，可作为静止土压力进行分析。(3)当刚性连接建筑物在其他荷载作用下有向填土一侧变位时，土坝对连接建筑物产生被动土压力。作用在光滑、竖直迎土面上的各种土压力强度计算公式如下：式中：γ为土的容重，kN／m3；H为计算点的土深，m；φ为土的内摩擦角。四、泥沙压力（按主动土压力计算）作用在坝、水闸等挡水建筑物上的水平淤

7、沙压力，可按一般（主动）土压力公式计算：当上游坝面倾斜时，除水平泥沙压力外还存在铅直泥砂压力，计算方法与计算铅直水压力的方法相同。☞斜面上铅直的淤沙压力即为淤积在其上的泥砂自重（按浮容重计算）。（①成因：水库蓄水后，入库水流流速降低并趋于零，挟带的泥沙随流速减小而沉积于坝前，其过程是先沉积大颗粒，而后沉积细颗粒。②淤积高程：坝前淤积逐年增高，可根据河流的挟沙量进行估算，估算年限通常为50-100年。③指标：淤积的泥沙逐年固结，容重和内摩擦角也在逐年变化，很难算准，设计时可根据经验取定，象黄河这样的多沙河流应由试验定出。）式中：pn—

8、—为在铅直面上泥沙对坝体某点的压力强度，kN/m2；γ′——为泥沙的浮容重；Φ——为泥沙的内摩擦角；hn——为该点以上的淤沙厚度。第三节水工建筑物的温度作用温度应力（或称变温应力）：当结构的温度有所改变时，它的每一部分都将由于温度的升