重力坝荷载组合

1、重力坝的荷载及组合.重力坝的荷载及组合.15/15重力坝的荷载及组合.水工建筑物教课文本重力坝的荷载及组合教课文本水工建筑物教课资源库项目组编写2014年9月-1-版权全部，仿冒及翻印必究水工建筑物教课文本目录1.教课设计计划表-2-2.教课实行-4-【步骤L】复习坚固和引入新课-4-【步骤2】课程介绍及知识解说-4-【步骤3】应用事例解说-13-【步骤4】实训任务部署（或发问）-14-【步骤5】学生实训-15-【步骤6】谈论及反应-15-教课设计计划表-2-版权全部，仿冒及翻印必究水工建筑物教课文本表1单元3的教课设计计划表单元名称重力坝的荷载及组合学时4项目名称重力坝设计教课地址多媒体教室

2、学生角色设计协助人员知识目标技术目标态度目标理解作用在重力坝荷载的种类和会确立重力坝荷载计能准时到课，恪守计算内容；算对象；讲堂纪律，踊跃回答掌握自重的计算；能进行静水压力、动讲堂问题，准时上交掌握静水压力、动水压力分布图的水压力计算；作业；教课目的绘制及计算；能进行扬压力计算；课下能踊跃仔细掌握减少扬压力的措施，扬压力分能进行浪压力计算；练习教室部署的工作布图的绘制及计算能进行基本荷载和偶任务；掌握不一样波涛形态浪压力的分布然荷载的组合方法及计仔细达成老师布图及计算；算。置的预习任务。掌握基本荷载和有时荷载的组合方法及计算。达成事例任务：非溢流坝自重的计算；能力训练任务达成事例任务：非溢流坝

3、静水压力计算；波涛因素计算；及事例达成事例任务：实体重力坝坝基面上扬压力计算；达成事例任务：非溢流坝浪压力（深水波）计算。教课要点、难点要点：非溢流坝自重、静水压力、动水压力分布图的绘制及计算，荷载组合方法；难点：减少扬压力的措施、扬压力分布图的绘制及计算，浪压力的计算。教课方法、手段事例法，讲练联合法，黑板、多媒体课件，动画。复习旧课：非溢流重力坝基本剖面的主要参数及确立方法，波涛因素计算，适用剖面确立的内容和方法，剖面图的绘制。导入新课：理解作用在重力坝荷载的种类和计算内容，掌教课组织过程握自重、水压力、扬压力、浪压力等主要荷载的分布图及计算方法，掌握基本荷载和有时荷载的组合方法及计算。而

4、后，教师引入工程事例，提出问题让学生依据已讲的基础知识分组谈论解决问题，教师指导谈论，学生进行基础知识的练习，教师指导答疑，教师供给答案，谈论此过程。教课条件工程事例；练习题；课程有关课件。作业基础试题（填空、选择题等）、技术训练习题-3-版权全部，仿冒及翻印必究水工建筑物教课文本教课实行【步骤l】复习坚固和引入新课教课地址教师任务学生任务教课条件时间（分钟）多媒体教室学习任务引入与教师互动回答多媒体课件10复习坚固：非溢流重力坝基本剖面的主要参数及确立方法，波涛因素计算，适用剖面确立的内容和方法，剖面图的绘制。引入新课：1）作用在重力坝荷载有哪些？如何计算？2）为何要对作用在重力坝荷载进行组

5、合？怎么组合？【步骤2】课程介绍及知识解说教课地址教师任务学生任务教课条件时间（分钟）理解作用在重力坝荷载的种类和计算内容；掌握自重的计算；掌握静水压力、动水压力分布图的绘制及计算；听课，获得有多媒体教室掌握减少扬压力的措施，扬压力分布图的绘制多媒体课件120关知识和信息及计算掌握不一样波涛形态浪压力的分布图及计算；掌握基本荷载和有时荷载的组合方法及计算。荷载种类作用在重力坝上的主要荷载有：坝体自重、上下游坝面上的水压力、扬压力、浪压力或冰压力、泥沙压力以及地震荷载等。荷载计算荷载计算包含确立荷载的大小、方向、作用点。一般按单位坝进步行分析，对溢流坝段则平常-4-版权全部，仿冒及翻印必究水工建

6、筑物教课文本取一个坝段进行计算。自重（包含永久设施重）坝体自重是保持大坝稳固的主要荷载，其大小可依据坝的体积和资料重度计算。G=cV式中G坝体自重，kN；V坝的体积，m3；c筑坝资料的重度，kNm3。筑坝资料重度采纳的能否适合，直接影响坝的安全和经济，对此一定谨慎。在初步设计阶段可依据资料种类按表9采纳，施工图设计阶段应经过现场实验确立。表9筑坝资料的重度水压力1）挡水坝段的静水压力静水压力可按水力学的原理计算。坝面上随意一点的静水压强为p=0y，此中0为水的重度，为该点距水面深度。当坝面倾斜或为折面时，为了计算方便，常将作用在坝面上的水压力分为水平水压力和垂直水压力分别计算（见图1）。P11

7、0H12P210H22W310mh2（W1、W2的计算近似）2222）溢流坝的水压力溢流坝段坝顶闸门封闭挡水时，静水压力计算与挡水坝段完整同样。在泄水时，作用在上游坝面的水压力分布如图2所示，荷载计算见下式：图1挡水坝的静水压力图2溢流坝的水压力P10H12h22-5-版权全部，仿冒及翻印必究水工建筑物教课文本式中P单位坝长的上游水平压力，kNm，作用在压力争形的形心；H1上游水深，m；h坝顶溢流水深，m；m下游坝坡的边坡系数；33）溢流坝下游反弧段的动水压力可依据流体动量方程求得。若假定反弧段始、末两断面的流速相等，则单位坝长在该反弧段上动水压力的总水均分力Px与总垂直分力Py的计算公式以下

8、：Px0qvcosgPy0qvsing式中q鼻坎处单宽流量，m3s；22cossin11KN）KN）v反弧段上的均匀流速，ms；1、2分别为反弧段圆心竖线左、右的中心角。Px，Py的作用点，可近似地以为作用在反弧段中央，其方向以图1所示为正。溢流面上的脉动水压力和负压对坝体稳固和坝内应力影响很小，能够忽视不计。扬压力1）坝基面上的扬压力坝基设有防渗帷幕和排水幕的实体重力坝防渗帷幕和排水幕是重力坝减小浸透压力的常用措施。防渗帷幕的浸透系数远小于四周岩石的浸透系数，浸透水流绕过或渗过帷幕时要耗费很大的能量，从而使帷幕后的浸透压力大为降低。排水幕能使部分浸透水流自由排出，使浸透压力进一步降低。其扬压

9、力分布图形如图3所示。图中矩形部分是由下游水深H2产生的浮托力，在水平坝基上任一点的压强为0H2；折线部分是由上下游水位差H产生的浸透压力，上游压强为0H，下游为零，排水幕处为0H。为节余水头系数，河床坝段采纳=0.25，岸坡坝段采纳=0.35。在特别状况下，也可只设灌浆帷幕或排水幕，相应的扬压力争形与图3近似，其节余水头系数能够联合特地论证确立。采纳抽排降压措施的实体重力坝防渗帷幕和排水幕不可以降低浮托力，当下游水深较大时，浮托力对扬压力的影响明显。为了更-6-版权全部，仿冒及翻印必究水工建筑物教课文本有效地降低扬压力，能够采纳抽排降压措施，即在坝体廊道内设置抽水设施及排水系统，准时抽排，使

10、扬压力进一步降低。此时坝基面上的扬压力分布图形如图4所示。图中1为主排水幕处扬压力节余系数，一般取1=0.2，2为坝基面上节余扬压力系数，可采纳0.5。当有特地论证时，系数1、2可采纳论证后的值。图3设有防渗帷幕和排水幕图4采纳抽排降压措施的的实体重力坝坝基面扬压力实体重力坝坝基面扬压力2）坝体内部的扬压力浸透水流除在坝基面产生浸透压力外，浸透坝体内部的水流也会产生浸透压力。为减小坝体内的浸透压力，常在坝体上游面周边的35m范围内，提升混凝土的防渗性能，形成防渗层，并在防渗层后设坝身排水管。坝体内部的扬压力按图5所示的分布图形进行计算，图中3常取0.2。当坝内无排水管时，则取浸透压力为三角形分

11、布。泥沙压力水库建成蓄水后，入库水流挟带的泥沙将逐年淤积在坝前，对坝体产生泥沙压力。取淤积计算年限为50100年，参照经验数据，按主动土压力公式计算泥沙压力：Pn1nhn2tan245n22-7-版权全部，仿冒及翻印必究水工建筑物教课文本式中Pn泥沙压力，kN/m；n泥沙的浮重度，一般为6.59.0kN/m3；图5坝体内部的扬压力hn泥沙的淤积厚度，m；n泥沙的内摩擦角。关于淤积时间较长的粗颗粒泥沙n=1820；关于黏土质泥沙n=1214；关于淤泥、黏土和胶质颗粒n=0。当上游坝面倾斜时，除计算水平向泥沙压力Pn外，还应计算铅直向泥沙压力。铅直泥沙压力可按作用在坝面上的土重计算。浪压力当重力坝

12、的迎水面为铅直或凑近铅直时，波涛推动到坝前，遇到坝的阻截，而使波涛壅高行成驻波。计算浪压力和坝顶超高时，坝前波涛在静水位以上的高度为h1%+hz。其余，跟着建筑物迎水眼前水深的不一样，可能产生三种波态：深水波、浅水波和破裂波（见图6），浪压力计算时需依据不一样波态选择相应的计算公式。图6直墙式挡水面浪压力分布图1）当H1Hcr和H1Lm/2时见图6（a），单位长度上的浪压力计算公式为：pwk1Lmh1%hz42）当HcrH1Lm/2时见图6（b），单位长度上的浪压力计算公式为：pwk1h1%hzH1p1fH1p1f2p1fh1%2H1sechLm式中p1f坝基底面处节余浪压力强度，kpa。3）

13、当H1Hcr时见图6（c），单位长度上的浪压力计算公式为：pwk1p01.50.5h1%0.7H12-8-版权全部，仿冒及翻印必究水工建筑物教课文本p0Kih1%式中浪压力强度折减系数，H11.7h1%时，为0.6，H11.7h1%时，为0.5；P0计算水位处的浪压力强度，kpa；Ki底坡影响系数，查表2（i为坝前必定距离库底纵坡均匀值）。表2底坡影响系数Ki取值表底坡i1/101/201/301/401/501/601/801/100Ki1.891.611.481.411.361.331.291.25地震力在地震区筑坝，一定考虑地震的影响。地震对建筑物的影响程度常用地震烈度表示。地震烈度区分

14、为12度，烈度越大，对建筑物的影响越大。在抗震设计中常用到基本烈度和设计烈度两个概念。基本烈度是指该地域此后50年限期内，可能遭受超越概率p50为0.10的地震烈度。设计烈度是指设计时采纳的地震烈度。一般状况下，采纳基本烈度作为设计烈度；但对I级建筑物，可依据工程重要性和遇到震害的危险性，在基本烈度的基础上提升一度作为设计烈度。设计烈度为7度及以上的地震区应试虑地震力，设计烈度超出9度时，应进行特地研究。设计烈度为6度及以下时，一般不考虑地震力。地震力包含由建筑物重量惹起的地震惯性力、地震动水压力和动土压力。地震对扬压力、坝前泥沙压力和浪压力的影响可不考虑。水工建筑物抗震设计规范（SL2039

15、7）规定：关于工程抗震布防种类为甲级（基本烈度6度的1级坝）时，其地震作用效应计算应采纳动力分析方法；关于布防种类为乙、丙级，设计烈度低于8度，且坝高小于或等于70m的重力坝可采纳拟静力法计算；关于丁级（基本烈度7度的4，5级坝）建筑物，能够用拟静力法计算或侧重采纳措施而不用计算。详细计算方法可参阅水工建筑物抗震设计规范（SL20397）。冰压力1）静冰压力库水结冰后，当气温高升时，冰层膨胀对坝面产生的压力称作静冰压力。静冰压力的大小取决于冰的最低温度、温度上升率、冰层厚度、热膨胀系数、冰的抗压强度和岸边对冰层的拘束状况等。一般可由表3查得单位面积上的静冰压力，乘以冰厚即为作用在单位坝长上的静

16、冰压力。当水库在冬天采纳破冰、融冰措施时，可不考虑坝体上的冰压力。-9-版权全部，仿冒及翻印必究水工建筑物教课文本表3静冰压力标准值2）动冰压力当冰盖破裂后发生冰块流动，流冰撞击坝面而产生的冲击力称为动冰压力。动冰压力的大小与冰的运动速度、冰块尺寸、建筑物表面积的大小和形状、风向微风速、流冰的抗碎强度等因素有关。1）冰块撞击在铅直坝面时的动冰压力可按下式计算：Pbd0.07VbdbAhfic式中Pbd冰块撞击在铅直坝面时的动冰压力，kN；fic冰的抗压强度，关于水库可取0.3Mpa，关于河流，流冰早期取0.45Mpa，后期可取0.3Mpa；Vb冰块流速，关于大水库应经过研究确立，一般不大于0.

17、6m/s；Ab冰块的面积，m2；db冰块的厚度，m。2）冰块撞击在铅直闸墩上的动冰压力按下式计算PbdmRbBdb式中Pbd冰块撞击在铅直闸墩上的动冰压力，kN；Rb冰的抗压强度，当无资料时，在结冰早期取750kPa，末期可取450kPa；B闸墩在冰层处的前沿宽度，m；m闸墩的平面形状系数，按表4采纳。-10-版权全部，仿冒及翻印必究水工建筑物教课文本其余符号意义同前。表4闸墩的平面形状系数荷载组合荷载组合的目的作用在重力坝上的各样荷载，除坝体自重外，都有必定的变化范围。比方在正常运转、放空水库、设计或校核洪水等状况，其上下游水位各不同样。当水位发生变化时，相应的水压力、扬压力亦随之变化。又如

18、在短期发泄最大洪水时，就不必定会同时发生激烈地震。再如当水库水面封冻，坝面受静冰压力作用时，波涛压力就不存在。所以，在进行坝的设计时，应当依据“可能性和最不利”的原则，把各样荷载合理地组合成不一样的设计状况，而后进行安全核算，以妥当解决安全和经济的矛盾。荷载组合的种类1）荷载种类。作用于重力坝上的荷载，按其出现的几率和性质，可分为基本荷载（出现机遇许多的荷载）和特别荷载（出现机遇极少的荷载，如校核洪水位及地震时的荷载）。基本荷载包含：坝体及其上永久设施自重；正常蓄水位或设计洪水位时大坝上、下游面的静水压力（采纳一种控制状况）；相应于正常蓄水位或设计洪水位时扬压力；大坝上游淤沙压力；相应于正常蓄

19、水位或设计洪水位时的浪压力；冰压力；土压力；设计洪水位时的动水压力；其余出现机遇许多的作用。特别荷载包含：校核洪水位时的大坝上、下游面的静水压力；相应于校核洪水位时的扬压力；相应于校核洪水位时的浪压力；相应于校核洪水位时的动水压力；地震荷载；其他出现机遇极少的荷载。2）组合种类。重力坝抗滑稳固及坝体应力计算的荷载组合分为基本组合和特别组合两种状况。荷载组合按表5的规定进行(表中数字即荷载的序号)。-11-版权全部，仿冒及翻印必究水工建筑物教课文本表5荷载组合注：应依据各样荷载同时作用的实质可能性，选择计算中最不利的组合。分期施工的坝应按相应的荷载组合分期进行计算。施工期的状况应进行必需的核算，

20、作为特别组合。依据地质和其余条件，如考虑运用时排水设施易于拥堵，须常常维惨时，应试虑排水无效的状况，作为特别组合。地震状况，如按冬天计及冰压力，则不计浪压力。关于以防洪为主的水库，正常蓄水位较低时，采纳设计洪水位状况进行组合。-12-版权全部，仿冒及翻印必究水工建筑物教课文本【步骤3】应用事例解说教课地址教师任务学生任务教课条件时间（分钟）多媒体教室背景资料介绍听课，获得有关多媒体课件20知识和信息背景资料教课内容及要求：事例分析事例3：依据“单元2”所给的已知条件和拟定的非溢流坝基本剖面，计算“正常蓄水位状况”下作用在重力坝上的荷载。（已知：水的重度为10KN/m3，混凝土的重度为24KN/

21、m3，泥沙浮重度为9.5KN/m3，泥沙内摩擦角为18，节余水头系数取0.25）。解：正常蓄水位状况作用在非溢流坝的荷载如图7所示，计算见表6：图7正常蓄水位状况非溢流坝荷载计算简图表6正常蓄水位状况非溢流重力坝荷载计算表（取单位坝长计算）符垂直力（KN）水平力（KN）力矩（KN。m）荷载号计算式对坝底面中点的偏爱距（m）+-自重G12420.152421034.816.923.62/3=14.4215025-13-版权全部，仿冒及翻印必究水工建筑物教课文本G242524504016.923.65/2=10.8254533G335.060.7224210620.316.9235.060.722

22、/3=0.09956G40.51.22414.416.923.60.5/2=13.071883.141.2522+2.5G51.75）24163.916.92（72.5/2）=11.171831上游水平水压力P1103922760539/3=1398865下游水平水压力P2101.82216.21.8/3=0.610上游水重W110153.654016.923.6/2=15.12816510243.6243216.923.6/3=15.726791W2下游水重W3101.820.72211.716.921.80.72/3=16.49193浮托力U11033.841.8609.1000U2106.8537.20.25637.116.926.85/2=13.508598浸透压力U3109.326.99/2125516.9226.992/3=1.071347U4106.8527.9/2955.616.926.85/3=14.6413990Pl1（10.54/2+1.25+0.47）184.239+（10.54/2+1.25+0.47）/36642浪压力5.2710/25.27=36.06Pl25.27210/2138.9395.272/3=35.49492922/2）