1F411023　水工建筑物结构受力状况及主要设计方法

　　一、水工建筑物的分类

　　(1)挡水建筑物：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、岸边溢洪道和泄水隧洞等。

　　(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)河道整治建筑物：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。

　　一项水利工程往往有几个不同作用的水工建筑物相互配合，协同运行，形成水工建筑物综合体，称之为水利工程枢纽，分为蓄水枢纽、取水枢纽(又称为引水枢纽、渠首工程)和提水枢纽等。

　　永久性建筑物是指工程运行期间长期使用的水工建筑物。根据其重要性又分为主要建筑物和次要建筑物。

　　(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。例如：坝、泄水建筑物、输水建筑物及电站厂房等。

　　(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。例如：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。

　　二、水工建筑物结构荷载

　　根据《水工建筑物荷载设计规范》SL 744—2016，按荷载随时间的变异，水工建筑物结构上的荷载分为永久作用荷载、可变荷载和偶然荷载。

　　1.永久荷载：包括建筑物结构自重、永久设备自重、地应力、围岩压力、土压力、预应力锚固荷载、淤沙压力。

　　2.可变荷载：包括静水压力、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、撞击力等。

　　3.偶然荷载：包括校核洪水时的静水压力、地震荷载等。

　　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、应力应变计算和抗震设计等。

　　三、水工建筑物的基本设计方法

　　(1)理论分析

　　建立物理、力学模型

　　(2)试验研究

　　水工模型或结构模型试验

　　(3)原型观测

　　通过观测仪器，对建筑物的变位、变形、应力、应变、渗流等观测分析

　　(4)工程类比

　　四、水工建筑物结构设计的基本方法

　　单一安全系数法、分项系数极限状态设计法

　　水工混凝土结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。

　　五、典型水工建筑物结构受力分析

　　重力坝依靠自重维持稳定

　　水闸是一种能调节水位、控制流量的低水头水工建筑物

　　六、水工建筑物抗滑稳定分析

　　重力坝失稳一般发生在坝底与基岩的接触面

　　七、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。通常包括内力、应力、变形、位移和裂缝。

　　八、水工建筑物渗流分析

　　渗流分析主要内容有：确定渗透压力、确定渗透坡降(或流速);确定渗透量。

　　对土石坝，还应确定侵润线的位置。

　　【2015年真题】碾压混凝土坝渗流分析的主要内容包括(　)。

　　A.确定渗透压力

　　B.确定渗透坡降

　　C.确定渗透流速

　　D.确定浸润线的位置

　　E.确定渗流量

　　『正确答案』ABCE

　　『答案解析』水工建筑物渗流分析主要内容有：确定渗透压力、确定渗透坡降(或流速);确定渗透量。参见教材P30。

　　十、水工建筑物抗震设计

　　地震荷载是大坝遭受地震时所承受的荷载，包括地震惯性力、水平向地震动水压力和地震动土压力等，其大小与建筑物所在地区的地震烈度有关。

　　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。作为抗震设计中实际采用的烈度，称为设计烈度。