河海大学水工建筑物(重力坝)教学课件02-重力坝1 概述荷载.ppt

CH.2 重力坝—gravity dam §1 概述 据统计 中国 重力坝研究发展趋势 二、重力坝的特点 三、重力坝的类型 四、重力坝的布置 重力坝总体布置 五、重力坝的设计内容 重力坝的设计内容（续） §2 重力坝的荷载及组合 2. 荷载组合 （1）坝体及其永久设备的自重 （2）正常蓄水位或设计洪水位的静水压力 （3）正常蓄水位或设计洪水位的扬压力 （4）泥沙压力 （5）正常蓄水位或设计洪水位的浪压力 （6）冰压力 （7）土压力 （8）相应于设计洪水位的动水压力 （9）其他出现机会较多的荷载 （10）校核洪水位时的静水压力 （11）校核洪水位时的扬压力 （12）校核洪水位时的浪压力 （13）相应于校核洪水位的动水压力 （14）地震荷载 （15）其他出现机会很少的荷载 荷载组合有两种： 《混凝土重力坝设计规范》DL5108-1999 效应组合： ?坝基扬压力（有帷幕） 扬压力强度： 坝踵： 排水孔中心线： 坝趾： 其间直线连接 ?坝体扬压力 当坝体未设排水管时，扬压力可按三角形分布考虑。 （4）冰压力—静冰压力、动冰压力 严寒地区 静冰压力——冬季水库表面结成冰盖，当气温升高时，冰层膨胀对坝面产生的挤压力 动冰压力——当冰盖破碎后发生冰块流动时，流冰撞击坝面而产生的冲击力 冰压力在高坝设计荷载中不起控制作用，特别是当水库操作频繁或冬季水位长期较低时，可忽略不计。但冰冻作用会破坏材料的耐久性。 对低坝、闸墩、胸墙等结构，当冰层较厚或水库吹程不大时，是主要荷载，应予以考虑。 ?静冰压力 影响因素： 开始升温时冰的温度、气温上升速率、冰层厚度等 缺乏理论分析和实验研究，按下表选取（课本P26） ?动冰压力 影响因素： 冰的运动速度、冰块尺寸、建筑物表面积的大小和形状、风向和风速、流冰的抗破碎强度等 （5）土压力—主动土压力、被动土压力、坝前泥沙压力 主动土压力和被动土压力仅部分岸坡或挡土坝段出现，坝前泥沙压力仅在存在淤积的坝段出现。 泥沙淤积高程随时间增加而增加，需要确定淤积年限（取50~100年）。由于逐年淤积，逐年固结，淤沙的容重和强度参数随时间而变，且随层而异，因此，计算困难。一般参照经验公式按土压力计算（P22），斜面上的泥沙压力还应该考虑淤沙重力： （6）地震荷载 地震引起的动荷载，包括地震惯性力、地震动水压力和地震动土压力。 地震荷载的大小取决于地面运动的强度和建筑物的动力特性。抗震设计中常用到基本烈度和设计烈度的概念： 基本烈度——指建筑物所在地区今后一定时期内(约为100年)可能遭遇的地震最大烈度。 设计烈度——指抗震设计时实际采用的地震烈度。 一般情况下设计烈度等于基本烈度，但对于一级挡水建筑物，可根据工程的重要性和受害后果的危害性，在基本烈度的基础上提高1度。设计烈度在6度以下可不进行抗震设计，而在9度以上则需进行专门研究。 ?地震惯性力 《水工建筑物抗震规范》规定按拟静力法计算。在静力法（地震力等于建筑物的质量与设计加速度的乘积，加速度沿建筑物高度不变）的基础上，考虑到由于地震时建筑物发生变形，加速度沿其高度分布是不均匀的，参照动力计算结果，将加速度沿建筑物高度的分布用某种简化的图形（梯形或折线形）来代替，使计算结果更接近实际。 地震惯性力（续） 计算竖向地震惯性力时，用竖向地震系数代替水平向地震系数。同时考虑时，竖向地震惯性力还需乘以遇合系数。 ?地震动水压力（铅直坝面） ?地震动水压力（倾斜坝面） 坝面倾斜时，地震动水压力乘以折减系数y/90，为y坝面与水平面的夹角。当坝面有折坡时，按以下处理： ?地震土压力 （7）温度荷载 坝体温度变化引起的热胀冷缩受到约束所产生的荷载，包括水温、气温变化等。 作用在重力坝上的各种荷载，除坝体自重外，都是在一定范围内随机出现的。如： 上游水位、下游水位不断变化； 宣泄最大洪水时，不一定发生强烈地震； 封冻时，存在静冰压力，就不会有风浪压力，等等 设计时应根据它们出现的概率，把各种荷载合理地组合成不同的情况，用不同的安全系数进行核算，以解决安全和经济之间的矛盾。 把荷载分成两类： （1）基本荷载：出现概率较大的荷载（base load） （2）特殊荷载：出现概率较小的荷载（special load） ?基本荷载： ?特殊荷载： * 重力坝主要依靠自重维持稳定，是一种古老而应用广泛的坝型。 19世纪以前，基本上采用毛石砌体筑坝。 19世纪后期，由于新材料出现，逐渐采用混凝土筑坝。在筑坝实践和科学试验的基础上，设计理论也不断提高。 20世纪以来，由于混凝土工艺和施工机械的迅速发展，逐渐形成现代重力坝，特点是采用有效的防渗排水措施减小扬压力，在施工中采用分缝、灌浆和温度控制技术，可以