重力坝荷载及组合.ppt

第二节重力坝荷载及其组合,作用,永久作用,可变作用,偶然作用,结构自重永久设备自重、土压力、淤沙压力(枢纽建筑物有排沙设施时可列为可变作用)、预应力、地应力、围岩压力等。,静水压力、扬压力、动水压力、浪压力、风荷载、雪荷载、冰压力、冻胀力、楼面(平台)活荷载、桥机门机荷载、温度作用、灌浆压力等。,地震作用、校核洪水位时的静水压力等。,各种作用都有变异性或随机性,荷载类型和计算方法,(一)自重(包括永久设备自重),建筑物的结构自重标准值，可按结构设计尺寸及材料重度计算确定。一般混凝土的重度为23.023.5kNm3，其他材料的重度可查阅有关资料。,重力是作用在重力坝上的主要荷载，大小由坝体体积V与材料容重 的乘积求得。,式中：H计算点处的作用水头。即计算水位与计算点之间的铅直高差，m；r水的容重。一般取9.8kNm3，对于多泥沙浑水情况另定。,(二)静水压力,垂直作用于坝体表面某点处的静水压强p为,作用于坝面的总静水压力，常分解为水平及竖向分力进行计算,水平力,竖直力,(三)动水压力,(三)动水压力,泄水时，反弧段cd上的动水压力可根据流体的动量方程求得；若假定从c到d的流速相等，并取反弧段最低点处断面的平均流速v，则可求得反弧段上动水压力的总水平分力Px 和垂直分力Py,q单宽流量,(四)扬压力,混凝土和地基都有一定的透水性，在上下游水位差作用下，会形成一个稳定渗流场。,扬压力包括渗透压力和浮托力两部分。,渗透压力由坝体上下游水位差引起，而浮托力是由下游水位淹没部分坝体时产生。,影响扬压力分布及数值的因素很多，设计时应根据坝基地质条件、防渗和排水措施、坝体的结构型式，分别计算图形。,1坝基面上的扬压力,(四)扬压力,坝底扬压力形成原因：上下游水位差；砼、岩石都是透水材料。由于基岩节理裂隙很不规则，难以求出坝底扬压力的准确分布，故通常加定扬压力从坝踵到坝趾成直线变化。一般扬压力强度可以用水的容重乘以水头得到。,(四)扬压力 1坝基面上的扬压力,（1）当坝基设有防渗帷幕和排水孔时，坝底面上游坝踵处扬压力作用水头为H1，排水孔中心线处为H2+(H1-H2)，下游坝趾处为H2，其间各段依次以直线连接。其实为扬压力折减系数与岩体的性质和构造，帷幕深度和厚度，灌浆的质量，排水孔的直径、间距、深度等有关。,(2)当坝基设有防渗帷幕和上游主排水孔，并设有下游副排水孔及抽排系统时，坝踵处扬压力作用水头为H1，主、副排水孔中心线处分别为1H1，2H2，坝趾处为H2，其间各段依次以直线连接。,(3)当坝基未设防渗帐幕和上游排水孔时，坝踵处扬压力作用水头为H1，坝趾处为H2，其间以直线连接,坝体内计算截面的扬压力分布图形，可根据坝型及其坝内排水管的设置情况确定。,(五)淤沙压力,淤沙压力是挡水建筑物前由于河流泥沙淤积而在淤积厚度范围内作用于坝面的一种土压力。,由于淤沙压力淤积高程随时间逐年增加，因此在确定淤沙压力时，先要规定一个淤积年限，然后再根据河流的挟沙量估算坝前淤积高程。淤积计算年限可取为50100年，对于多泥沙河流应专门研究。,由于坝前泥沙是逐年淤高逐年固结的，淤沙重度和内摩擦角亦逐年变化，且各层不同，因而淤沙压力难以精确确定，根据朗肯主动土压力公式，作用于单位长度挡水结构上的水平淤沙压力标准值可按下式计算：,（六）浪压力,由于风的作用，在水库内形成波浪，它不但给闸坝等挡水建筑物直接施加浪压力，而且波峰所及高程也是决定坝高的重要依据；浪压力与波浪要素有关，波浪要素包括波浪的长度、高度及波浪中心线高出静水位的高度。,坝前水深不小于半波长,水域的底部对波浪运动没有影响，这时铅直坝面上的浪压力分布应按立波概念确定。,坝前水深小于半波长，但不小于使波浪破碎的临界水深,浅水波，水域底部对波浪运动有影响，浪压力分布也到达底部,坝前水深小于临界水深,为破碎波浪压力分布,（七）冰压力,在气候严寒地区，冬季水库表面结成冰盖，但当气温回升时（仍低于0），冰盖膨胀对边界（岸坡、坝面等）产生的挤压力称为静冰压力。当冰盖解陈后，冰块随水流漂移。流冰撞击坝面等建筑物上产生的撞击力，称为动冰压力。,冰压力包括静冰压力和动冰压力。,1静冰压力,静冰压力沿冰厚方向的分布，基本上呈现上大下小的倒三角形，故可认为静冰压力的合力作用点在冰面以下冰厚的1/3处。,静冰压力的大小与建筑物形态以及冰本身的抗挤压强度有关。,2动冰压力,作用于铅直坝面的动冰压力，与冰块抗压强度、冰块厚度、平面尺寸和运动速度有关。,冰压力在较高的重力坝设计荷载中常不起控制作用，特别是当水库操作频繁或冬季水位长期较低时，常可忽略不计。,对于低坝、闸墩、胸墙等结构，当冰层较厚或水库吹程不大时，冰压力可能成为主要荷载，设计时应加以考虑。,（八）地震荷载,地震会引起对水工建筑物的动力作用，包括地震惯性力、地震动水压力和动土压力。,在考虑地震作用时，常用到地震的基本烈度和设计烈度两个概念。,根据SL203-97水上建筑物抗震设计规范规定，水工建筑物的工程抗震设防类别，应根据其重要性和工程场地基本烈度确定。,各类工程抗震设防类别的水工建筑物，除土石坝、水闸应按其相关规定外，抗震作用效应的计算方法，应按照表1-7的规定采用。,荷载组合,按承载力极限状态设计时，应考虑两种作用组合，即基本组合和偶然组合，在设计坝体断面时，应计算下列两种组合。,基本组合是在持久状况或短暂状况下，永久作用与可变作用的(效应)组合。,(1)坝体及其上永久设备自重。(2)静水压力。(3)相应正常苦水位或防洪高水位时的扬压力(4)淤沙压力。(5)相应正常蓄水位或防洪高水位的重现期50年(6)冰压力(与浪压力不并列)(7)相应于防洪高水位时的动水压力(8)大坝上、下游侧土压力(9)校核洪水位时上、下游静水压力(10)相应校核洪水位时的扬压力(11)相应校核洪水位时的浪压力(12)相应校核洪水位时的动水压力：(13)地震作用(包括地震惯性力和地震动水比力)。,