重力坝的荷载及荷载组合.pdf

1、第二节第二节第二节第二节 重力坝的荷载及荷载组合重力坝的荷载及荷载组合重力坝的荷载及荷载组合重力坝的荷载及荷载组合第二节第二节第二节第二节 重力坝的荷载及荷载组合重力坝的荷载及荷载组合重力坝的荷载及荷载组合重力坝的荷载及荷载组合分类分类分类分类一、一、分类分类一、一、分类分类1.永久作1.永久作用用用用概念：概念：设计基准期内量值基本不变的作用。设计基准期内量值基本不变的作用。包括：包括：结构自重和永久设备自重；土压力；结构自重和永久设备自重；土压力；淤沙压力淤沙压力；地应力地应力；围岩压力围岩压力；预应力预应力。淤沙压力淤沙压力；地应力地应力；围岩压力围岩压力；预应力预应力。2.可变作用可变

2、作用概念：概念：设计基准期内量值随时间的变化与平设计基准期内量值随时间的变化与平均值之比不可忽略的作用称可变作用均值之比不可忽略的作用称可变作用均值之比不可忽略的作用称可变作用均值之比不可忽略的作用称可变作用。包括包括静水压力静水压力扬压力扬压力动水压力动水压力浪浪包括包括：静水压力静水压力；扬压力扬压力；动水压力动水压力；浪浪压力；灌浆压力；外水压力；风荷载；雪荷载；压力；灌浆压力；外水压力；风荷载；雪荷载；冰压力冰压力冻胀力冻胀力楼面楼面(平台平台)活荷载活荷载桥机桥机冰压力冰压力；冻胀力冻胀力；楼面楼面(平台平台)活荷载活荷载；桥机桥机、门机荷载；温度作用；灌浆压力。、门机荷载；温度作用

3、；灌浆压力。3.3.偶然作用偶然作用偶然作用偶然作用概念概念：设计设计基基准期内只可能短暂出现准期内只可能短暂出现(且且量值量值概念概念设计准期内只可能短暂出现设计准期内只可能短暂出现(量值量值很大)或可能不出现的作用。很大)或可能不出现的作用。包括：包括：地震作用；校核洪水位时的静水压力。地震作用；校核洪水位时的静水压力。二二、荷载分析、荷载分析二二、荷载分析、荷载分析.自重自重.自重自重坝体自重坝体自重：W=V坝体自重坝体自重：W=VCC C的确定：材料容重应实地量测或参考荷载的确定：材料容重应实地量测或参考荷载规范，试验得规范，试验得C=23.525.0 kNm3。分块计算分块计算：将坝

4、体剖面划分成若干个简单块将坝体剖面划分成若干个简单块分块计算分块计算：将坝体剖面划分成若干个简单块将坝体剖面划分成若干个简单块体(形心易求)。体(形心易求)。W1=SW1=S L LW1=SW1=S1 1L Lc cW2=SW2=S2 2LLc cW1W=WW=W1 1+W+W2 22 2c cW2AOAOB永久设备自重永久设备自重永久设备的自重标准值可直接采用该设备永久设备的自重标准值可直接采用该设备的铭牌重量的铭牌重量的铭牌重量的铭牌重量。2 2、静水压力静水压力、静水压力静水压力、静水压力静水压力、静水压力静水压力yX XH H1 1p py y=0 0y yP P1 1HP PX X1

5、 1W W1 1Y Y1 1H2 2P P2 2Y Y2 2p p1 1=0 0H H1 1p p2 2=0 0H H2 21水平力：作用点：水平力：作用点：离坝基面Y离坝基面Y1 1垂直水压力垂直水压力作用点作用点离坝趾离坝趾X X210121HP SW垂直水压力垂直水压力：作用点作用点：离坝趾离坝趾X X1 1011SW 3 3、动水压力动水压力、动水压力动水压力3 3、动水压力动水压力、动水压力动水压力溢流坝面动水压力计算图溢流坝面动水压力计算图溢流坝面动水压力计算图溢流坝面动水压力计算图（）坝顶曲线段的动水压力坝顶曲线段的动水压力（）坝顶曲线段的动水压力坝顶曲线段的动水压力常忽略不计。

6、常忽略不计。（）斜坡直线段上的动水压力（）斜坡直线段上的动水压力动水压强：p=动水压强：p=0 0hcos(kphcos(kpa a)可忽略不计。可忽略不计。（）反弧段水流离心力（见P（）反弧段水流离心力（见P3636式3-3）式3-3）P PX、X、P PY Y作用点：近似认为作用在反弧中点作用点：近似认为作用在反弧中点、扬压力扬压力、扬压力扬压力由挡水建筑物上下游静水头作用下的渗由挡水建筑物上下游静水头作用下的渗算算、扬压力扬压力、扬压力扬压力流场产生的垂直指向计流场产生的垂直指向计算算截面的分布面力，包括上浮力和渗流压力。截面的分布面力，包括上浮力和渗流压力。A AB BH=HH=HH

7、HH H1 1坝内渗坝内渗流流A AB BH=HH=H1 1-H H2 21 1H H2 2坝内渗坝内渗流流CDCD坝基渗流坝基渗流EFEF浮托浮托力力0 0H H2 20H2力力0 0H H渗透压力渗透压力防渗排水措施防渗排水措施(1)坝基防渗排水(1)坝基防渗排水未设防渗帷幕和上游排水孔未设防渗帷幕和上游排水孔未设防渗帷幕和上游排水孔未设防渗帷幕和上游排水孔设防渗帷幕和上游排水孔设防渗帷幕和上游排水孔设防渗帷幕和上游排水孔设防渗帷幕和上游排水孔并设有下游副并设有下游副设防渗帷幕和上游排水孔设防渗帷幕和上游排水孔，并设有下游副并设有下游副排水孔及抽排系统。排水孔及抽排系统。主排水孔主排水孔副

8、排水孔副排水孔防渗帷幕防渗帷幕副排水孔副排水孔(2)(2)坝体防渗排水坝体防渗排水(2)(2)坝体防渗排水坝体防渗排水在上游坝面部分浇筑抗渗标号高的混凝土在上游坝面部分浇筑抗渗标号高的混凝土紧靠防渗层的下游侧设排水管紧靠防渗层的下游侧设排水管坝体排水管坝体排水管C 砼砼C20砼砼C15砼砼坝底扬压力坝底扬压力(1)未设防渗帷幕和排水孔(1)未设防渗帷幕和排水孔H=HH=H-H HH H1 1H=HH=H1 1H H2 2H H2 2E EF FE EF F H HU U1 10 0H H2 2浮托力浮托力渗透压力渗透压力0 0HH0 0H H2 20H1渗透压力渗透压力0H1U U2 2U=U

9、U=U1 1+U+U2 2(2)设防渗帷幕和排水孔设防渗帷幕和排水孔(2)设防渗帷幕和排水孔设防渗帷幕和排水孔1)扬压力分布图扬压力分布图2)计算计算 浮托力浮托力 渗透压力渗透压力：渗透压力强度系数，对于：渗透压力强度系数，对于实体实体重重力力坝，坝，河床河床坝坝段取段取实体力实体力河床段取河床段取0.25，岸坡坝段取，岸坡坝段取0.35。(3)设防渗帷幕和排水(3)设防渗帷幕和排水孔，并设有下游副排孔，并设有下游副排水孔及抽排系统水孔及抽排系统水孔及抽排系统水孔及抽排系统1)扬压力分布图扬压力分布图2)计算计算1)扬压力分布图扬压力分布图浮托力浮托力渗透压力渗透压力渗透压力渗透压力 1：扬

10、压力强度系数，：扬压力强度系数，重力坝取重力坝取0.2。2：残余扬残余扬压力强度系数压力强度系数，2残余扬残余扬压力强度系数压力强度系数重力坝取重力坝取0.5。坝体内的扬压力坝体内的扬压力坝体内的扬压力坝体内的扬压力1)1)扬压力分布图扬压力分布图1)1)扬压力分布图扬压力分布图2)2)计算计算2)2)计算计算浮托力浮托力渗透压力渗透压力 3 3：渗透压力强度系数，渗透压力强度系数，实体重力坝取0.2。实体重力坝取0.2。扬压力分布图扬压力分布图5 5淤沙压力淤沙压力淤沙压力淤沙压力5 5、淤沙压力淤沙压力、淤沙压力淤沙压力P Pn n=sbsbh hn ntgtg2 2(45(45 s2)淤

11、沙高程淤沙高程h hp p sb：sb：淤沙的浮重度KNm淤沙的浮重度KNm3 3；h hs sh hn np pn nP PSKSKY Y0 0s：淤沙的内摩擦角。淤沙的内摩擦角。p ps sP Ps s=sbsbh hs stgtg2 2(45(45 s2)P PSKSK=0.5p=0.5ps sh hs s=0.5=0.5 sbsbh hs2s2tgtg2 2(45(45 s s2)2)挡水面倾斜时的淤沙压力挡水面倾斜时的淤沙压力挡水面倾斜时的淤沙压力挡水面倾斜时的淤沙压力(1)水平淤沙压力计算(1)水平淤沙压力计算P P(2)竖向淤沙压力计算(2)竖向淤沙压力计算P PSKSK淤沙高程

12、淤沙高程P Pv v=v=v sbsbP PSKSKp pv vP PSKSK淤沙体积淤沙体积v：v：淤沙体积淤沙体积淤沙的浮重度淤沙的浮重度 sbsb：淤沙的浮重度淤沙的浮重度6 6、浪压力、浪压力、浪压力、浪压力(一一)、水库风成波的波浪设计标准、水库风成波的波浪设计标准(一一)、水库风成波的波浪设计标准、水库风成波的波浪设计标准设计波浪的标准设计波浪的标准设计波浪的标准设计波浪的标准(1)设计波浪的重现期(1)设计波浪的重现期设计规范规定设计规范规定：用于波浪要素计算的风速值用于波浪要素计算的风速值，在正在正设计规范规定设计规范规定：用于波浪要素计算的风速值用于波浪要素计算的风速值，在正

13、在正常运用条件(正常蓄水位或设计洪水)下，采用相应洪水常运用条件(正常蓄水位或设计洪水)下，采用相应洪水期多年平均最大风速的期多年平均最大风速的1 15 52 20 0倍倍；在非常运用条件在非常运用条件期多年平均最大风速的期多年平均最大风速的1 15 52 20 0倍倍；在非常运用条件在非常运用条件(校核洪水位)下，采用相应洪水期多年平均最大风速。(校核洪水位)下，采用相应洪水期多年平均最大风速。统计分析表明统计分析表明，多年平均最大风速的多年平均最大风速的1 15 52 20 0倍约相倍约相统计分析表明统计分析表明，多年平均最大风速的多年平均最大风速的1 15 52 20 0倍约相倍约相当于

14、50年重现期的年最大风速。当于50年重现期的年最大风速。(2)设计波浪的波列累积频率(2)设计波浪的波列累积频率DL5077DL507719971997规定规定，设计波浪的波列累积频率设计波浪的波列累积频率一一律律规定规定设计波浪的波列累积频率律设计波浪的波列累积频率律采用1%。采用1%。年最大风速年最大风速高高年年指水面上空10 m指水面上空10 m高高度处的10 min平均风速的度处的10 min平均风速的年年最大值。最大值。风区长度(有效吹程)D风区长度(有效吹程)D(1)当沿风向两侧水域较宽广时，可采用计(1)当沿风向两侧水域较宽广时，可采用计算点至对岸的直线距离算点至对岸的直线距离算

15、点至对岸的直线距离算点至对岸的直线距离。(2)当沿风向有局部缩窄且缩窄处宽度B小。(2)当沿风向有局部缩窄且缩窄处宽度B小于于1212倍计算波长时倍计算波长时可采用可采用5B5B为风区长度为风区长度同同于于1212倍计算波长时倍计算波长时，可采用可采用5B5B为风区长度为风区长度，同同时不小于计算点至缩窄处的直线距离。时不小于计算点至缩窄处的直线距离。()()当沿风向两侧水域较狭窄当沿风向两侧水域较狭窄或水域形状或水域形状(3 3)当沿风向两侧水域较狭窄当沿风向两侧水域较狭窄，或水域形状或水域形状不规则，或有岛屿等障碍物时，采用等效风区不规则，或有岛屿等障碍物时，采用等效风区长度长度长度长度D

16、：D：(二二)、波浪要素计算、波浪要素计算(二二)、波浪要素计算、波浪要素计算波浪要素：波浪要素：h hm m(平均波高)、L(平均波高)、Lm m(平均波长)、(平均波长)、h h(波浪中心线高出计算静水位的壅高波浪中心线高出计算静水位的壅高)。h hz z(波浪中心线高出计算静水位的壅高波浪中心线高出计算静水位的壅高)。1.平原、滨海地区水库1.平原、滨海地区水库莆田试验站公式：莆田试验站公式：或或(Hm0.5Lm)式中：h式中：hm m为平均波高，m；Vo为计算风速，ms；D为风区为平均波高，m；Vo为计算风速，ms；D为风区长度长度，m，m；g g为重力加速度为重力加速度，m/s，m/s2 2；H Hm m为水域平均水深为水域平均水深，m，m；长度长度；g g为重力加速度为重力加速度；m m为水域平均水深为水域平均水深；T Tm m为平均波周期，S；L为平均波周期，S；Lm m为平均波长，m。为平均波长，m。2.内陆峡谷水库2.内陆峡谷水库官厅水库公式(适用于 Vo20 ms，D20000m)：官厅水库公式(适用于 Vo20 ms，D20000m)：注意：注意：式中h，当gDV