水工建筑物上的荷载及荷载效应组合PPT课件

1、水工建筑物上的一般荷载水工建筑物上的一般荷载第1页/共31页二、水压力二、水压力u 1 1静水压力静水压力 水静止状态下对结构表面的作用力称为静水压力。可按水水静止状态下对结构表面的作用力称为静水压力。可按水力学原理进行计算。力学原理进行计算。 （1 1）作用在坝、闸等结构面上的水压力：）作用在坝、闸等结构面上的水压力： 作用在坝闸渡槽等建筑物表面的水压力，可分解为水平PH和垂直PV V两部分。 PH= （2-2） PV = （2-3） 式中：水的重度，一般取9.8（KN/m3）; H计算点以上的水深，(m)； V结构表面以上水的体积（m3）221Hw wwV第2页/共31页 静水压力分布图静

2、水压力分布图第3页/共31页（2 2）管道及地下结构水压力计算）管道及地下结构水压力计算作用在管道内壁上的静水压力称为内水压力；作用在管道内壁上的静水压力称为内水压力； 作用于衬砌外侧的水压力称外水压力。作用于衬砌外侧的水压力称外水压力。 结构分析时，应根据具体情况计入。结构分析时，应根据具体情况计入。 计算时计算时, ,将其分均匀、非均匀内水压力。将其分均匀、非均匀内水压力。 均匀内水压力，沿管内一周均匀分布，均匀内水压力，沿管内一周均匀分布， 为管内壁顶点以上静水压力值为管内壁顶点以上静水压力值 非均匀内水压力的合力方向垂直向下，数值为单位管长水重。 （2-4） （2-5） 式中：w水的重

3、度（KN/m3）； ri管道或隧洞的内半径（m）； 自管顶算起的圆心角（）； h管道内壁顶点至计算静水位的高度（m）。 hpwwr )cos1 ( iwwrrp第4页/共31页 nhttrr环向（切向）轴向衬砌在均匀内水压力作用示意图衬砌在均匀内水压力作用示意图第5页/共31页 作用在管道及隧洞衬砌外壁上的水压力，由于是由坝体渗水及地下水引起的，其值取决于坝体及围岩的渗透特性、水文地质条件及地基处理等情况。有压隧洞衬砌的外水压强标准值可为。 （2-6） 式中： pek 作用于衬砌上的外水压强标准值作用于衬砌上的外水压强标准值 （KN/m2）； e外水压力折减系数，可按表2-1采用； He作用水

4、头(m)(m)，按设计采用的地下水位线与隧洞中心线的高差确定。 同内水压力，外水压力也分解成均匀外水压力同内水压力，外水压力也分解成均匀外水压力和非均匀外水压力。和非均匀外水压力。 非均匀外水压力的合力垂直向上，大小等于单非均匀外水压力的合力垂直向上，大小等于单位洞长排开水体的重量。位洞长排开水体的重量。eeekHp 第6页/共31页表表2-1 2-1 外水荷载折减系数值外水荷载折减系数值e e选用表选用表第7页/共31页u 2 2动水压力动水压力 水体在流动时，对建筑物表面产生动水压力（1） 闸坝反弧段上的动水压力闸坝反弧段上的动水压力: : 泄水时，溢流坝下游反弧段的动水压力，主要泄水时，

5、溢流坝下游反弧段的动水压力，主要是离心力作用，反弧底面动水压强近似取均布，是离心力作用，反弧底面动水压强近似取均布，其代表值、离心力合力的水平分力和垂直分力其代表值、离心力合力的水平分力和垂直分力可由下式计算。可由下式计算。 （2-9） （2-10） 式中：q 相应反弧段上的单宽流量相应反弧段上的单宽流量(m3/s.m)； w水的密度水的密度； v 反弧段最低处的断面平均流速反弧段最低处的断面平均流速(m/s)；)cos(cos12VqPxr)sin(sin12VqPyr第8页/共31页R反弧半径反弧半径(m)(m)；1、 2如图如图2-42-4所示，分别为反弧段所示，分别为反弧段圆心竖线左、

6、右的中心角，取其绝对值。圆心竖线左、右的中心角，取其绝对值。 作用在反弧段上的动水压力的作用分项系数为1.11.1。第9页/共31页 三、扬压力三、扬压力u 建筑物挡水后，由于上下游水头差的作用，建筑物挡水后，由于上下游水头差的作用，水从地基的孔隙向下渗透，由渗透引起的水压水从地基的孔隙向下渗透，由渗透引起的水压力称渗透压力，由下游水深而引起的水压力称力称渗透压力，由下游水深而引起的水压力称浮托力，渗透压力和浮托力之和称为扬压力。浮托力，渗透压力和浮托力之和称为扬压力。u作用于建筑物底面上的扬压力值，应按垂直作用于计算截面积上的扬压力分布图形求和。 扬压力分布与上下游水位、防渗排水措施有关。扬

7、压力分布与上下游水位、防渗排水措施有关。 1 1重力坝、拱坝的扬压力重力坝、拱坝的扬压力对岩基上混凝土坝，坝体底面扬压力分布：（1）坝基无防渗帷幕和排水孔幕时，作用于坝坝基无防渗帷幕和排水孔幕时，作用于坝底面上游边缘处的扬压力为底面上游边缘处的扬压力为H H1 1，下游边缘处为，下游边缘处为H H2 2，其间用直线连接。如图，其间用直线连接。如图2-5(f)2-5(f)所示。所示。第10页/共31页第11页/共31页第12页/共31页 （2 2）当坝基上游设防渗帷幕和排水孔时，上游处的扬压力作用水头为）当坝基上游设防渗帷幕和排水孔时，上游处的扬压力作用水头为H H1 1，排水，排水孔中心线处为

8、孔中心线处为H H2 2+ +（H H1 1-H-H2 2），下游（坝趾）处为），下游（坝趾）处为H H2 2，其间各段以直线连接。如，其间各段以直线连接。如图图2-4(a,b,c,d)2-4(a,b,c,d)所示。所示。 （3 3）当坝基上游有防渗帷幕和排水孔并设下游副排水孔及抽排系统时，坝基面）当坝基上游有防渗帷幕和排水孔并设下游副排水孔及抽排系统时，坝基面上游处的扬压力作用水头为上游处的扬压力作用水头为H H1 1，主副排水孔中心处的扬压力作用水头分别为，主副排水孔中心处的扬压力作用水头分别为1 1H H1 1和和2 2H H2 2，下游处为，下游处为H H2 2，其间各段依次以直线连接

9、。如图，其间各段依次以直线连接。如图2-4(e)2-4(e)所示。所示。第13页/共31页p 渗透压力强度系数渗透压力强度系数，对宽缝重力坝、大头坝河床段，对宽缝重力坝、大头坝河床段取取0.20.2，岸坡段为，岸坡段为0.30.3；对实；对实体重力坝拱坝等体重力坝拱坝等, ,河床段取河床段取0.250.25，岸坡段取，岸坡段取0.35;0.35;扬压力强度系数扬压力强度系数2 2取取0.15-0.20.15-0.2；残余扬压力系数残余扬压力系数2 2与排水强度有关，一般情况下均取与排水强度有关，一般情况下均取0.50.5。 坝体内部渗透压力和浮托力坝体内部渗透压力和浮托力: :p不设排水管时，

10、其上游处为不设排水管时，其上游处为H H1 1 ，下游为，下游为H H2 2 ，其间直线连接。当上游面设坝体排水，其间直线连接。当上游面设坝体排水管时排水管中心线处为管时排水管中心线处为3 3H H2 2 。第14页/共31页第15页/共31页p坝体内部扬压力系数3，对实体重力坝、拱坝取0.2，宽缝坝、大头坝取0.150.2。u坝底面和坝体内扬压力分项系数系数坝底面和坝体内扬压力分项系数系数 ： 浮托力的作用分项系数均采用浮托力的作用分项系数均采用1.01.0； 渗透压力的作用分项系数，对实体重力坝采用渗透压力的作用分项系数，对实体重力坝采用1.21.2；宽缝重力坝、大头坝、空腹重；宽缝重力坝

11、、大头坝、空腹重力坝及拱坝采用力坝及拱坝采用1.11.1； 坝基下游设置抽排系统时，主排水孔之前扬压力的作用分项系数采用坝基下游设置抽排系统时，主排水孔之前扬压力的作用分项系数采用1.11.1，主排水，主排水孔之后残余扬压力的作用分项系数采用孔之后残余扬压力的作用分项系数采用1.21.2。第16页/共31页 2 2水闸扬压力水闸扬压力u水闸挡水时，上下游水头差使水流沿铺盖及闸底水闸挡水时，上下游水头差使水流沿铺盖及闸底板底面向下游渗透，闸底板底面上作用有扬压力。板底面向下游渗透，闸底板底面上作用有扬压力。 （1）岩基闸底板上的扬压力岩基闸底板上的扬压力u底面上的扬压力分布图形，可按实体重力坝确

12、定。底面上的扬压力分布图形，可按实体重力坝确定。 （2）软基上水闸底板扬压力分布软基上水闸底板扬压力分布u 同样包括渗透压力和浮托力两部分，根据上下游同样包括渗透压力和浮托力两部分，根据上下游水位差，地下轮廓线的布置、地基水位差，地下轮廓线的布置、地基K K等分析确定。等分析确定。u 一般情况下，渗透压力可采用直线比例法、改进一般情况下，渗透压力可采用直线比例法、改进阻力系数法和流网法计算，（阻力系数法和流网法计算，（详见第七章水闸详见第七章水闸）。）。浮托力按下游水位至底板底面的高度计算。浮托力按下游水位至底板底面的高度计算。（3 3）两岸墩墙扬压力）两岸墩墙扬压力1 1）当墙后土）当墙后土

13、 K K小于地基小于地基K K值时，可近似地采用底板值时，可近似地采用底板上上 渗透压力分布图形；渗透压力分布图形；2 2）当墙后土）当墙后土 K K大于地基时，应按侧向渗流计算确大于地基时，应按侧向渗流计算确定。定。u水闸扬压力分项系数，浮托力采用1.0， 渗透压力采用1.2。第17页/共31页水闸扬压力分布示意图水闸扬压力分布示意图第18页/共31页四、土压力及淤沙压力1 1挡土建筑物的土压力挡土建筑物的土压力（1 1）静止土压力）静止土压力 当墙后填土水平，墙背铅直时(图2-7a)，作用在墙背的静止土压力标准值可按下式计算：l (2-11) 式中：Fok 静止土压力标准值（KN/m），作

14、用于距墙底处，水平指 向墙背。 挡土墙后填土的重度（KN/m3）； H 挡土墙高度(m)； Ko 静止土压力系数，当墙后为正常固结粘土时Ko=1- sin ; 墙后填土的有效内摩擦（）ookKHF221第19页/共31页 （2 2）主动土压力计算）主动土压力计算 挡土墙后土压力强度在垂直方向为三角形分布（墙后填土平齐、无荷载）。 作用于单位长度挡土墙背上的主动土压力标准值可按式（2-11）计算：l (2-12) 式中: Fak主动土压力标准值（KN/m) 作用点、方向见图2-7(b)； Ka主动土压力系数，可按土力学及有关规范计算。aakkHF221第20页/共31页图2-7第21页/共31页

15、2淤沙压力水库、水闸多年运行后，库区泥沙淤积。其合力标水库、水闸多年运行后，库区泥沙淤积。其合力标 准值可按下式计算：准值可按下式计算： （2-14） 式中：Psk淤沙压力标准值 （KN/m） sb淤沙的浮重度 （KN/m3）Hs挡水建筑物前泥沙的淤积高度 （m）s淤沙的内摩擦角（）l淤沙高度，根据河流水文泥沙特性计算确定l 淤沙压力的作用分项系数应采用1.2。)245(2122sssbsktghP 第22页/共31页3 3上埋式埋管压力上埋式埋管压力对坝下埋管或倒虹吸管（图），埋于土中时，作对坝下埋管或倒虹吸管（图），埋于土中时，作用其单位长度上合力标准值：用其单位长度上合力标准值： 垂直压力： 水平压力式中参数见图式中参数见图2-82-8、2-92-9。其中：