《重力壩荷載及組合》課件

課程簡介本課程旨在深入探討重力壩荷載及組合的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用實踐，幫助學生掌握重力壩荷載分析與計算的關(guān)鍵知識和技能。課程內(nèi)容涵蓋重力壩荷載類型、荷載計算方法、荷載組合原則以及荷載效應(yīng)分析等方面，并結(jié)合實際工程案例進行講解和分析。wsbywsdfvgsdsdfvsd重力壩的基本概念重力壩是一種利用自身重量來抵抗水壓力的壩型。它通常由混凝土或砌石建造，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、施工方便等優(yōu)點。重力壩的荷載組成水壓力水壓力是重力壩的主要荷載之一，它的大小取決于水位和壩體形狀。自重壩體自身的重量也是重要的荷載，它對壩體的穩(wěn)定性有顯著影響。泥沙壓力如果水庫內(nèi)存在大量的泥沙沉積，則會產(chǎn)生泥沙壓力，需要考慮其對壩體穩(wěn)定性的影響。施工荷載在施工過程中，施工機械和材料會對壩體產(chǎn)生額外的荷載，需要在設(shè)計中予以考慮。永久荷載長期作用永久荷載是指長期作用于重力壩上的荷載。這些荷載會持續(xù)作用，不會隨著時間而改變。主要荷載重力壩的永久荷載主要包括自重、水壓力和泥沙壓力。這些荷載是壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù)。穩(wěn)定性影響永久荷載會直接影響壩體的穩(wěn)定性。合理的荷載組合和設(shè)計可以確保壩體結(jié)構(gòu)的安全性。自重基本概念自重是指重力壩自身重量，主要包括混凝土、鋼筋、水池、填土等構(gòu)件的重量。計算方法計算自重需要根據(jù)壩體的幾何尺寸、材料密度以及施工圖紙進行計算，通常需要借助計算機輔助計算軟件。重要性自重是重力壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要因素之一，它提供了抗滑、抗傾覆、抗浮力的主要抵抗力。影響因素自重的大小受壩體幾何尺寸、材料密度、水池深度以及填土方式等因素影響。水壓力概念水壓力是指水體對重力壩壩體所產(chǎn)生的壓力。它主要由水深和水的密度決定。方向水壓力垂直作用于壩體表面，并隨著水深的增加而增大。影響因素水庫水位、水深、水體密度等因素都會影響水壓力的值。泥沙壓力來源泥沙壓力是由水庫或河流中泥沙沉積在壩體上產(chǎn)生的壓力。泥沙沉積形成的壓力，不僅影響壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還會影響水庫的庫容和水位。影響因素泥沙壓力的大小受到泥沙粒徑、密度、沉積厚度、水位變化等因素的影響。泥沙粒徑越小，密度越大，沉積厚度越大，水位變化越大，泥沙壓力就越大。臨時荷載施工荷載施工階段施加的荷載，例如：模板、支架、施工機械、材料等產(chǎn)生的荷載。施工荷載通常為臨時荷載，在工程完工后會消失。其他荷載除施工荷載之外的其他臨時荷載，例如：冰凌、風荷載、水流沖擊力等。這些荷載可能在施工階段或運行階段出現(xiàn)，需要進行分析和計算。施工荷載模板荷載模板荷載包括模板自身的重量和施工人員、機械的荷載。模板的重量會根據(jù)材質(zhì)、尺寸等因素而變化。鋼筋混凝土澆筑荷載澆筑混凝土時，混凝土的重量會對壩體施加巨大的壓力，這部分荷載需要根據(jù)混凝土的密度和澆筑速度計算。施工機械荷載施工機械包括起重機、運輸車輛等，其荷載需要根據(jù)機械的類型和重量確定，并考慮機械移動產(chǎn)生的動態(tài)荷載。其他荷載施工過程中還可能存在其他荷載，例如施工材料的堆放荷載、臨時設(shè)施的荷載等，需要根據(jù)實際情況進行考慮。地震作用地震荷載地震是重力壩的重要荷載之一，會導致壩體產(chǎn)生動力響應(yīng)，從而造成損傷或破壞。地震波傳播地震波在地層中傳播，會引起壩體振動，并產(chǎn)生慣性力，影響壩體的穩(wěn)定性。地震荷載分析地震荷載分析需要考慮地震烈度、地震波類型、壩體結(jié)構(gòu)特征等因素。溫度作用1溫度變化混凝土溫度變化導致脹縮。高溫時膨脹，低溫時收縮。2溫度梯度混凝土內(nèi)部溫度不均勻?qū)е虏煌课慌蛎浭湛s差異，產(chǎn)生應(yīng)力。3溫度應(yīng)力溫度應(yīng)力會影響壩體結(jié)構(gòu)安全，需考慮溫度因素進行設(shè)計。4溫度控制采用隔熱措施，控制混凝土澆筑溫度，減少溫度應(yīng)力。組合荷載的確定荷載組合的定義組合荷載是指多個荷載同時作用于結(jié)構(gòu)時，所產(chǎn)生的合力效應(yīng)。重力壩工程中，常見的荷載包括自重、水壓力、泥沙壓力、施工荷載、地震作用和溫度作用。荷載組合的原則確定組合荷載時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點和工程實際情況，遵循荷載疊加的原則，并考慮各種荷載之間相互作用的影響。組合荷載的計算組合荷載的計算方法一般采用荷載系數(shù)法，即根據(jù)荷載的類型和作用時間，分別賦予不同的荷載系數(shù)，并將各荷載系數(shù)乘以相應(yīng)的荷載值進行疊加。組合荷載的應(yīng)用組合荷載是重力壩工程設(shè)計中一項重要的參數(shù)，它直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性和耐久性，需要進行合理的分析和計算。組合系數(shù)的確定1荷載性質(zhì)組合系數(shù)取決于荷載的性質(zhì)，例如永久荷載和臨時荷載。2荷載效應(yīng)考慮荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)，例如力、彎矩和剪力。3結(jié)構(gòu)類型組合系數(shù)會根據(jù)結(jié)構(gòu)的類型而有所不同，例如重力壩或拱壩。4安全等級組合系數(shù)與設(shè)計安全等級有關(guān)，例如正常使用極限狀態(tài)和罕遇極限狀態(tài)。5規(guī)范要求遵循相關(guān)規(guī)范中規(guī)定的組合系數(shù)，例如《水利水電工程設(shè)計規(guī)范》。荷載組合的原則安全可靠荷載組合應(yīng)確保工程結(jié)構(gòu)的安全可靠性，防止結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下發(fā)生破壞或失效。合理經(jīng)濟荷載組合應(yīng)盡可能地考慮各種荷載的可能性，并兼顧經(jīng)濟性，避免過度保守的設(shè)計。綜合考慮荷載組合應(yīng)綜合考慮各種荷載的作用方式、大小和持續(xù)時間，以及結(jié)構(gòu)的特性和使用環(huán)境。準確可靠荷載組合的計算方法和參數(shù)應(yīng)準確可靠，確保計算結(jié)果的準確性。荷載組合的基本形式基本組合考慮最不利的設(shè)計情況，主要包括永久荷載和可變荷載組合。偶然組合考慮可能發(fā)生的偶然事件，如地震、風荷載等，對結(jié)構(gòu)安全性進行評估。施工組合考慮施工過程中的荷載情況，確保結(jié)構(gòu)在施工階段的安全性。特殊組合針對特定的特殊情況，例如爆炸荷載、撞擊荷載等，進行特殊的荷載組合分析。極限狀態(tài)設(shè)計法極限狀態(tài)設(shè)計法是一種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。該方法以結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)為依據(jù)，對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和驗算。通過考慮結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的各種極限狀態(tài)，并進行相應(yīng)的計算，確保結(jié)構(gòu)在使用壽命內(nèi)安全可靠。極限承載能力驗算11.確定荷載組合首先需要根據(jù)荷載性質(zhì)和作用方向確定各種荷載的組合形式。確保包含所有可能的荷載情況，例如永久荷載和臨時荷載的各種組合。22.計算應(yīng)力狀態(tài)根據(jù)荷載組合和結(jié)構(gòu)的幾何形狀計算應(yīng)力分布，確定結(jié)構(gòu)各部位的應(yīng)力狀態(tài)，包括正應(yīng)力和剪應(yīng)力。33.比較強度指標將計算得到的應(yīng)力狀態(tài)與材料的強度指標進行比較，判斷結(jié)構(gòu)是否能夠承受所施加的荷載，并評估其安全儲備。44.驗算結(jié)果分析對驗算結(jié)果進行分析，確定結(jié)構(gòu)的承載能力是否滿足設(shè)計要求。若不滿足，需要采取相應(yīng)措施進行調(diào)整或加固。極限變形驗算變形控制結(jié)構(gòu)變形是工程結(jié)構(gòu)在荷載作用下發(fā)生的形變。極限變形驗算指的是驗證結(jié)構(gòu)在荷載作用下是否滿足預定的變形控制要求。變形限值變形限值由規(guī)范和設(shè)計要求確定，通常以結(jié)構(gòu)尺寸或跨度的百分比表示。應(yīng)力與變形結(jié)構(gòu)的變形與應(yīng)力密切相關(guān)。極限變形驗算需要考慮應(yīng)力和變形之間的關(guān)系。工程實踐在實際工程中，需要通過測量和監(jiān)測來驗證結(jié)構(gòu)的實際變形是否符合設(shè)計要求。滲流穩(wěn)定性驗算滲流穩(wěn)定性滲流穩(wěn)定性驗算屬于重力壩安全驗算的重要組成部分。它主要關(guān)注的是壩體內(nèi)部滲流對壩體穩(wěn)定性的影響。驗算內(nèi)容驗算內(nèi)容包括滲流壓力分布、滲透量、滲透出口位置等，確保壩體內(nèi)部滲流不會造成壩體失穩(wěn)或結(jié)構(gòu)破壞?？够€(wěn)定性驗算滑移面確定首先確定壩體潛在的滑移面，通常是沿著壩基或壩體內(nèi)部的軟弱面，需要分析壩體材料的強度、壩基的性質(zhì)和水位等因素，根據(jù)這些因素選擇合適的分析方法和參數(shù)?；瑒恿τ嬎阌嬎阕饔迷诨泼嫔系乃辛Γㄋ畨毫?、泥沙壓力、自重、地震力、溫度力等，以及滑移面的摩擦力，需要根據(jù)荷載組合的情況進行計算，并考慮不同工況?？够踩禂?shù)通過滑動力和抗滑力的比值計算抗滑安全系數(shù)，根據(jù)規(guī)范要求，抗滑安全系數(shù)應(yīng)大于規(guī)定的值，以確保壩體在各種荷載作用下保持穩(wěn)定。驗算結(jié)果分析分析抗滑安全系數(shù)是否滿足規(guī)范要求，如果達不到要求，需要采取相應(yīng)的加固措施，例如增加壩體重量、改善壩基條件，或者調(diào)整壩體結(jié)構(gòu)。抗傾覆穩(wěn)定性驗算傾覆力矩傾覆力矩由水壓力和泥沙壓力等作用力產(chǎn)生，試圖使壩體繞著壩趾旋轉(zhuǎn)?？箖A覆力矩抗傾覆力矩由壩體自重以及其他永久荷載產(chǎn)生，抵御傾覆力矩，保證壩體穩(wěn)定。力矩平衡驗算抗傾覆穩(wěn)定性時，需要比較傾覆力矩和抗傾覆力矩，確保抗傾覆力矩大于傾覆力矩，保證壩體安全?？垢》€(wěn)定性驗算浮力重力壩的浮力是由水體對壩體底部和側(cè)面的壓力產(chǎn)生的。重力重力壩自身的重力是抵抗浮力的主要因素。合力浮力和重力的合力決定了重力壩的穩(wěn)定性?？垢》€(wěn)定性驗算主要考察重力壩在水位變化的情況下，是否能夠保持穩(wěn)定，防止浮起。抗裂縫穩(wěn)定性驗算裂縫控制重力壩的裂縫控制是保證其結(jié)構(gòu)安全的重要環(huán)節(jié)。裂縫的產(chǎn)生會影響壩體的整體穩(wěn)定性，甚至引發(fā)破壞。驗算方法抗裂縫穩(wěn)定性驗算主要通過分析壩體內(nèi)部的應(yīng)力分布，判斷裂縫出現(xiàn)的可能性和發(fā)展趨勢。影響因素影響裂縫產(chǎn)生的主要因素包括壩體材料的性質(zhì)、荷載的類型、施工工藝以及環(huán)境因素。驗算結(jié)果根據(jù)驗算結(jié)果，可以采取相應(yīng)的措施控制裂縫的發(fā)生，例如調(diào)整壩體結(jié)構(gòu)、優(yōu)化施工工藝等。結(jié)構(gòu)安全性驗算安全系數(shù)安全系數(shù)是結(jié)構(gòu)安全的重要指標。安全系數(shù)通常由經(jīng)驗確定，也需要結(jié)合具體情況進行調(diào)整。驗算方法常用方法包括極限狀態(tài)設(shè)計法，考慮結(jié)構(gòu)的極限承載力和極限變形。