《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(shí)踐，幫助學(xué)生掌握重力壩荷載分析與計(jì)算的關(guān)鍵知識(shí)和技能。課程內(nèi)容涵蓋重力壩荷載類型、荷載計(jì)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(shí)際工程案例進(jìn)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(jià)低廉、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。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(duì)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(huì)產(chǎn)生泥沙壓力，需要考慮其對(duì)壩體穩(wěn)定性的影響。施工荷載在施工過程中，施工機(jī)械和材料會(huì)對(duì)壩體產(chǎn)生額外的荷載，需要在設(shè)計(jì)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(huì)持續(xù)作用，不會(huì)隨著時(shí)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(jì)的重要依據(jù)。穩(wěn)定性影響永久荷載會(huì)直接影響壩體的穩(wěn)定性。合理的荷載組合和設(shè)計(jì)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(jì)算方法計(jì)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(jìn)行計(jì)算，通常需要借助計(jì)算機(jī)輔助計(jì)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(duì)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(huì)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(huì)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(shí)荷載施工荷載施工階段施加的荷載，例如：模板、支架、施工機(jī)械、材料等產(chǎn)生的荷載。施工荷載通常為臨時(shí)荷載，在工程完工后會(huì)消失。其他荷載除施工荷載之外的其他臨時(shí)荷載，例如：冰凌、風(fēng)荷載、水流沖擊力等。這些荷載可能在施工階段或運(yùn)行階段出現(xiàn)，需要進(jìn)行分析和計(jì)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(jī)械的荷載。模板的重量會(huì)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?xí)r，混凝土的重量會(huì)對(duì)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(jì)算。施工機(jī)械荷載施工機(jī)械包括起重機(jī)、運(yùn)輸車輛等，其荷載需要根據(jù)機(jī)械的類型和重量確定，并考慮機(jī)械移動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)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(shí)設(shè)施的荷載等，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)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(huì)導(dǎo)致壩體產(chǎn)生動(dòng)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(huì)引起壩體振動(dòng)，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(dǎo)致脹縮。高溫時(shí)膨脹，低溫時(shí)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(huì)影響壩體結(jié)構(gòu)安全，需考慮溫度因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(gè)荷載同時(shí)作用于結(jié)構(gòu)時(shí)，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(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和工程實(shí)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(jì)算組合荷載的計(jì)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(shí)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(jìn)行疊加。組合荷載的應(yīng)用組合荷載是重力壩工程設(shè)計(jì)中一項(xiàng)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(jìn)行合理的分析和計(jì)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(shí)荷載。2荷載效應(yīng)考慮荷載對(duì)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(huì)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(jí)組合系數(shù)與設(shè)計(jì)安全等級(jí)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(jì)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(jì)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(jì)性，避免過度保守的設(shè)計(jì)。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(shí)間，以及結(jié)構(gòu)的特性和使用環(huán)境。準(zhǔn)確可靠荷載組合的計(jì)算方法和參數(shù)應(yīng)準(zhǔn)確可靠，確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。荷載組合的基本形式基本組合考慮最不利的設(shè)計(jì)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(fēng)荷載等，對(duì)結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行評(píng)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(duì)特定的特殊情況，例如爆炸荷載、撞擊荷載等，進(jìn)行特殊的荷載組合分析。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是一種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。該方法以結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)為依據(jù)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。通過考慮結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的各種極限狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)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(yàn)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(shí)荷載的各種組合。22.計(jì)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(jì)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(qiáng)度指標(biāo)將計(jì)算得到的應(yīng)力狀態(tài)與材料的強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行比較，判斷結(jié)構(gòu)是否能夠承受所施加的荷載，并評(píng)估其安全儲(chǔ)備。44.驗(yàn)算結(jié)果分析對(duì)驗(yàn)算結(jié)果進(jìn)行分析，確定結(jié)構(gòu)的承載能力是否滿足設(shè)計(jì)要求。若不滿足，需要采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整或加固。極限變形驗(yàn)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(yàn)算指的是驗(yàn)證結(jié)構(gòu)在荷載作用下是否滿足預(yù)定的變形控制要求。變形限值變形限值由規(guī)范和設(shè)計(jì)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(yàn)算需要考慮應(yīng)力和變形之間的關(guān)系。工程實(shí)踐在實(shí)際工程中，需要通過測(cè)量和監(jiān)測(cè)來驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形是否符合設(shè)計(jì)要求。滲流穩(wěn)定性驗(yàn)算滲流穩(wěn)定性滲流穩(wěn)定性驗(yàn)算屬于重力壩安全驗(yàn)算的重要組成部分。它主要關(guān)注的是壩體內(nèi)部滲流對(duì)壩體穩(wěn)定性的影響。驗(yàn)算內(nèi)容驗(yàn)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(huì)造成壩體失穩(wěn)或結(jié)構(gòu)破壞?？够€(wěn)定性驗(yàn)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(qiáng)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?dòng)力計(jì)算計(jì)算作用在滑移面上的所有力，包括水壓力、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(jìn)行計(jì)算，并考慮不同工況?？够踩禂?shù)通過滑動(dòng)力和抗滑力的比值計(jì)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(yàn)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(dá)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)?？箖A覆穩(wěn)定性驗(yàn)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(yàn)算抗傾覆穩(wěn)定性時(shí)，需要比較傾覆力矩和抗傾覆力矩，確?？箖A覆力矩大于傾覆力矩，保證壩體安全?？垢》€(wěn)定性驗(yàn)算浮力重力壩的浮力是由水體對(duì)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(yàn)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?？沽芽p穩(wěn)定性驗(yàn)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(huì)影響壩體的整體穩(wěn)定性，甚至引發(fā)破壞。驗(yàn)算方法抗裂縫穩(wěn)定性驗(yàn)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(shì)。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(yàn)算結(jié)果根據(jù)驗(yàn)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(yàn)算安全系數(shù)安全系數(shù)是結(jié)構(gòu)安全的重要指標(biāo)。安全系數(shù)通常由經(jīng)驗(yàn)確定，也需要結(jié)合具體情況進(jìn)行調(diào)整。驗(yàn)算方法常用方法包括極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，考慮結(jié)構(gòu)的極限承載力和極限變形。