水工建筑物8
船闸第六章 船闸水工建筑物(8-10学时)-(二、闸首、地基梁、防渗排水)2014-5-17
3、横向荷载的分配
由于闸首结构的整体作用，横向荷载必 然通过闸首边墩扩散、传递到底板的一 定范围内，而使直接受荷部位实际承受 的弯矩减少。 水头较高的船闸这种分配效应更加明显。 中小水头一般不考虑横向荷载的分配。 1）门推力的横向分配 将线荷载，简化为若干集中力，考虑向 下45度扩散效应，进行分配。 式中 hi——横向力Syi距闸首底板中心 轴的距离，m ；li ——横向力Syi 在闸首 底板处的分布长度，m。
1）门前段：满足检修门槽、廊道进口以及最小结构长度的需要
2）门龛段（门库段），与门型有密切的关系 a)人字门
d：门龛深度(m) 一般为门厚加0.4~0.8m b)横拉门 c)三角门
3）门后段（支持段）， 满足门推力作用下稳定、强度要求，并应考虑廊道出口布置尺寸需 要
2、边墩宽度
底部宽度：门龛深度、廊道宽度、阀门井尺寸有关，一般2~3倍廊 道宽度。顶部宽度：启闭设备的布置，及其他需要，顶部可设悬臂 加宽。
第六章 船闸水工建筑物
渠化工程
河海大学港海学院港航系Fra bibliotek6.4 船闸闸首结构
6.4.1 闸首结构布置与构造
土基上，为了避免边墩的不均匀沉降而影响闸门的正常工作，一般 采用整体式。岩基上，常采用分离式。 闸首的尺度，往往由布置需要决定的。输水系统、闸门、阀门及其 启闭机械的布置，有无帷墙也有很大的差别
1、闸首的长度
闸首结构的计算内容：
1）闸首结构稳定验算包括：整 体抗滑、抗倾、抗浮、渗流稳定
性和地基承载力等验算。
2）强度验算包括：边墩强度、 底板强度、局部强度等验算。 3）沉降计算
1、整体抗滑稳定计算
（反映了空间性，考虑了横向回填土摩擦力） 抗滑稳定安全系数按下式计算：
水工建筑物课程设计教学大纲
《水工建筑物》课程设计教学大纲学分：2 学时：2周课程性质：必修面向专业：水利水电工程工程执笔人：李天科审定人：颜宏亮一、前言《水工建筑物》课程设计是水利水电工程专业本科教学的一个重要组成部分，是系统的、全面的深化理解和巩固水工建筑物这门专业课的有效教学过程。
通过课程设计，可使学生针对所给定的设计资料，利用所学知识进行分析问题、解决问题和工程实践方面的初步训练，从而学会查阅有关资料和参考书，锻炼对本课程知识和相关知识和综合利用能力。
二、《水工建筑物》课程设计教学大纲1.目的和要求了解《水工建筑物》设计的一般原理、方法和步骤，熟悉方案论证、有关指标和参数选取、设计说明书和撰写、施工图纸的绘制。
培养学生运用有关设计规范、手册、各种标准图集和有关参考书。
通过课程设计的训练，培养设计与施工、技术与经济统一的思想方式。
逐步培养合作协调、工程责任等方面的素质。
2.主要设计内容（以河岸式溢洪道为例）1）熟悉、筛选、整理原始资料2）进行总体布置和方案比较3）建筑物总平面布置4）建筑物纵向剖面布置5）荷载计算6）抗滑稳定计算7）选择一个典型构件作结构计算8）基础防渗处理9）其它问题说明10）工程量计算及工程概算3.提交成果1）设计说明书一份，计算机打印，约20页（15000字）2）设计图纸2…4张（2号图）4.时间安排在《水工建筑物》课程基本结束后集中进行，由教务处安排三、成绩评定课程设计成绩根据平时考勤、设计成果质量按五级记分评定方法评定。
凡成绩不及格者，必须重修。
平时考查主要检查学生的出勤情况、学习态度、是否独立完成设计等几方面。
设计成果的检查，着重检查课程设计内容的完整性和正确性。
成绩的评定要按课程的目的要求，突出学生独立解决工程实际问题的能力和创新性的评定。
课程设计的成绩按优秀、良好、中等、及格和不及格五级评定。
参考标准如下：《水工建筑物课程设计》成绩考核标准说明：各考核单元按100分制打分，其中：优秀90~100分，良好80~89分，中等70~79分，及格60~69分，不及格60分以下。
河海大学《水工建筑物》第八章 渡槽
• ②温度、砼收缩、徐变 温度变化荷载(对拱结构渡槽)，取决于封拱温度及可能出现 的高温与低温(同拱坝部分)
• •
2、荷载组合 ①基本组合(设计条件)：
(1)经常作用荷载 (2)运行期不定期作用荷载
•
②特殊组合(校核条件)：
用荷载 (1)经常作用荷载＋偶然作 (2)施工、检修
• ①原理：沿槽长方向取1.0m作为计算分析对象(图10–8)，同时， 考虑两截面上的剪力差值 • △Q＝Q1－Q2，然后按框架结构求解其横向内力。 • ②基本荷载：水重，自重(1米槽长) • 注：△Q在截面沿高度上呈抛物线形分布，方向向上，绝大 部分分布在两侧墙截面上。 • ③计算简图： • a) 不带拉杆：简化为矩形开口框架 图8–8中去掉顶端水平链 杆；
应用反对称性，取一半计算；计算简图8–19(b)，(c)。
• • • • • • • • •
(3)计算方法和内容 方法：a) 结构力学“无切力分配法”(力矩分配)； b) 杆系有限元法； 内容： a) 内力计算； b) 配筋； c) 立柱纵向弯曲稳定(按压杆稳定法)校核； d) 施工吊装校核。 三、基础结构(学生自学)
• 8.1.3 梁式渡槽 • 一、槽身结构 • (一)槽身结构布置与构造 • 1、槽身纵向支承形式和跨度 • 梁式渡槽的槽身是搁置槽墩或槽架上的，它既起着输水作用又起着 纵梁的作用。为了适应温度变化及地基的不均匀沉陷等原因而引起的变 形，须用横向变形缝将槽身分为独立工作的若干节。变形缝之间的每一 节槽身，沿纵向一般是两个支点。 • 按支点的位置分： • (1)简支梁式：
• 3、进出口高程的确定 • 当设计确定i，b，h计算设计流量Q设相应的H，Z2各值后，依 图10–2求出槽身起止点高程▽1，▽2进一步计算进口槽底抬高y1， 出口渠底降低y2，一般y1，y2均为正值
水工建筑物作业答案
《水工建筑物》课程测验作业及课程设计一．平时作业（一）绪论1、我国的水资源丰富吗？开发程度如何？解决能源问题是否应优先开发水电？为什么？我国水资源总量丰富，但人均拥有量少，所以应选不丰富。
我国水资源开发利用程度接近25%，从全国而言，不完全一样，呈现“北高南低”，南方特别是西南，水资源丰富而利用量少，利用程度低，而北方尤其是西北干旱地区和华北地区利用程度高。
解决能源问题应优先开发水电，因为水能在可再生能源中是开发技术最成熟，开发经验最丰富，发电成本最经济。
2、什么是水利枢纽？什么是水工建筑物？与土木工程其他建筑物相比，水工建筑物有些什么特点？水利枢纽是修建在同一河段或地点，共同完成以防治水灾、开发利用水资源为目标的不同类型水工建筑物的综合体。
水工建筑物是控制和调节水流，防治水害，开发利用水资源的建筑物。
水工建筑物特点：工作条件的复杂性、设计选型的独特性、施工建造的艰巨性、失事后果的严重性。
3、水工建筑物有哪几类？各自功用是什么？挡水建筑物：用以拦截江河，形成水库或壅高水位。
如拦河坝、拦河闸。
泄水建筑物：用以宣泄多余水量，排放泥沙和冰凌，或为人防、检修而放空水库等，以保证坝和其他建筑物的安全。
如溢流坝、溢洪道、隧洞。
输水建筑物：为灌溉、发电和供水的需要，从上游向下游输水用的建筑物。
如：引水隧洞、渠道、渡槽、倒虹吸等。
取（进）水建筑物：是输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进口段、进水闸等。
整治建筑物、专门建筑物。
整治建筑物（改善河道水流条件、调整河势、稳定河槽、维护航道和保护河岸）。
专门性水工建筑物（为水利工程种某些特定的单项任务而设置的建筑物）。
4、河川上建造水利枢纽后对环境影响如何？利弊如何？人们应如何对待？河流中筑坝建库后上下游水文状态将发生变化。
上游水库水深加大，流速降低，河流带入水库的泥沙会淤积下来，逐渐减少水库库容，这实际上最终决定水库的寿命。
较天然河流大大增加了的水库面积与容积可以养鱼，对渔业有利，但坝对原河鱼的回游成为障碍，任何过鱼设施也难以维持原状，某些鱼类品种因此消失了。
水工建筑物知识点整理
水工建筑物知识点整理1.水坝水坝是指在河流中修建起来的人工堤防，用于调节水流、控制洪水、蓄水供水等。
水坝有重力坝、拱坝、弓形坝、土石坝等类型。
2.渠道渠道是指引导水流的人工通道，包括沟渠、沟槽、泵站、取水口等。
渠道的设计和施工需要考虑水流的速度、水位、渠道的横断面形状等因素。
3.河道河道是指河流自然形成的河床，用于引导和承载水流。
对于河道的维护和管理，可以采取清淤、加固河床、修建防护工程等措施。
4.堤坝堤坝是指河道两岸修建的土石堆积物，用于阻挡水流、保护沿岸地区等。
堤坝的设计需要考虑土石材料的稳定性、坡度、防渗等因素。
5.航道航道是指供船舶行驶的水道，包括河流、湖泊、海洋等。
航道的设计需要考虑水深、弯道半径、通航能力等因素，以保证船舶的安全通行。
6.泵站泵站是水利工程中用于提升水位或将水从低处转移到高处的设施。
泵站通常由水泵、输水管道、控制系统等组成，能够实现将水流引入渠道、水库等目的地。
7.水闸水闸是用于控制水流的设施，可以调整水位、防洪、防潮、船闸等。
水闸的结构包括闸门、溢流堰、水泵等，通过控制闸门的开闭来实现对水流的控制。
8.溢流堰溢流堰是修建在水坝上的设施，用于调节水流的流量和水位。
溢流堰的设计需要考虑水位的变化范围、溢流能力等因素，以达到安全和高效的目的。
9.喷射堰喷射堰是通过高速水流的喷射来改变水流的方向和流速的工程措施。
喷射堰可以用于水坝的冲刷控制、航道的导流、水库的排空等。
10.输水管道输水管道是用于输送水流的管道系统，包括钢管、混凝土管、塑料管等。
输水管道的设计需要考虑水流的压力、流量、管道的材料和施工工艺等因素。
人民交通出版社《港口水工建筑物(第二版)》1~8章课后思考题答案
3、高桩码头：在软弱地基上修建的，工作特点：通过桩台将作用在码头上的荷载经桩 基传给地基
4、透空的重力式结构：混合结构 二、码头由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 答：
A、在正常条件下，结构使用过程中的状况为持久状况 ，按承载能力极限状态的持久 组合
B、结构施工和安装等持续时间较短的状况为短暂状况 ，对此状态宜对承载能力极限 状态的短暂组合进行设计
C、在结构承受设防地震等持续时间很短的状况为偶然状态 ，应按承载能力极限状态 的偶然组合进行设计
五、码 头地面使用 荷载和船舶 荷载如何确 定？试分析 影响上述荷 载值确定的 主要因素及 产 生影响的原因 答：
A、码头地面使用荷载:堆货荷载、流动起重运输机械荷载、铁路荷载、人群荷载等。 1、堆货荷载：码头建筑物上的重要使用荷载，有堆货所处的港口码头所属地带来确定其
值。三个地带：码头前沿、前方堆场、后方堆场 主要因素：
a、装卸工艺确定堆存情况,装卸机械的不同性能能直接影响货物的堆存的极限 高度，因而影响堆货荷载值
1）沿胸墙底面进行抗滑稳定性验算时，系缆力可能主导可变作用 2）暗基床底面抗滑稳定性验算时，可考虑抛石基床垂直面上的被动土压力 3）考虑波浪作用时，波浪力可能成为主导可变作用。 2）沿墙地面，墙身各水平缝合基床地面的抗滑稳定性 采用承载力极限状态和持久组合 公式（2-3-10） 一般按平面问题取单宽计算，不考虑波浪作用，且由可变作用产生的土压力为主导 作用时，按公式计算。 3）基床和地基承载力 利用承载能力极限状态和持久组合 基床承载力按公式(2-3-12)计算，设计值一般取 600Kpa。对于受波浪力作用的墩 式建筑物或地基承载力较高时，酌情适当提高取值，但不应大于 800Kpa。 地基承载力验算按公式（2-3-15） 4）整体稳定性 按承载力极限状态和持久组合 对于建筑物与地基整体滑动的抗滑稳定性一般按圆弧滑动法验算，地基浅层有软弱 夹层时，尚应验算非圆弧滑动面的抗滑稳定性。 5）墙底面合力作用总位置：承载能力极限状态，持久组合 6）码头施工期稳定性和构件承载力：承载能力极限状态，短暂效应组合 7）地基沉降：正常使用极限状态，长期效应组合 包括均匀沉降和不均匀沉降，均匀沉降不会引起建筑物的破坏，沉降量过大将影响 建筑物使用。不均匀沉降发生在建筑物横断面方向和沿码头长度方向。 八、方 块码头、沉 箱码头有几 种结构形式 ？各自优缺 点？除重力 式码头一般 计算外，尚 应 进行哪些特殊计算？ 方块码头按其墙身结构分实心方块、空心方块、异形方块 实心方块码头的坚固耐久性最好，施工维修简便。 空心块体节省混凝土用量，分为有底板和无底板两种。无底板空心块体码头与构件接触 的基底局部压力大，且由于填料仅部分参加扛倾工作，扛倾能力小，故多用于小码头。 异形块体空腔内不填满块石，以减小作用在墙上的土压力，从而使码头结构轻，材料省 和造价低。 计算除重力式码头基本计算，还包括卸荷板的稳定性和承载力验算，无底板空心方块码 头的稳定性和构件计算。 沉箱码头按平面形式分为矩形和圆形 圆形沉箱受力情况较好，一般按构造配筋，用钢筋少，箱内可不设内隔壁，既省混凝土 又大大减轻沉箱重量，箱壁对水流阻力小。缺点是模板复杂，一般适用于墩式栈桥码头。 矩形沉箱制作较简单，浮游稳定性好，施工经验成熟，适用于岸壁式码头，可分为对称 式和非对称式。对称式构造简单，便于预制浮运和安放，非对称式节省混凝土，但制作麻烦。 计算：除进行重力式码头基本计算，还包括沉箱的吃水 ，干舷高度，浮游稳定性，构件 承载力和裂缝宽度。
水工建筑物级别划分标准
水工建筑物级别划分标准一、建筑物类型水工建筑物根据其使用功能和重要性，通常分为以下几类：1. 水库大坝：用于拦截河道、形成水库，调节水量、保障供水，以及改善河流生态等。
2. 水闸：用于调节水位、控制流量，实现防洪、灌溉、发电等功能。
3. 堤防：用于防止洪水泛滥，保护人民生命财产安全。
4. 泵站：用于抽水灌溉、排水防洪、城市供水等。
5. 水电站：利用水能发电，为城市和农村提供电力。
6. 港口与航道：为船舶提供停靠、装卸货物及避风等设施，保证水上交通的顺畅。
7. 防洪工程：通过建设防洪堤、分洪工程等措施，降低洪水对人民生命财产的威胁。
8. 其他水工建筑物：如给排水工程、水文监测设施等。
二、建筑物规模水工建筑物的规模通常以其库容、流量、水位等指标来划分。
根据规模大小，水工建筑物可分为以下几类：1. 大中型工程：库容在10万m³以上，或者灌溉面积在3万亩以上，或者装机容量在10MW以上的工程。
2. 小型工程：库容在10万m³以下，或者灌溉面积在3万亩以下，或者装机容量在10MW以下的工程。
三、建筑物的重要性水工建筑物的等级通常与其对人民生命财产安全的影响程度相关联，可以分为以下几类：1. 一级建筑物：对人民生命财产安全具有特别重大影响的水工建筑物，如国家重要的大型水库大坝、大型流域控制性工程等。
2. 二级建筑物：对人民生命财产安全具有重大影响的水工建筑物，如大型城市供水工程、大型泵站等。
3. 三级建筑物：对人民生命财产安全具有一定影响的水工建筑物，如小型水库大坝、小型泵站等。
4. 四级建筑物：对人民生命财产安全影响较小的水工建筑物，如农田灌溉渠道、小水电站等。
5. 五级建筑物：对人民生命财产安全基本无影响的水工建筑物，如水文监测设施等。
水利水电工程等级划分
水利水电工程等级划分水利水电工程等级划分一、水利水电工程等别1、水利水电工程的等别，应根据其工程规模、效益和在经济社会中的重要性，按表3.0.1确定。
2、对综合利用的水利水电工程，当按各综合利用项目的分等指标确定的等别不同时，其工程等别应按其中最高等别确定。
二、水工建筑物级别1、一般规定1.1 水利水电工程永久性水工建筑物的级别，应根据工程的等别或永久性水工建筑物的分级指标综合分析确定。
1.2 综合利用水利水电工程中承担单一功能的单项建筑物的级别，应按其功能、规模确定；承担多项功能的建筑物级别，应按规模指标较高的确定。
1.3 失事后损失巨大或影响十分严重的水利水电工程的2～5级主要永久性水工建筑物，经论证并报主管部门批准，建筑物级别可提高一级；水头低、失事后造成损失不大的水利水电工程1～4级主要永久性水工建筑物，经论证并报主管部门批准，建筑物级别可降低一级。
1.4 对2～5级的高填方渠道、大跨度或高排架渡槽、高水头倒虹吸等永久性水工建筑物，经论证后建筑物级别可提高一级，但洪水标准不予提高。
1.5 当永久性水工建筑物采用新型结构或基础的工程地质条件特别复杂时，对2～5级建筑物可提高一级设计，但洪水标准不予提高。
1.6 穿越堤防、渠道的永久性水工建筑物的级别，不应低于相应堤防、渠道的级别。
2、水库及水电工程永久性水工建筑级别2.1 水库及水电站工程的永久性水工建筑物的级别，应根据其所在工程的等别和永久性水工建筑物的重要性，按表4.2.1确定。
2.2 水库大坝按2.1条规定为2级、3级，如坝高超过表4.2.2规定的指标时，其级别可提高一级，但洪水标准可不提高。
2.3 水库工程中最大高度超过200m的大坝建筑物，其级别应为1级，其设计标准应专门研究论证，并报上级主管部门审查批准。
2.4 当水电站厂房永久性水工建筑物与水库工程挡水建筑物共同挡水时，其建筑物级别应与挡水建筑物的级别一致按表4.2.1确定。
当水电站厂房永久性水工建筑物不承担挡水任务、失事后不影响挡水建筑物安全时，其建筑物级别应根据水电站装机容量按表4.2.4确定。
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梁的径向变位
( pi xi ) i ci ti
拱的径向变位
梁的径向变位
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( f
M EI
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拱圈的径向变位
i
i
1 1000
R E
ci ci 1 R am
坝体上下游面的边缘应力
厚拱坝时
u H 6M d T T2
•拱坝拱座抗滑稳定安全系数允许值
•荷 载 组 合建 筑 物 级 别 1 2 3
•基 本
抗剪断公式 3.50 3.25 3.00
•特 殊无 地 震
3.00 2.75 2.50
•有 地 震
2.50 2.25 2.00
•基 本
1.30
•特 殊无 地 震
抗剪强度公式
1.10
•有 地 震
1.00
重力墩稳定分析
三、初始地应力对坝肩岩体稳定的影响
1、影响岩体的承载能力
2、影响岩体中应力传播规律
增加的内容 改善拱座稳定的措施
1、加强地基处理 2、加强岩体的灌浆和排水措施 3、将拱端向岸壁深挖嵌进 4、改进拱圈设计 5、拱端局部扩大或设推力墩
第六节 拱坝的优化
简介优化步骤：
一、几何模型的建立 二、约束条件 三、目标函数 四、初始方案与结构分析 五、拱坝的优化方法
重力墩
K
f Na cos W sin Pu
Va P2 N a sin W cos 2
（二）有限元法 （三）地质力学模型试验法
二、渗透水压力对坝肩岩体稳定的影响
1959年法国马尔巴塞拱坝，初蓄水不久即全 坝溃决，原因为拱端推力使岩体的渗透系数减为 初始值的1/100，渗水受阻水压力增大，岩体滑 移而失稳。
拱冠梁法，将拱坝看成由一系列水平拱和拱 冠处一根悬臂梁组成，以拱冠处一根悬臂梁 为代表与若干水平拱作为计算单元进行荷载 分配。根据各层拱圈与拱冠梁交点处径向变 位一致的条件求得拱梁荷载分配，荷载分配 后，梁按静定结构计算应力，拱圈按纯拱法 计算应力。
有限元法
壳体理论计算法
伏Hale Waihona Puke 特法延长坝高法坝体向基岩延伸长度h示意
拱冠梁法
拱冠梁法计算简图 （a）拱坝中面；（b）总水平径向荷载；（c）各层拱圈分配到的荷载； （d）拱冠梁分配到的荷载（e）i层拱圈计算简图；（f）拱冠梁计算简图
荷载分配（径向变位一致条件）
c a
n
c aij x j i w j 1
a ( pi xi ) i ci ti
n
aij x j i w
计算拱坝地基变位的力系及当量矩形图
三、纯拱法
拱圈应力分析图
M=M0+H0y+V0x - ML H=H0cosф- V0sinф+ HL V=H0 sinф+V0cosф-VL
四、拱梁分载法法
荷载由拱和梁共同承担，各 承担多少荷载由拱梁交点处变位 一致条件决定。荷载分配后，梁 按静定结构计算应力，拱按纯拱 法计算应力。
u H M (0.5T ) R
d T In
R 0.5T
R T
ln R 0.5T R 0.5T
第五节 坝肩稳定分析
一、稳定分析方法 三种
（一)刚体极限平衡法
1.可能滑动面形式和位置
有4种见教材173页
单一的破裂面
2.整体稳定分析
坝肩岩体稳定计算图 （单位： m）
假设两个破裂面F1和F2切割出的一块楔体
N H sin (Va Vbtg) cos
，
Q H cos (Va Vbtg) sin
Kc
f1 (R1U1 )
f 2 (R2 U 2) c1 A1 c2 A2 S
3．平面分层稳定分析 176页
∑G =GtgΨ ∑W =WtgΨ
K1 N U1 f1 C1A1 W G U2 f2 C2A2 / Q
第四节 拱坝应力分析
1、应力分析方法综述
1)纯拱法 2)拱梁分载法 3)有限元法 4)壳体理论计算法
5)结构模型试验法
纯拱法假定拱坝由一系列各自独立互不影响 的水平拱圈叠合而成，每层拱圈简化为弹性 固结拱进行计算，用结构力学方法求解拱的 应力。
拱梁分载法是当前用于拱坝应力分析的基本方法， 它把拱坝看成由一系列水平拱圈和铅直梁所组成， 荷载由拱和梁共同承担，各承担多少荷载由拱梁 交点处变位一致条件决定。荷载分配后，梁按静 定结构计算应力，拱按纯拱法计算应力。确定拱 梁荷载分配的方法可以用试荷载法，也可以用计 算机求解联立方程组来代替试算。