2019年一級建造師考試備考：水工建筑物主要設計方法，2018年一級建造師考試結束不久，就有許多小伙伴開(kāi)始準備2019年一級建造師考試了，為了幫助大家高效備考2019年一級建造師考試，建設工程教育網(wǎng)為大家整理了2019年一級建造師考試備考：水工建筑物主要設計方法，希望對大家有幫助！

　　一、主要荷載

　　根據《水工建筑物荷載設計規范》(DL 5077—1997)，水工建筑物的荷載按作用隨時(shí)間的變異性，可分為永久作用荷載、可變作用荷載和偶然作用荷載。

　　1.永久作用荷載：包括結構自重和永久設各自重、土壓力、淤沙壓力、地應力、圍巖壓力、預應力。

　　2.可變作用荷載：包括靜水壓力、揚壓力、動(dòng)水壓力、水錘壓力、浪壓力、外水壓力、風(fēng)荷載、雪荷載、冰壓力、凍脹力、溫度荷載、土壤孔隙水壓力、灌漿壓力等。

　　3.偶然作用荷載：包括地震作用、校核洪水位時(shí)的靜水壓力、揚壓力、浪壓力及水重等。

　　水工建筑物設計時(shí)，首先要計算建筑物上所承受的荷載，然后再進(jìn)行荷載組合，以及進(jìn)行抗滑穩定分析、應力分析、滲流計算、沉降計算、應力應變計算和抗震設計等。

　　二、抗滑穩定分析

　　在各種荷載組合情況下，水工建筑物都應保持其穩定。穩定分析是水工建筑物設計的一項重要內容。目前水工建筑物的穩定分析采用整體宏觀(guān)的半經(jīng)驗法。

　　例如，一般重力壩失穩發(fā)生在壩底與基巖的接觸面，因為此處受庫水壓力最大，壩底混凝土與巖基不易完全接觸好，或者混凝土凝固收縮和溫度收縮時(shí)，接觸面產(chǎn)生局部的微小裂縫。在設計中，通常校核重力壩沿壩基面的抗滑穩定;如果巖基內有軟弱夾層，則要核算沿軟弱夾層的抗滑穩定;對處于岸坡的壩段，當地形、地質(zhì)條件不利于壩的穩定時(shí)，也要對在三向荷載作用下的穩定問(wèn)題進(jìn)行研究。

　　三、應力分析

　　強度和穩定性是表示建筑物安全的兩個(gè)重要方面。強度問(wèn)題的研究，通常包括對內力、應力、變形、位移和裂縫的研究。當應力不超過(guò)材料的強度，變形和位移不超過(guò)建筑物正常工作狀態(tài)的允許值，以及在混凝土內不出現裂縫或限制裂縫在允許范圍以?xún)葧r(shí)，就認為建筑物處于正常運行狀態(tài)。因此，應力分析是校核強度和穩定的前提。

　　重力壩應力分析的方法可歸納為理論計算和模型試驗兩大類(lèi)。目前常用的模型試驗方法有偏光彈性試驗、激光全息試驗和脆性材料試驗。對于中、小型工程，一般可只進(jìn)行理論計算，而對于十分重要的工程或在情況比較復雜時(shí)才進(jìn)行模型試驗。理論計算方法主要有材料力學(xué)法、有限元法。材料力學(xué)方法比較常用，用于中、低壩且地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單時(shí);對于高壩尤其是當地質(zhì)條件復雜時(shí)，除用材料力學(xué)法計算外，宜同時(shí)進(jìn)行模型試驗或采用有限元法進(jìn)行計算。

　　設計的壩體斷面需滿(mǎn)足規定的應力條件。在基本荷載組合下，重力壩壩基面的最大垂直正應力應小于壩基容許壓應力，最小垂直正應力應大于零;在地震情況下，壩基容許出現不大的拉應力。對于壩體應力，在基本荷載組合下，下游面最大主壓應力不大于混凝土允許壓應力;上游面的最小主壓應力應大于零。

　　四、滲流分析

　　對于土石壩，因它的壩體材料在一定程度上是透水的，一般允許有限的水流通過(guò)其壩體而運動(dòng)，所以土石壩除研究地基的滲流外，還要研究土石壩壩體中的滲流以及壩體內產(chǎn)生的孔隙壓力。

　　導致大壩災難性破壞的原因及基本模式有五種：

　?、僖绾榈赖男购槟芰Σ蛔?，洪水漫過(guò)原來(lái)按不過(guò)水壩設計的壩頂，溢流而下;②壩體連同部分地基沿軟弱面發(fā)生滑移破壞;③壩體因揚壓力過(guò)大而沿壩基面滑動(dòng);④壩體或壩基因管涌或流土而破壞;⑤壩的上、下邊坡發(fā)生滑移破壞。滲流在后四種模式中起著(zhù)重要的作用。此外，水庫水的過(guò)量滲漏、水庫岸坡的穩定性、水庫誘發(fā)地震等，也都與滲流的作用密切相關(guān)。

　　五、沉降計算

　　土石壩設計時(shí)要確定壩體和壩基在自重作用下的沉降量與時(shí)間的關(guān)系及完工后的總沉降量。據此計算竣工后為抵消沉降而預留的壩頂超填，預測不均勻沉降量，判斷壩體產(chǎn)生裂縫的可能性和預防措施。常用分層總和法計算，即把壩體壩基分為若干層，根據壩體和壩基土的壓縮曲線(xiàn)計算時(shí)刻t各層中心所受豎向總應力、孔隙壓力、有效應力及相應沉降量;將各層沉降量疊加，得到時(shí)刻t及完工后壩體和壩基的沉降量。

　　六、應力應變計算

　　高土石壩一般要用有限元法計算壩體壩基及岸坡接頭在填土自重及其他荷載作用下的填土應力應變，以判斷是否發(fā)生剪切破壞、有無(wú)過(guò)量的變形、是否存在拉力區和裂縫、防滲土體是否發(fā)生水力劈裂，為壩體穩定分析和與土壩連接建筑物設計提供依據。

　　七、抗震設計

　　強烈的地震往往造成極大的破壞，水庫的修建往往可以誘發(fā)地震。水庫誘發(fā)地震主要是指由于水庫蓄水后，庫水滲透到巖石中，使巖體孔隙水壓力增大，導致斷層面的有效應力減小、抗剪強度降低，以至產(chǎn)生滑動(dòng)。通過(guò)抗震計算使水工建筑物滿(mǎn)足穩定要求和強度要求。

　　為了減小地震荷載，應將壩址選在地震運動(dòng)較弱，對壩體抗震有利的地段，避開(kāi)不利的地段，不得在危險地段建壩。

　　地震震級是表示地震時(shí)釋放能量大小的尺度。地震烈度是指某一地區地面和各類(lèi)建筑物遭受一次地震影響的強弱程度。一次地震只有一個(gè)震級，然而隨震中距離的遠近，卻可以有不同的烈度。

　　地震荷載是大壩遭受地震時(shí)所承受的荷載，包括地震慣性力、水平向地震動(dòng)水壓力和地震動(dòng)土壓力。其大小與建筑物所在地區的地震烈度有關(guān)。地震荷載計算方法有動(dòng)力法和擬靜力法兩種。

　　抗震設計時(shí)常用到基本烈度和設計烈度?；玖叶仁侵附ㄖ锼诘貐^在今后一定時(shí)期內可能遭遇的最大地震烈度。作為抗震設計中實(shí)際采用的烈度，稱(chēng)為設計烈度。對于重要建筑物的設計烈度可在基本烈度的基礎上提高1度。

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