荷载计算演示

五、浪压力水面在风作用下，形成波浪而产生压力，称浪压力。1．波浪要素平均波高(hm)，平均坡长（Lm），平均波周期（Tm）；其值大小与水面尺寸、形状、风力、、库区的地形等有关。当坝（闸）迎水面垂直时，反射作用形成驻波，其波高为2hm，波长不变。2．波浪要素计算1）对滨海地区、平原水闸等用莆田公式当当7.0245.027.022)/(7.013.0)/(0018.0)(7.013.0omoomomvgHthvgDthvgHthvgh5.02)(9.13omomvghvgT2,5.02mmmmgTLLH时mmmmmHthgTLLH22,5.02时式中：hm——平均波高（m）；Tm——平均波周期（s）;Hm——水域平均水深（m）；vo——计算风速（m/s）；D——风区长度（m）。xxxxeeeethx2xxeechxchhx1seccthxcthx12)对丘陵、平原水库，值按鹤地公式计算：式中：h2%——累积频率为2%的波高（m）；Lm——平均波长（m）。鹤地公式适用于水深较大，计算风速vo＜26.5m/s，风区长度D＜7.5km的水库。312812%2)(00625.0ooovgDvvgh2122)(0386.0oomvgDvgL3）对内陆峡谷水库，宜按官厅公式计算：式中：当=20-250时，为频率5%的波高h5%。式中：当=250-1000时，为频率10%波高h10%。波浪受风速等影响，波浪参数并非定值。不同波高所对应的超值累积频率为P%的数值不同。在I、II、III级建筑物的设计中，宜用合适的超值累积频率为P%的波高hp计算波浪压力。累积频率波高hp与平均波高hm的关系可按表2-3进行换算。3121212)(0076.0ooovgDvvgh75.31215.212)(331.0ooovgDvvgLm2ovgD2ovgDhp/Hmp(%)0.1123451013205002.972.422.232.112.021.951.711.611.430.940.12.702.262.092.001.921.871.651.561.410.940.22.460.980.32.231.000.42.011.781.681.641.601.561.441.391.301.010.51.801.631.561.521.491.461.371.331.251.01表2-3累积频率波高hp与平均波高Hm的比值对计算风速，指水面以上10m高处10min多年最大平均风速，当测点在水面上Zm处，应乘以高度修正系数KZ（见表2-4）表2-4风速高度修正系数水库为正常和设计洪水位时，宜采用相应洪水期多年平均最大风速或采用重现期为50年一遇的年最大风速的1.5—2.0倍；校核洪水位时，宜采用相应洪水期最大风速的多年平均值。高度（m）25101520修正系数1.251.101.00.960.903.波浪压力计算求出hm、hp、Lm等，并根据坝闸前水深，计算作用在坝闸上的波浪压力。1）当水深H≥HcrH≥Lm/2时,浪压力为：其中：)(41%1zmWWKhhLPmmzLHcthLhh22%1%1%122ln4hLhLLHmmmcr坝的迎水面倾斜，波浪的反射作用将减弱当α＞45°时与铅直面情况相近作用在铅直迎水面上的风浪压力计算示意图：2）当水深H≥HcrH＜Lm/2时,浪压力为：建筑物底部浪压力剩余强度：3）当水深H＜Hcr时，浪压力为：水面处的浪压力强度p0：底坡影响系数Ki，按表2-5采用。lflfwzWKHPPHhhP))((21%1mwlfLHhhP2sec%1HhpPoWK)7.0()5.05.1(21%1%1hkpwio底坡1/101/201/301/401/501/601/801/100系数1.891.611.481.411.361.331.291.25六、地震作用力1）土石坝和混凝土坝的水平向地震力，只考虑顺水流方向；两岸陡坡上的重力坝段和砼拱坝尚应计入垂直河流方向；2）闸墩、进水塔、闸顶机架桥和其它两个主轴方向刚度接近的水工结构，应考虑结构两个主轴方向的水平向地震作用；3）当设计烈度为8、9度，1、2级坝等挡水建筑物和长悬臂、大跨度及高耸的水工砼结构，应同时计入水平向和竖直向地震作用；4）严格不对称或空腹等特殊型式的拱坝，以及设计烈度为8、9度的1、2级双曲拱坝，竖向地震作用宜作专门研究。对具体建筑物，应包括建筑物自重及其上部永久设备自重所产生的地震惯性力；地震作用于库内水介质后而产生的地震动水压力以及地震动土压力。地震作用力计算（1）地震惯性力地震时，各种水工建筑物随地壳而加速运动，由于其自重而产生地震惯性力。地震惯力的方向是任意的，和地震加速度的方向相反。其可分为水平和竖向地震惯性力。1）水平地震惯性力采用拟静力法计算地震作用效应时，沿建筑物高度作用于质点i的水平向地震惯性力代表值应按下式计算：gGFiEihi/2）垂直地震惯性力作用于质点i的垂直向地震惯性力代表值应按下式计算：gGFviEiv/以上二式中：Fi、Fi—作用于质点i的垂直、水平地震惯性力代表值，KN/m；ξ—地震作用的效应折减系数，一般取ζ=0.25；GEi—集中在质点i的重力作用标准值，（KN）；g—重力加速度，取9.81m/s2；αh—垂直、水平向设计地震加速度代表值，可由表2-7确定。且：αv=1/3(αh）αi—质点i的动态分布系数；与坝型、高度等有关。设计烈度789备注αh0.1g0.2g0.4g表2—7njjEEjiiHhGGHh144)/(41)/(414.1对重力坝：式中：hi、hj—分别分质点i、j的高度，（m）；H—坝高（m），溢流坝段的H应算至坝顶；GE——产生地震惯性力的建筑物总重力作用标准值，KN。对土石坝及拱坝，αi值可按表2-8确定。表中值在设计烈度为7，8，9度时，αm分别取3.0，2.5和2.0。水闸各结构物的αi值可的安表2-9确定。（2）地震动水压力地震时，水体随之运动。此时水体对坝迎水面产生激荡力。对水闸、重力坝等上游面垂直的情况下，水深y处的地震动水压力代表值应按下式计算：地震动水压力总值为：合力在水面下0.54H处ohwHhhp)()(265.0ohoHF地震动水压力分布系数地震动水压力分布系数，应按表2-10的规定并见右图（3）地震动土压力当重力坝或水闸一侧有填土时，则应考虑地震引起的土体对结构产生的动态压力，即地震动土压力。地震主动动土压力代表值可按式（2-35）计算，并取其“+”、“－”号计算结果中的大值。evoECgHHqF)/1(21)cos(cos22111.围堰压力在山体中开挖后，岩体原有平衡被破坏，洞周围岩变形，应力重新分布。当岩体较破碎时，其可能产生塌落、滑移，而施加在隧洞衬砌上压力，称为围岩压力。对于薄层状及碎裂、散体结构的围岩，垂直均布和水平均布山岩压力标准值可按下式确定，并据实进行修正：七、山体围岩压力及弹性抗力BqRVk)3.0~2.0(HqRhk)10.0~05.0(式中：q、e—垂直均布山岩压力（KN/m3）；B—洞室开挖宽度(m)；γR—岩体重度（KN/m3）SySx——水平均布山岩压力标准值（KN/m2）H—洞室开挖高度(m)。hHqBL221457.0otghe垂直压强系数222457.0otgHheBhrrhrqkfB2岩石容重。在什么情况下可考虑弹性抗力？①围岩厚度大于隧洞开挖直径的3倍。②洞周没有不利的滑动面，在内水压力作用下不致产生滑动和抬动。③衬砌和围岩的空隙，必须回填结实。④围岩厚度大于内水压力水头的0.4倍2.围岩的弹性抗力当衬砌承受荷载向围岩方向变形时，将受到围岩的抵抗，这个抵抗力叫弹性抗力。弹性抗力的计算：假定岩石为理想弹性体，按文克尔假定，认为岩石的弹性抗力P0与衬砌的变位成正比，即：P0=Kδ式中：K—弹力抗力系数，K表示能够阻止面积为1cm2的衬砌变位1cm所需的力，如果P的单位式KN/cm3，则K的单位KN/cm2。当开挖半径为100时的弹抗系数k0且：k=100k0/reδ—围岩受力面的法向位移，cm.围岩的压力系数、弹性抗力系数表：各种水工建筑物受到自然界风、雪的作用称为风荷载、雪荷载。对渡槽、进水塔、启闭机房等高耸结构，必须计入风、雪荷载的作用。1．风荷载垂直作用于建筑物侧表面上的风荷载标准值可按下式计算。风荷载作用分项系数采用1.3。式中：Wk—风荷载标准值，（KN/m2）；βz—z高度处的风振系数；μz—风荷载体形系数，水工建筑物的风荷载体形系数，风振系数可参照GBJ50009-200《建筑结构荷载设计规范》中有关规定采用；八、风荷载及雪荷载oszzkWWw0—基本风压（KN/m2）。可由计算。基本风压可按GBJ50009-200《建筑结构荷载设计规范》中全国基本风压分布图采用，但不得小于0.3KN/m2。对于高耸结构，可将分布图中基本风压乘1.1—1.2的系数；μz—风压高度变化系数，可按下表采用；如没有建设地基本风压值，其可按下法确定：（1）根据当地年最大风速资料，按基本风压的定义（2）当地没有风速资料时，可根据附近地区的基本风压通过气象和地形条件的对比分析确定。一般情况可按邻地区的基本风压值乘以调整系数，对山间盆地闭塞地区为0.75—0.85，大风山口处可取1.2—1.5。沿海海岛的基本风压，当缺乏实测资料时，可按陆地上基本风压乘以表2-17所示的调整系数。风荷载作用分项系数应取1.3。2．雪荷载对电站厂房、泵站厂房、渡槽等建筑物顶面，由于降雪时的积雪对其作用称为雪荷载。对厂房等建筑物顶面水平投影面上的雪荷载标准值，应按式（2-49）计算：雪荷载的作用分项系数应采用1.3。式中：Sk——雪荷载标准值（KN/m2）；μr——建筑物顶面积雪分布系数；与属于类型有关，其数值参考GB50009-2000《建筑结构荷载规范》有关规定；S0——基本雪压（KN/m2）。基本雪压根据当地气象台观测雪深资料，经统计得出50年一遇最大雪深与当地的积雪平均密度的乘积。orkSS十、其它荷载1．温度作用温度作用是与结构特征相关的间接作用，当气温或水温发生变化，使结构产生膨胀或收缩。而结构伸缩受到约束时，在结构内部产生附加温度作用效应。在超静定结构或大体积砼结构中应考虑温度作用。温度作用荷载分项系数取1.3。2．灌浆压力在水工结构设计施工中，常常为填充、加固两种结构缝面或岩石裂隙而进行压力灌浆。压力灌浆可分为固结灌浆、接触灌浆及接缝灌浆等几种。一般只考虑地下结构的砼衬砌拱顶与围岩之间的回填灌浆压力；第二节作用分类和作用效应组合一、作用及分类结构上的作用，通常是指对结构产生效应（内力、变形）的各种原因的总称，并可分为直接作用和间接作用。所谓直接作用是指直接施加在结构上的分布力或集中力，亦可称“荷载”；间接作用则指因外部环境（改变）的原因使结构产生附加变形或约束变形，如温度地震作用等。结构上的各种作用，按其随时间的变异分三种：（1）永久作用：是指在设计基准期内，其量值不随时间变化或其变化与平均值相比可忽略不计的作用。包括：结构自重；土压力淤沙压力；围岩压力预应力等。（2）可变作用：指在设计基准期内量值随时间变化，且变化与平均值相比不可忽略的作用；包括:静水压力、扬压力、动水压力、浪压力、外水压力、风雪荷载、冰压力、温度作用、灌浆压力等。（3）偶然作用：指在设计基准期内出现概率很小，一旦出现量值很大且持续时间很短的作用，包括：地震作用、校核洪水位时的静水压力等。采用分项系数设计方法时，设计表达式中作用变量所采用的值，称为设计代表值。对永久作用和可变作用的代表值应采用作用的标准值，偶然作用的代表值按有