2015年一级注册建造师《水利水电工程》重点3

水力荷载

　　1F411020 水力学在水利水电工程中的应用

　　1F411021 熟悉水力荷载

　　一、主要水力荷载

　　永久作用荷载、可变作用荷载和偶然作用荷载。

　　其中可变作用荷载包括：静水压力、扬压力、动水压力、水锤压力、浪压力、外水压力、风荷载、雪荷载、冰压力、冻胀力、温度荷载、土壤孔隙水压力、灌浆压力等;

　　偶然作用荷载包括：地震作用、校核洪水位时的静水压力。

　　静水压力、扬压力、浪压力和冰压力是水工建筑物上所承受的主要水力荷载。

　　二、静水压力

　　静水压力分为作用于平面上和曲面上的静水总压力两种情况。

　　其中作用在矩形平面上的静水总压力的大小，等于分布在平面上各点静水压强的总和。

　　式中 L—平面的长度(m);

　　b平面的宽度(m);

　　γ水的重度(kN/m');

　　h1、h2——倾斜放置的矩形平面的顶面和底面距水面的深度(m)。

　　静水总压力P的作用点通过矩形平面ABEF的对称轴O-O上，同时，静水总压力P的作用点还通过压强分布图的形心点Q。

　　三、扬压力

　　扬压力是指渗流场内作用于计算截面以上的水压强度的集合。以混凝土实体重力坝为例，取某计算截面以上的坝体部分为讨论对象。

　　(-)坝底扬压力

　　如图1F411021-2(a)所示，库水经坝基向下游渗透时的扬压力。

　　浮托力——矩形abcd部分是下游水深H，形成的上举力。

　　渗透压力——多边形cdef部分是由上下游水位差形成的渗透水流产生的上举力。

　　扬压力=浮托力+渗透压力 取值范围

　　当设有防渗帷幕，并在防渗帷幕后设排水孔幕时，坝底扬压力分布中，浮托力近似按矩形分布，压力强度为γH2;渗透压力呈折线分布，在坝踵处为全水头γ(H1一H2)=γH，在排水幕处为αγH，α为扬压力折减系数，在坝趾处为0，中间按直线变化。《水工建筑物荷载设计规范》(DL

　　5077—1997)建议河床坝段α=0.25，岸坡坝段α=0.35。

　　(二)坝体扬压力

　　作用于坝体各计算截面上的扬压力，如图1F411021-2(b)所示，因坝身排水管幕有降低渗压的作用，《水工建筑物荷载设计规范》(DL

　　5077—1997)建议在排水幕处折减系数α=0.2。

　　四、浪压力

　　因波浪对水工建筑物临水面形成的浪压力与波浪的几何要素直接相关。波浪的几何要素包括波高、波长、波速等。

　　五、动水压力

　　溢流坝泄水时，在溢流面上作用有动水压力。坝顶曲线段和直线段上的动水压力很小，可忽略不计。在反弧段上，可根据水流的动量方程求解动水压力。

　　六、冰压力

　　冰压力包括静冰压力和动冰压力。

　　(一)静冰压力

　　在寒冷地区的冬季，水面结冰的厚度自数厘米至lm以上。当温度回升时(仍低于0℃)，因冰盖膨胀对建筑物表面产生的冰压力称为静冰压力。静冰压力的大小与冰层厚度，开始升温时的气温及温升率有关。

　　(二)动冰压力

　　冰盖解冻后，冰块随水流漂移，撞到建筑物上而产生的撞击力称为动冰压力。

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