《水工建筑物设计规范》.pdf

'/ٛ:>中华人民共和国电力行业标准水工建筑物荷载设计规范发布实施中华人民共和国电力工业部发布 中华人民共和国电力行业标准水工建筑物荷载设计规范主编单位电力工业部中南勘测设计研究院批准部门中华人民共和国电力工业部批准文号电综号前言本规范是根据年原能源部水利部水利水电规划设计总院水规字号文件的安排组织制订的其目的在于统一水利水电工程结构设计的作用荷载取值标准以利于按照水利水电工程结构可靠度设计统一标准的原则和方法进行水工结构设计本规范必须与按照水利水电工程结构可靠度设计统一标准制订的其他水工结构设计规范配套使用本规范中所列全部附录都是标准的附录本规范由电力工业部水电水利规划设计总院提出归口并负责解释本规范的主编单位电力工业部中南勘测设计研究院参编单位有电力工业部北京勘测设计研究院西北勘测设计研究院成都勘测设计研究院华东勘测设计研究院水利部上海勘测设计研究院东北勘测设计研究院中国水利水电科学研究院南京水利科学研究院本规范的主要起草人梁文浩宋常春苗琴生张学易段乐斋周芸黄东军范明桥刘文灏陈厚群席与光卢兴良薜瑞宝赵在望岳耀真吕祖珩潘玉华刘蕴琪吴孝仁侯顺载谯常忻王鉴义汤书明聂广明徐伯孟潘玉喜唐政生郦能惠李启雄黄淑萍 水工建筑物荷载设计规范目次前言范围引用标准总则主要符号作用分类和作用效应组合作用分类及作用代表值作用效应组合建筑物自重及永久设备自重建筑物自重永久设备自重静水压力一般规定枢纽建筑物的静水压力水工闸门的静水压力管道及地下结构的外水压力扬压力一般规定混凝土坝的扬压力水闸的扬压力水电站厂房和泵站厂房的扬压力动水压力一般规定渐变流时均压力反弧段水流离心力水流对尾槛的冲击力脉动压力水锤压力地应力及围岩压力一般规定岩体初始地应力场围岩压力土压力和淤沙压力挡土建筑物的土压力上埋式埋管的土压力淤沙压力 水工建筑物荷载设计规范风荷载和雪荷载风荷载雪荷载冰压力和冻胀力静冰压力动冰压力冻胀力浪压力一般规定直墙式挡水建筑物上的浪压力斜坡式挡水建筑物上的浪压力楼面及平台活荷载水电站主厂房楼面活荷载水电站副厂房楼面活荷载工作平台活荷载其他要求及作用分项系数桥机和门机荷载桥机荷载门机荷载温度作用一般规定边界温度温度作用标准值地震作用一般规定设计地震加速度及设计反应谱地震作用的水库计算水位灌浆压力附录标准的附录水工结构主要作用按随时间变异的分类附录标准的附录水工建筑物的材料重度附录标准的附录混凝土衬砌有压隧洞的外水压力折减系数附录标准的附录改进阻力系数法附录标准的附录简单管路水锤压力计算公式附录标准的附录主动土压力系数和静止土压力系数的计算附录标准的附录波浪要素和爬高计算附录标准的附录水库坝前水温计算附录标准的附录拱坝运行期温度作用的标准值附录标准的附录本规范用词说明 水工建筑物荷载设计规范范围本规范适用于各类水工建筑物的结构设计引用标准下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性水利水电工程结构可靠度设计统一标准建筑结构荷载规范土的分类标准水工建筑物抗震设计规范水电站调压室设计规范总则为了统一水工结构设计的作用取值标准使设计符合安全适用经济合理技术先进的要求特制订本规范本规范是根据水利水电工程结构可靠度设计统一标准规定的原则制定的本规范未予规定的其他作用应按照各类水工结构设计规范的规定确定当水工结构设计引用与公路航运及港口工程等有关的作用时应根据各部门设计规范的规定经具体分析后确定主要符号分项系数极限状态设计式结构重要性系数设计状况系数作用效应函数结构抗力函数永久作用的标准值可变作用的标准值偶然作用的代表值几何参数的标准值材料性能的标准值永久作用的分项系数可变作用的分项系数材料性能的分项系数 水工建筑物荷载设计规范承载能力极限状态基本组合的结构系数承载能力极限状态偶然组合的结构系数正常使用极限状态短期组合的结构系数正常使用极限状态长期组合的结构系数正常使用极限状态短期组合的结构功能限值正常使用极限状态长期组合的结构功能限值可变作用的长期组合系数作用代表值静水压强外水压强标准值时均压强代表值脉动压强代表值水流离心力压强代表值脉动压力代表值水流冲击力代表值水锤压力水头代表值垂直地应力标准值水平地应力标准值围岩垂直压力标准值围岩水平压力标准值主动土压力标准值静止土压力标准值埋管垂直土压力标准值埋管侧向土压力标准值水平淤沙压力标准值静冰压力标准值动冰压力标准值单位切向冻胀力标准值单位水平冻胀力标准值单位竖向冻胀力标准值风荷载标准值雪荷载标准值浪压力标准值作用在桥机一边轨道上的最大轮压截面平均温度变化标准值截面等效线性温差变化标准值施工期温度作用标准值 水工建筑物荷载设计规范材料性能水的密度水的重度冰的抗压强度冰的抗挤压强度淤沙的干重度淤沙的浮重度淤沙的内摩擦角填土的重度岩石的重度混凝土的重度填土的凝聚力填土的内摩擦角填土的有效内摩擦角混凝土的比热混凝土的导热系数混凝土的导温系数混凝土的表面放热系数作用分类和作用效应组合作用分类及作用代表值结构上的作用可按作用随时间的变异分为下列三类永久作用可变作用偶然作用水工结构主要作用按随时间变异的分类可按附录采用水工结构设计时对不同作用应采用不同的代表值永久作用和可变作用的代表值采用作用的标准值偶然作用的代表值除本规范已有规定者外可按有关标准的规定或根据观测资料结合工程经验综合分析确定本规范所列永久作用可变作用的标准值和偶然作用的代表值以及作用的分项系数均应按各章中的规定采用作用效应组合水工结构设计时应根据不同设计状况下可能同时出现的作用按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行作用效应组合并采用各自最不利的组合进行设计当结构按承载能力极限状态设计时对应于持久设计状况和短暂设计状况应采用基本组合偶然设计状况应采用偶然组合偶然组合中应只考虑一种偶然作用承载能力极限状态的基本组合应采用下列设计表达式 水工建筑物荷载设计规范式中作用效应函数结构抗力函数结构重要性系数对于结构安全级别为和级的结构或构件可分别采用设计状况系数承载能力极限状态基本组合的结构系数几何参数的标准值材料性能的标准值材料性能的分项系数永久作用的标准值永久作用的分项系数可变作用的标准值可变作用的分项系数承载能力极限状态的偶然组合应采用下列设计表达式式中偶然作用的代表值承载能力极限状态偶然组合的结构系数在偶然组合中偶然作用的分项系数应采用与偶然作用同时出现的某些可变作用可对其标准值作适当折减当结构按正常使用极限状态设计时应根据结构设计要求分别采用作用的短期效应组合和长期效应组合并可采用下列设计表达式短期效应组合长期效应组合式中结构的功能限值正常使用极限状态短期组合长期组合的结构系数可变作用长期组合系数按各类水工结构设计规范的规定采用建筑物自重及永久设备自重建筑物自重水工建筑物结构的自重标准值可按结构设计尺寸与其材料重度计算确定水工建筑物常用材料的重度可参照附录中表采用 水工建筑物荷载设计规范大体积混凝土结构的材料重度应根据选定的混凝土配合比通过试验确定当无试验资料时可采用或根据骨料重度粒径按附录中表采用土坝含土坝和堆石坝的防渗土体的材料重度应根据设计计算内容和土体部位的不同分别采用湿重度饱和重度或浮重度其数值可根据压实干重度含水量和孔隙率换算得出堆石坝的材料重度应根据堆石部位的不同分别采用压实干重度或浮重度土石坝土体和堆石体的压实干重度应由压实试验确定中小型土石坝在初步计算缺乏资料时其压实干重度可按附录表采用但最终应根据试验资料予以修正建筑物结构自重的作用分项系数应按表采用表建筑物结构自重的作用分项系数建筑物结构类型作用分项系数大体积混凝土结构土石坝普通水工混凝土结构金属结构地下工程混凝土衬砌注括号内的数值在自重作用效应对结构有利时采用大体积混凝土结构系指依靠其重量抵抗倾覆滑移的结构如混凝土重力坝厂房下部结构重力式挡土墙等除大体积混凝土结构以外的其他混凝土结构如厂房上部结构进水口的构架等均作为普通水工混凝土结构永久设备自重永久设备的自重标准值采用设备的铭牌重量永久设备自重的作用分项系数当其作用效应对结构不利时应采用有利时应采用静水压力一般规定垂直作用于建筑物结构表面某点处的静水压强应按下式计算式中计算点处的静水压强计算点处的作用水头按计算水位与计算点之间的高差确定水的重度一般采用对于多泥沙河流应根据实际情况确定应区分水工建筑物不同的设计状况分别按待久设计状况短暂设计状况和偶然设计状况下的计算水位确定相应的静水压力代表值静水压力包括外水压力的作用分项系数应采用枢纽建筑物的静水压力坝水闸等挡水建筑物和河床式水电站厂房在运用期静水压力代表值的计算水位应按下列规定确定持久设计状况上游采用水库的正常蓄水位或防洪高水位下游采用可能出现的不利水位偶然设计状况上游采用水库的校核洪水位下游采用水库在该水位泄洪时的水位短暂设计状况采用设计预定该建筑物在检修期的上下游水位 水工建筑物荷载设计规范注与地震作用组合时的静水压力代表值其计算水位应按的有关规定确定对于泄水建筑物的首部挡水结构其静水压力代表值的计算水位可按所规定的上游计算水位采用坝后式和岸边式水电站厂房静水压力代表值的下游计算水位可按下列规定确定持久设计状况采用厂房的设计洪水位偶然设计状况采用厂房的校核洪水位厂房在施工机组检修等短暂设计状况下的计算水位按水电站厂房设计规范的有关规定确定水工隧洞压力管道及调压室等建筑物在各种设计状况下静水压力代表值的计算水位应根据水库特征水位结合建筑物具体运用条件按照各类水工结构设计规范的规定确定临时性水工建筑物以及坝体在施工期渡汛时静水压力代表值的计算水位应根据有关设计规范所规定的洪水标准计算确定水工闸门的静水压力水工闸门在各种设计状况下静水压力代表值的计算水位应根据闸门的不同运用条件确定设置在发电供水泄水和排沙等建筑物进水口或泄水道内的工作闸门或事故闸门其持久设计状况和偶然设计状况下静水压力代表值的计算水位应按所规定的上游计算水位采用对于溢洪道露顶式工作闸门可不考虑偶然设计状况设置在船闸上闸首的工作闸门持久设计状况下静水压力代表值的计算水位应采用正常蓄水位或最高通航水位偶然设计状况应采用校核洪水位或最高挡水位设置在泄水道船闸等建筑物以及水电站引水道的进水口尾水管出口等处的上下游检修闸门其短暂设计状况下静水压力代表值的计算水位应采用设计预定该建筑物检修时的上下游水位导流底孔和其他临时性挡水建筑物的闸门应根据其临时挡水的洪水标准以及闸门的运用条件确定相应短暂设计状况下静水压力代表值的计算水位管道及地下结构的外水压力混凝土坝坝内钢管放空时各计算断面的外水压力标准值可按以下规定确定钢管起始断面的外水压力为钢管与下游坝面相接处的外水压力为零其间压力沿管轴线按直线规律分布起始断面作用水头的计算水位宜采用正常蓄水位折减系数可根据钢管外围的防渗排水及接触灌浆等情况采用计算地下结构外水压力标准值时所采用的设计地下水位线应根据实测资料结合水文地质条件和防渗排水效果并考虑工程投入运用后可能引起的地下水位变化等因素经综合分析确定作用于混凝土衬砌有压隧洞的外水压强标准值可按下式计算式中作用于衬砌上的外水压强标准值外水压力折减系数按附录采用作用水头按设计采用的地下水位线与隧洞中心线之间的高差确定当无压隧洞和地下洞室设置排水措施时可根据排水效果和排水设施的可靠性对计算外水压力标准值的作用水头作适当折减其折减值可采用工程类比或渗流计算分析确定 水工建筑物荷载设计规范对于有钢板衬砌的压力隧洞可按下列情况确定作用于钢管的外水压力标准值的作用水头对于埋深较浅且未设排水措施的压力隧洞其外水压力作用水头宜按设计地下水位与管道中心线之间的高差确定当压力隧洞的顶部或外侧设置排水洞时可在考虑岩层性能及排水效果的基础上根据工程类比或渗流计算分析对排水洞以上的外水压力作用水头作适当折减当钢衬外围设置排水管时可根据排水措施的长期有效性采用工程类比法或渗流计算综合分析确定外水压力作用水头扬压力一般规定混凝土坝水闸和水电站厂房等建筑物的扬压力应按垂直作用于计算截面全部截面积上的分布力计算作用于建筑物计算截面上的扬压力分布图形应根据不同的水工结构型式上下游计算水位地基地质条件及防渗排水措施等情况确定确定扬压力分布图形时的上下游计算水位应与计算静水压力代表值的上下游计算水位一致计算截面上的扬压力代表值应根据该截面上的扬压力分布图形计算确定其中矩形部分的合力为浮托力代表值其余部分的合力为渗透压力代表值对于在坝基设置抽排系统的情况主排水孔之前的合力为扬压力代表值主排水孔之后的合力为残余扬压力代表值混凝土坝的扬压力岩基上各类混凝土坝坝底面的扬压力分布图形可按下列三种情况分别确定当坝基设有防渗帷幕和排水孔时坝底面上游坝踵处的扬压力作用水头为排水孔中心线处为下游坝趾处为其间各段依次以直线连接见图当坝基设有防渗帷幕和上游主排水孔并设有下游副排水孔及抽排系统时坝底面上游处的扬压力作用水头为主副排水孔中心线处分别为下游处为其间各段依次以直线连接见图当坝基未设防渗帷幕和上游排水孔时坝底面上游处的扬压力作用水头为下游处为其间以直线连接见图上述情况中渗透压力强度系数扬压力强度系数及残余扬压力强度系数可按表采用坝体内部计算截面上的扬压力分布图形当设有坝体排水管时可按图确定其中排水管处的坝体内部渗透压力强度系数可按下列情况采用实体重力坝拱坝及空腹重力坝的实体部位采用宽缝重力坝大头支墩坝的无宽缝部位采用有宽缝部位采用当未设坝体排水管时上游坝面处扬压力作用水头为下游坝面处为其间以直线连接坝底面和坝体内部扬压力的作用分项系数应按下列情况采用浮托力的作用分项系数均采用渗透压力的作用分项系数对实体重力坝采用对宽缝重力坝大头支墩坝空腹重力坝以及拱坝采用 水工建筑物荷载设计规范排水孔中心线主排水孔副排水孔实体重力坝宽缝重力坝及大头支墩坝拱坝空腹重力坝坝基设有抽排系统未设帷幕及排水孔图坝底面扬压力分布表坝底面的渗透压力扬压力强度系数坝基处理情况坝型及部位设置防渗帷幕及排水孔设置防渗帷幕及主副排水孔并抽排渗透压力强度系数主排水孔前的扬压力强度系数残余扬压力强度系数部位坝型实体重力坝河宽缝重力坝床大头支墩坝坝空腹重力坝段拱坝 水工建筑物荷载设计规范续表坝基处理情况坝型及部位设置防渗帷幕及排水孔设置防渗帷幕及主副排水孔并抽排渗透压力强度系数主排水孔前的扬压力强度系数残余扬压力强度系数部位坝型实体重力坝岸宽缝重力坝坡大头支墩坝坝空腹重力坝段拱坝注当坝基仅设排水孔而未设防渗帷幕时渗透压力强度系数可按表中项适当提高拱坝拱座侧面排水孔处的渗透压力强度系数可按表中岸坡坝段采用但对于地质条件复杂的高拱坝则应经三向渗流计算或试验验证对于坝基下游设置抽排系统的情况主排水孔之前扬压力的作用分项系数采用主排水孔之后残余扬压力的作用分项系数采用当坝前地基面设有粘土铺盖或多泥沙河流的坝前地基面上能形成淤沙铺盖时可依据工程经验对坝踵及排水孔处的扬压力作用水头作适当折减作用于护坦底面的扬压力分布图形可根据相应设计状况下坝趾与护坦首部连接处的扬压力作用水头以及护坦下游水位确定若底部设置妥善的排水系统并具备检修条件且接缝间止水可靠时可考虑排水对降低扬压力的影响水闸的扬压力岩基上水闸底面的扬压力分布图形可按中实体重力坝情况确定软基上水闸底面的扬压力分布图形宜根据上下游计算水位闸底板地下轮廓线的布置情况地基土质分布及其渗透特性等条件分析确定一般情况下渗透压力可采用改进阻力系数法或流网法计算改进阻力系数法见附录坝内排水管排水管中心线实体重力坝宽缝重力坝拱坝空腹重力坝软基上水闸两岸墩墙侧向渗透压图坝体计算截面上扬压力分布力的分布图形可按下列情况确定 水工建筑物荷载设计规范当墙后土层的渗透系数小于地基渗透系数时可近似地采用相应部位的闸底渗透压力分布图形当墙后土层的渗透系数大于地基渗透系数时应按侧向绕流计算确定对于大型水闸应经三向电拟试验或数值计算验证水闸扬压力的作用分项系数对于浮托力应采用渗透压力可采用水电站厂房和泵站厂房的扬压力岩基上河床式水电站厂房泵站厂房底面的扬压力分布图形可按中岩基上的实体重力坝情况确定对于坝后式岸边式水电站厂房则参照岩基上实体重力坝情况具体分析确定对于厂坝为整体连接或所设置的永久性变形缝已经止水封闭的岩基上的坝后式水电站厂房厂房底面的扬压力分布图形应与坝体共同考虑软基上河床式岸边式水电站厂房以及泵站厂房底面的扬压力分布图形可参照中软基上的水闸情况确定水电站厂房和泵站厂房扬压力的作用分项系数对于浮托力应采用渗透压力可采用动水压力一般规定作用在水工建筑物过流面一定面积上的动水压力包括时均压力和脉动压力应按该面积上各点动水压强的合力计算动水压力一般可只计及时均压力但当水流脉动影响结构的安全或引起结构振动时应计及脉动压力的影响计算动水压力时应区分恒定流和非恒定流两种水流状态对于恒定流尚应区别渐变流或急变流等不同流态并采用相应的方法计算水电站压力水道系统内产生的水锤压力应按有压管道的非恒定流计算对于重要的或体形复杂的水工建筑物其动水压力宜通过模型试验测定并经综合分析确定渐变流时均压力渐变流时均压强的代表值可根据相应设计状况下的水流条件通过计算或试验求得水面线后按下式计算见图式中过流面上计算点的时均压强代表值水的密度重力加速度计算点的水深结构物底面与水平面的夹角图时均压强计算示意渐变流时均压力的作用分项系数应采用 水工建筑物荷载设计规范反弧段水流离心力溢流坝等泄水建筑物反弧段底面上的动水压强近似取均匀分布其代表值可按下式计算式中水流离心力压强代表值相应设计状况下反弧段上的单宽流量反弧段最低点处的断面平均流速反弧半径溢流坝等泄水建筑物反弧段上离心力合力的水平及垂直分力代表值可按下式计算式中单位宽度上离心力合力的水平分力代表值单位宽度上离心力合力的垂直分力代表值图中所示的角度取其绝对值作用于反弧段边墙上的水流离心力压强沿径向剖面在水面处为零在墙底处为其间近似采用线性分布可按式计算并垂直作用于墙面反弧段水流离心力的作用分项系数可采用水流对尾槛的冲击力图反弧段水流离心力示意水流对消力池尾槛的冲击力代表值可按下式计算式中作用于消力池尾槛的水流冲击力代表值尾槛迎水面在垂直于水流方向上的投影面积水跃收缩断面的流速阻力系数对于消力池中未形成水跃水流直接冲击尾槛的情况可取对于消力池中已形成水跃且的情况可取弗氏数大者取小值反之取大值水流冲击力的作用分项系数应采用脉动压力作用于一定面积上的脉动压力代表值可按下式计算式中脉动压力代表值 水工建筑物荷载设计规范脉动压强代表值作用面积面积均化系数可按表选用其中正负号应按不利设计条件选定脉动压强代表值可按下式计算式中脉动压强系数相应设计状况下水流计算断面的平均流速可根据水流条件确定对于消力池水流可取收缩断面的平均流速对于泄槽水流可取计算断面的平均流速对于反弧鼻坎挑流可取反弧最低处的断面平均流速表面积均化系数溢流式厂房顶部溢洪道泄结构部位平底消力池底板槽鼻坎结构分块尺寸注结构块顺流向的长度结构块垂直流向的长度第二共轭水深泄水建筑物不同部位的脉动压强系数可按表及表选用对于重要工程宜根据专门试验确定表溢流厂房顶部溢洪道泄槽及鼻坎的脉动压强系数结构部位溢流式厂房顶部溢洪道泄槽鼻坎表平底消力池底板的脉动压强系数结构部位所在位置注收缩断面的弗氏数计算断面离消力池起点的距离消力池长度脉动压力的作用分项系数应采用水锤压力当水电站水轮发电机组的负荷突然变化时相应设计状况下压力水道包括蜗壳尾水管及压力尾水道内产生的水锤压力代表值可按下式计算式中水锤压力水头代表值 水工建筑物荷载设计规范水锤压力相对值可用解析法或数值积分法求得对于简单管路发生间接水锤时可用附录所列解析公式计算静水头即相应设计状况下上下游计算水位之差修正系数根据计算方法与水轮机型式而定当采用数值积分等方法时采用当采用附录中的解析公式计算时对于冲击式水轮机可采用对于反击式水轮机应根据其转速经试验确定当无试验数据时混流式水轮机可采用轴流式水轮机可采用压力水道不同部位在持久设计状况或偶然设计状况下的水锤压力代表值应按下列静水头和机组运行工况计算确定上游压力水道包括抽水蓄能电站上游压力水道采用水库正常蓄水位或校核洪水位与厂房下游相应发电或泄洪尾水位之差共一条压力水道的全部机组突然丢弃全部负荷下游压力水道采用厂房下游设计洪水位或校核洪水位与相应上游库水位之差共一条下游压力水道的全部台机组由台增至台或全部机组由三分之二负荷突然增至满载抽水蓄能电站的下游压力水道按下游水库设计洪水位或校核洪水位在水泵工况扬程最小抽水量最大时共一条下游压力水道的全部机组突然断电导叶全部拒动经分析论证后认为不存在全部丢弃负荷全部导叶拒动的情况亦可按机组部分丢弃负荷或部分导叶拒动考虑上下游压力管道中各计算截面的水锤压力水头值可按下列公式计算式中上游压力管道某计算截面的水锤压力水头值下游压力管道某计算截面的水锤压力水头值自上游进水口调压室至计算截面处各段压力水道长度与流速的乘积之和自下游出口至计算截面处各段压力水道长度与流速的乘积之和自上游进水口调压室至下游出口的压力管道长度与流速的乘积管道平均流速可按下式计算其中压力管道的各段长度与其流速的乘积之和上游压力水道末端采用的水锤压力升高值应不小于正常蓄水位下压力水道静水头的对于设置调压室的压力水道应根据具体情况考虑调压室涌波对水锤压力的影响水锤压力的作用分项系数可采用地应力及围岩压力一般规定地下结构是由围岩及其加固措施构成的统一体设计时应充分考虑围岩的自稳能力和承 水工建筑物荷载设计规范载能力地下结构设计中所涉及的围岩作用可根据岩体结构类型及其特征按下列情况分别考虑对于整体状块状中厚层至厚层状结构的围岩岩体初始地应力及局部块体滑移为其主要作用对于薄层状及碎裂散体结构的围岩围岩压力为其主要作用围岩岩体的结构类型及其特征应按国家标准水利水电工程地质勘察规范的有关规定确定岩体初始地应力及围岩压力的作用分项系数可采用岩体初始地应力场对于重要的地下工程岩体初始地应力场宜根据现场实测资料结合区域地质构造地形地貌地表剥蚀程度及岩体的力学性质等因素综合分析确定当具有少量可用资料时也可通过模拟计算或反演分析成果经综合分析确定当无实测资料时但符合下列条件之一者可将岩体初始地应力场视为重力场并按式式计算岩体地应力标准值工程区域内地震基本烈度小于度岩体纵波波速小于工程区域岩层平缓未经受过较强烈的地质构造变动式中岩体垂直地应力标准值岩体水平地应力标准值岩体重度洞室上覆岩体厚度岩体侧压力系数岩体的泊松比当无实测资料但地质勘察表明该工程区域曾受过地质构造变动时应考虑重力场与构造应力叠加可按下列公式计算岩体初始地应力标准值式中考虑构造应力的影响系数可采用受构造影响小者取小值岩体侧压力系数可采用洞室埋深大受构造影响小者取小值根据式式的计算结果尚应结合工程经验及类比分析确定岩体的初始地应力场对于高地应力地区宜通过现场实测取得地应力场资料围岩压力当洞室在开挖过程中采取了锚喷支护或钢架支撑等施工加固措施已使围岩处于基本稳定或已稳定的情况下设计时宜少计或不计作用在永久支护结构上的围岩压力对于块状中厚层至厚层状结构的围岩可根据围岩中不稳定块体的重力作用确定围岩压 水工建筑物荷载设计规范力标准值对于簿层状及碎裂散体结构的围岩垂直均布压力标准值可按下式计算并根据开挖后的实际情况进行修正式中垂直均布压力标准值洞室开挖宽度岩体重度对于碎裂散体结构的围岩水平均布压力标准值可按下式计算并根据开挖后的实际情况进行修正式中水平均布压力标准值洞室开挖高度对于不能形成稳定拱的浅埋洞室宜按洞室拱顶上覆岩体的重力作用计算围岩压力标准值并根据施工所采取的措施予以修正土压力和淤沙压力挡土建筑物的土压力计算挡土建筑物挡土墙的土压力时对于向外侧移动或转动的挡土结构可按主动土压力计算对于保持静止不动的挡土结构可按静止土压力计算作用在单位长度挡土墙背上的主动土压力标准值可按下式计算式中主动土压力标准值作用于距墙底墙背处与水平面呈夹角见图挡土墙后填土重度挡土墙高度主动土压力系数可按附录计算当墙背的坡角大于临界值时填土将产生第二破裂面见图其主动土压力标准值应按作用于第二破裂面上的主动土压力取按式计算和墙背与第二破裂面之间土重的合力计算按下式计算式中挡土墙后填土坡角挡土墙后填土内摩擦角挡土墙后填土对墙背的外摩擦角当填土表面有均布荷载时可将荷载换算成等效的土层厚度计算作用于墙背的主动土压力标准值此种情况下作用于墙背上的主动土压力应按梯形分布对于墙背铅直墙后填土表面水平的挡土墙作用单位长度墙背的静止土压力标准值可按下式计算见图 水工建筑物荷载设计规范第一破裂面第二破裂面图主动土压力作用示意图第二破裂面主动土压力作用示意式中静止土压力标准值作用于距墙底处水平指向墙背静止土压力系数可按附录计算图静止土压力作用示意主动土压力和静止土压力的作用分项系数应采用上埋式埋管的土压力作用在单位长度埋管上的垂直土压力标准值可按下式计算见图式中埋管垂直土压力标准值管顶以上填土高度埋管外直径埋管垂直土压力系数与地基刚度有关可根据地基类别按图查取作用在单位长度埋管的侧向土压力标准值可按下式计算见图式中埋管侧向土压力标准值埋管中心线以上填土高度埋管凸出地基的高度侧向土压力系数填土内摩擦角按附录确定埋管上垂直土压力侧向土压力的作用分项系数当其作用效应对管体结构不利时应采用 水工建筑物荷载设计规范有利时应采用淤沙压力作用在坝水闸等挡水建筑物单位长度上的水平淤沙压力标准值可按下式计算式中淤沙压力标准值岩基密实砂类土坚硬或硬塑粘性土中密砂类土淤沙的浮重度可塑粘性土松散砂类土流塑或软塑粘性土图埋管垂直土压力系数淤沙的干重度水的重度淤沙的孔隙率挡水建筑物前泥沙淤积厚度淤沙的内摩擦角挡水建筑物前的泥沙淤积厚度应根据河流水文泥沙特性和枢纽布置情况经计算确定对于多泥沙河流上图埋管侧向土压力作用的工程宜通过物理模型试验或数学模型计算并结合已建类似工程的实测资料综合分析确定淤沙的浮重度和内摩擦角一般可参照类似工程的实测资料分析确定对于淤沙严重的工程宜通过试验确定淤沙压力的作用分项系数应采用风荷载和雪荷载风荷载垂直作用于建筑物表面上的风荷载标准值应按下式计算式中风荷载标准值高度处的风振系数风压高度变化系数风荷载体形系数基本风压基本风压应按建筑结构荷载规范中全国基本风压分布图采用但不得小于对于水工高耸结构其基本风压可按全国基本风压图中的基本风压值乘以后采用对于特别重要和有特殊使用要求的结构或建筑物则可乘以后采用 水工建筑物荷载设计规范当建设地点的基本风压值在全国基本风压分布图上未给出时其基本风压值可按下列方法确定可根据当年最大风速资料按照基本风压的定义通过统计分析确定分析时应考虑样本数量的影响当地没有风速资料时可根据附近地区规定的基本风压或长期资料通过气象和地形条件的对比分析确定山区的基本风压应通过实际调查和对比观测经分析后确定一般情况下可按相邻地区的基本风压值乘以下列调整系数采用山间盆地谷地等闭塞地形与大风方向一致的谷口山口注山顶及山坡包括悬崖的基本风压可根据山麓附近地区的基本风压按相差高度乘以风压高度变化系数确定沿海海岛的基本风压当缺乏实际资料时可按陆地上表海岛基本风压调整系数的基本风压值乘以表所列的调整系数采用距海岸距离调整系数风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表确定其中地面粗糙度类别可分为两类类海岛海岸湖岸及沙漠地区类田野乡村丛林丘陵及房屋比较稀疏的中小城镇和大城市郊区注位于坝水闸等建筑物顶部的结构风压高度变化系数可按表中类采用确定其距地面高度的计算基准面可按风向采用相应设计状况下的水库水位或下游尾水位水工建筑的风荷载体形系数可按照建表风压高度变化系数筑结构荷载规范和高耸结构设计规范等设距地面高度地面粗糙度类别计规范中有关规定采用对于高度大于且高宽比大于的水电站厂房以及基本自振周期大于的进水塔调压塔渡槽等建筑物应采用风振系数来考虑风压脉动的影响不属于上述情况者其风振系数采用风振系数的计算方法可参照和等设计规范的有关规定或经专门研究确定风荷载的作用分项系数应采用雪荷载水电站厂房泵站厂房渡槽等建筑物顶面水平投影面上的雪荷载标准值应按下式计算式中雪荷载标准值建筑物顶面积雪分布系数基本雪压基本雪压应按中全国基本雪压图采用山区的基本雪压应通过实际调查后确定当无 水工建筑物荷载设计规范实测资料时可按当地空旷平坦地面的基本雪压值乘以后采用建筑物顶面的积雪分布系数可参照规定的屋面积雪分布系数采用雪荷载的作用分项系数应采用冰压力和冻胀力静冰压力冰层升温膨胀时作用于坝面或其他宽长建筑物单位长度上的静冰压力标准值可按表采用表静冰压力标准值冰层厚度静冰压力标准值注冰层厚度取多年平均年最大值对于小型水库应将表中静冰压力标准值乘以后采用对于库面开阔的大型平原水库应乘以后采用表中静冰压力标准值适用于结冰期内水库水位基本不变的情况结冰期内水库水位变动情况下的静冰压力应作专门研究静冰压力数值可按表列冰厚内插作用于独立墩柱上的静冰压力可按照式计算静冰压力垂直作用于结构物前沿其作用点取冰面以下冰厚处冰冻期冰层厚度内的冰压力与水压力不同时作用于建筑物静冰压力的作用分项系数应采用动冰压力作用于铅直的坝面或其他宽长建筑物上的动冰压力标准值可按下式计算式中冰块撞击建筑物时产生的动冰压力冰块流速宜按实测资料确定当无实测资料时对于河渠冰可采用水流流速对于水库冰可采用历年冰块运动期内最大风速的但不宜大于对于过冰建筑物可采用该建筑物前流冰的行近流速冰块面积可由当地或邻近地点的实测或调查资料确定流冰厚度可采用当地最大冰厚的倍流冰初期取大值冰的抗压强度宜由试验确定当无试验资料时对于水库可采用对于河流流冰初期可采用后期可采用作用于独立墩柱上的动冰压力标准值可按下列情况计算确定作用于前沿铅直的三角形独立墩柱上的动冰压力可分别按式式计算冰块切入和撞击两种情况下的冰压力并取其中的小值式中冰块切入三角形墩柱时产生的动冰压力冰块撞击三角形墩柱时产生的动冰压力 水工建筑物荷载设计规范墩柱前沿的平面形状系数按表采用三角形夹角的一半冰的抗挤压强度流冰初期可取后期可取在冰作用高程处的墩柱前沿宽度作用于前沿铅直的矩形多边形或圆形独立墩柱上的动冰压力可按式计算动冰压力的作用分项系数可采用表形状系数值夹角为的三角形平面形状矩形多边形或圆形冻胀力表面平整的混凝土桩墩基础在无竖向位移的条件下作用于侧表面上的切向冻胀力标准值可按下式计算式中切向冻胀力标准值有效冻深系数表面粗糙系数可采用单位切向冻胀力标准值按表采用冻土层内桩墩柱基础水平横截面周长设计冻深表单位切向冻胀力标准值地表土冻胀量注值可按表列冻胀量内插土的冻胀量宜按建筑物所在地点的实测资料确定当无实测资料时可按水工建筑物抗冰冻设计规范确定对于标准冻深大于地区的簿壁混凝土挡土墙当墙前地面至墙后填土顶部的高差小于或等于在无水平位移的条件下作用于挡土墙的水平冻胀力可采用按图所示的压强分布计算的合力为其标准值图中最大单位水平冻胀力可按下式计算式中最大单位水平冻胀力墙体变形影响系数挡墙迎土面边坡修正系数单位水平冻胀力标准值可按表采用表单位水平冻胀力标准值墙后土冻胀量注表中为距墙前地面高度处墙后土的冻胀量值可按表列冻胀量内插 水工建筑物荷载设计规范在图中为墙前地面至墙后填土面的高度最大单位水平冻胀力高度系数和非冻胀区深度系数可按表采用表和值墙后土冻胀量注当小于时表中值均取为零对于标准冻深大于地区墙前地面至墙后填土顶部的高差大于的簿壁挡土墙和其他图水平冻胀力压强分布示意型式的挡土墙水平冻胀力的计算应经专门研究在标准冻深大于地区的水闸涵洞和其他具有板型基础的建筑物当基础埋深小于设计冻深时作用在单块基础板底面上的竖向冻胀力标准值可按下式计算式中竖向冻胀力标准值竖向位移影响系数可按下式计算基础厚度影响系数可按下式计算单位竖向冻胀力标准值按表采用单块基础板底面积建筑物基础允许产生可复位的竖向位移值级建筑物为级建筑物可按表采用建筑物所在地的地表冻胀量基础板厚基础表面的冰层厚度当表面无冰层时为设计冻深表单位竖向冻胀力标准值单板基础板底面积地表土冻胀量注表中值可按表列冻胀量和基础板底面积内插本表不适用于单块基础板边长小于和长宽比大于的基础 水工建筑物荷载设计规范表基础允许冻胀竖向位移值建筑物类型及结构部位级建筑物级建筑物水闸涵洞进出口基础板闸室段洞身段钢筋混凝土基础钢筋混凝土陡坡段底板消力池底板有侧向约束护坦板无侧向约束水平冻胀力和土压力不同时作用于建筑物设计时应取其中的大值进行荷载组合切向冻胀力水平冻胀力及竖向冻胀力的作用分项系数均应采用浪压力一般规定本章适用于风浪对坝水闸等挡水建筑物不包括海堤河堤产生的浪压力的计算浪压力标准值一般可由波浪要素波高波长等按计算确定对于级挡水建筑物当浪压力为主要荷载之一时宜通过模型试验论证波浪要素可按附录计算其中计算风速的取值应遵循下列规定当浪压力参与作用基本组合时采用重现期为年的年最大风速当浪压力参与偶然组合时采用多年平均年最大风速浪压力的作用分项系数应采用直墙式挡水建筑物上的浪压力作用于铅直迎水面建筑物上的浪压力应根据建筑物迎水面前的水深按以下三种波态分别计算当和时浪压力分布如图所示单位长度上的浪压力标准值按下式计算式中单位长度迎水面上的浪压力标准值水的重度平均波长累积频率为的波高挡水建筑物迎水面前的水深波浪中心线至计算水位的高度按下式计算使波浪破碎的临界水深按下式计算 水工建筑物荷载设计规范当但时浪压力分布如图所示单位长度上的浪压力标准值按下式计算式中建筑物底面处的剩余浪压力强度按下式计算当时浪压力分布如图所示单位长度上的浪压力标准值按下式计算式中建筑物底面的浪压力强度折减系数当时采用当时采用计算水位处的浪压力强度按下式计算底坡影响系数按表采用图直墙式挡水建筑物的浪压力分布表底坡影响系数底坡值注底坡采用建筑物迎水面前一定距离内的平均值斜坡式挡水建筑物上的浪压力对于的混凝土整体式或装配式单坡护面板上的浪压力标准值可按图压力强度分布计算的合力确定图中有关参数可按下列各项计算斜坡上最大受力点的浪压力强度按下式计算式中最大浪压力强度频率换算系数采用系数按下式计算系数按表采用 水工建筑物荷载设计规范浪压力相对强度系数按表采用有效波高约相当于累积频率为的波高图斜坡式混凝土护面板上的浪压力分布表系数值表浪压力相对强度系数斜坡上最大浪压力强度作用点距计算水位的垂直高度按下式计算式中当时取图中按下列各式确定式中图中波浪爬高可按附录计算确定装配式斜坡面板上的波浪反压力标准值可按图反压力强度分布计算的合力确定其中波浪反压力强度按下式计算式中波浪反压力强度 水工建筑物荷载设计规范波浪反压力强度系数按图曲线查取图中为护面板沿斜坡方向的边长为平均波长图波浪反压力强度系数对于折波或具有平台的复坡斜坡式挡水建筑物其浪压力应通过专门研究确定楼面及平台活荷载水电站主厂房楼面活荷载主厂房安装间发电机层和水轮机层各层楼面在机组安装运行和检修期间由设备堆放部件组装搬运等引起的楼面局部荷载及集中荷载均应按实际情况考虑对于大型水电站可按设备部件的实际堆放位置分区确定各区间的荷载值当缺乏资料时主厂房各层楼面的均布活荷载标准值可按表采用表主厂房楼面均布活荷载标准值标准值序号楼层名称安装间发电机层水轮机层注单机容量当时均布荷载值可视实际情况酌情增大水电站副厂房楼面活荷载生产副厂房各层楼面在安装检修过程中可移动的集中荷载或局部荷载均应按实际情况考虑无设备区的操作荷载包括操作人员一般工具和零星配件等可按均布活荷载考虑其标准值可采用当缺乏资料时副厂房的楼面活荷载标准值可按照表采用 水工建筑物荷载设计规范工作平台活荷载尾水平台活荷载按下列原则确定当尾水平台仅承受尾水闸门操作或检修荷载时其活荷载标准值可采用大型电站取大值当尾水平台兼作公路桥时车辆荷载应按公路桥梁荷载标准确定并可与闸表副厂房各楼面均布活荷载标准值门操作或检修荷载分区考虑序号房间名称标准值当尾水平台布置有变压器时应按中央控制室计算机室实际情况考虑通信载波室继电保护室施工期安放的起吊设备及临时堆蓄电池室酸室充电机室放荷载应根据工程实际情况确定开关室生进水口平台活荷载按下列原则确励磁盘室厂用动力盘室定产电缆室进水口承受闸门启闭机及清污机副空压机室厂水泵室通风机室等设备产生的集中或局部荷载均应按实厂内油库油处理室际情况考虑房试验室进水口平台兼作公路桥时应按公电工室路桥梁车辆荷载标准确定机修室进水口平台在安装金属结构时需工具室安放重型起吊设备者应考虑施工期的临值班室办时荷载公会议室用资料室副其他要求及作用分项系数厂厕所盥洗室房走道楼梯设计楼面平台的梁墙柱和基注当室内有较重设备时其活荷载应按实际情况考虑础时应对楼面平台的活荷载标准值乘以的折减系数当考虑搬运装卸重物车辆行驶和设备运转对楼面和梁的动力作用时均应将活荷载乘以动力系数动力系数可采用楼面及平台活荷载的作用分项系数一般情况下可采用对于安装间及发电机层楼面当堆放设备的位置在安装检修期间有严格控制并加垫木时可采用桥机和门机荷载桥机荷载本节适用于作直线轨道运行或作曲线轨道运行的水电站厂房内的桥式吊车以及在水工建筑物其他部位室内工作的桥式或台车式启闭机桥机荷载应按竖向荷载和水平荷载包括纵向横向水平荷载分别进行计算桥机的竖向荷载标准值可采用设计图样提供的最大轮压也可采用桥机通用资料提供的参数按下列公式计算 水工建筑物荷载设计规范当用一台桥机吊物时作用在一边轨道上的最大轮压当用两台型号相同的桥机吊物时作用在一边轨道上的最大轮压式中桥机一边轨道上的最大轮压单台桥机作用在一边轨道上的轮数桥机跨度实际起吊最大部件中心至桥机轨道中心的最小距离单台桥机总质量单台桥机小车质量吊物和吊具质量平衡梁质量重力加速度纵向水平荷载标准值可按作用在一边轨道上所有制动轮的最大轮压之和的采用其作用点即制动轮与轨道的接触点其方向与轨道方向一致横向水平荷载标准值可按小车吊物及吊具的重力之和的采用该项荷载由两边轨道上的各轮平均传至轨顶方向与轨道垂直并应考虑正反两个作用方向当对桥机吊车梁进行强度计算时桥机竖向荷载应乘以动力系数动力系数可采用桥机竖向荷载水平荷载的作用分项系数均应采用门机荷载本节适用于作直线轨道运行或作曲线轨道运行的坝顶门机也适用于厂房尾水平台上的门机及在水工建筑物其他部位室外工作的门机门机荷载应按竖向荷载和水平荷载包括纵向横向水平荷载分别进行计算门机竖向荷载标准值应采用设计图样提供的在不同运用工况下的轮压值初步计算时可采用门机通用资料提供的数据但应根据门机的实际工作情况加以修正纵向水平荷载标准值可按大车运行时作用在一边轨道上所有制动轮的最大轮压之和的采用其作用点即制动轮与轨道的接触点其方向与轨道方向一致门机横向水平荷载标准值可按小车和吊物及吊具的重力之和的采用该项荷载由两边轨道上的各轮平均传至轨顶方向与轨道垂直并应考虑正反两个作用方向当对门机承重梁进行强度计算时门机竖向荷载应乘以动力系数动力系数可采用门机的竖向荷载水平荷截的作用分项系数均应采用温度作用一般规定本章适用于计算混凝土结构的温度作用该作用系指可能出现且对该结构产生作用效应的温度变化包括温升和温降 水工建筑物荷载设计规范应根据结构特征分别考虑结构在施工期和运行期的温度作用宜针对不同的结构型式及计算方法按下述三种情况计算结构的温度作用杆件结构假定温度沿截面厚度方向呈线性分布并以截面平均温度和截面内外温差表示式中杆件内外表面计算温度结构的温度作用即指的变化可简化为杆件结构计算的平板结构或的壳体结构如图所示可将沿结构厚度方向实际分布的计算温度分解为三部分即截面平均温度等效线性温差和非线性温差并按下列公式计算式中平板或壳体厚度壳体的曲率半径结构的温度作用可仅计及和的变化一般可不予考虑大体积混凝土结构和其他空间形状复杂的非杆件结构应根据其温度边值条件按连续介质热传导理论计算其温度场温度作用即指其温度场的变化截面实际温度截面平均温度等效线性温差非线性温差图结构温度分布计算结构的温度作用时应考虑以下因素结构所处环境的气温水温日照及基岩温度等边界条件按中有关条文确定与温度作用有关的混凝土热学特性指标宜由试验研究确定初步计算时可按表采用温度作用的作用分项系数应采用表混凝土热学特性指标序号项次符号单位数值导热系数比热导温系数表面放热系数空气中流水中注表中为计算风速 水工建筑物荷载设计规范边界温度结构物外界气温的年周期变化过程可用下式表示式中多年月平均气温时间变量月初始相位月对于纬度高于的地区取月对于纬度低于或等于的地区取月圆频率为温度变化周期取月多年年平均气温多年平均气温年变幅应采用当地实测多年月平均气温按下式计算式中月多年平均气温月计算时点月也可近似地按下式计算式中月多年平均气温水库坝前水温宜根据拟建水库的具体条件经专门研究确定初步计算时可采用附录所提供的方法坝下游水温一般情况下可假定沿水深呈均匀分布其年周期变化过程当尾水直接源于上游库水时可参照与之相应的坝前水温确定否则可参照当地气温确定暴露在空气中并受日光直接照射的结构应考虑日光辐射热的影响一般可考虑辐射热引起结构表面的多年平均温度增加多年平均温度年变辐增加对于大型工程宜经专门研究确定坝基温度可假定在年内不随时间变化其多年年平均温度可根据当地地温库底水温及坝基渗流等条件分析确定温度作用标准值厂房进水塔等建筑物的构架在运行期的温度作用标准值可按下列公式计算其中 水工建筑物荷载设计规范式中截面平均温度变化标准值和截面等效线性温差变化标准值结构封闭时内外表面温度结构运行期内外表面多年年平均温度结构运行期内外表面多年平均温度年变幅应根据结构所处外部环境按中有关条文确定对温度作用比较敏感的重要结构必要时应考虑气温月变幅的影响拱坝运行期的温度作用标准值可按附录计算实体重力坝一般可不计及运行期的温度作用但当坝体接缝灌浆时的温度高于稳定温度时坝体应力计算宜计及温度作用其标准值可取坝体灌浆的温度与稳定温度之差值宽缝重力坝空腹坝及支墩坝等在运行期的温度作用标准值应取结构运行期最高或最低温度场与其准稳定温度场的年平均温度之差值大体积混凝土结构施工期的温度作用标准值应取结构稳定温度场与施工期最高温度场之差值可采用下列计算表达式式中结构施工期温度作用标准值结构稳定温度场混凝土的浇筑温度混凝土硬化时的最高温升坝内引水管道周围混凝土运行期的温度作用标准值可采用进水口处的多年月平均最低水温所确定的温度场与坝体准稳定温度场之差值初期充水时的温度作用可根据充水时的水温及环境温度条件分析确定地震作用一般规定水利水电工程的抗震设防依据一般情况下可采用中国地震烈度区划图确定的基本烈度对于基本烈度为度或度以上地区且坝高超过或库容大于大型工程以及基本烈度为度或度以上地区且坝高超过的大型工程其抗震设防依据应根据专门的地震危险性分析成果评定各类水工建筑物的设计地震烈度设计地震加速度工程抗震设防类别场地类别的划分及地震作用效应的计算方法等应按水工建筑物抗震设计规范的有关规定确定水工建筑物的地震作用应包括建筑物自重以及其上的设备自重所产生的地震惯性力地震动水压力和地震动土压力各类水工建筑物的地震作用应按下列原则考虑土石坝和混凝土重力坝的水平向地震作用可只考虑顺河流方向的水平向地震作用两岸陡坡上的重力坝坝段尚宜计入垂直河流方向的水平向地震作用闸墩进水塔闸顶机架和其他两个主轴方向刚度接近的水工混凝土结构应考虑结构两个主轴方向的水平向地震作用 水工建筑物荷载设计规范混凝土拱坝应同时考虑顺河流方向和垂直河流方向的水平向地震作用支墩坝沿垂直河流方向的水平向地震作用宜作专门研究当设计烈度为度时级土石坝重力坝等挡水建筑物和长悬臂大跨度及高耸的水工混凝土结构应同时计入水平向和竖向地震作用严重不对称或空腹等特殊型式的拱坝以及设计烈度为度的级双曲拱坝竖向地震作用宜作专门研究设计地震加速度及设计反应谱按中国地震烈度区划图确定基本烈度时水平向设计地震加速度代表值应按表采用竖向设计地震加速度代表值可采用水平向地震加速度代表值的专门进行地震危险性分析的工程设计表水平向设计地震加速度的代表值地震烈度及设计地震加速度的代表值对于级设计烈度挡水建筑物应按年基准期内超越概率确定对于非挡水建筑物应按年基准期内超注重力加速度越概率确定基岩面下及其以下的地下结构水平向设计地震加速度代表值可按或规定值的采用基岩面下不足处的水平向设计地震加速度代表值可按深度线性插值按动力法计算地震作用效应时设计反应谱值应根据结构自振周期按图采用设计反应谱最大值应根据建筑物类型按表采用其下限值应不小于的特征周期应根据场地类别按表采用对于设计烈度不大于度的基本自振周期大于的结构宜延长表设计反应谱最大值水闸进水塔及其建筑物类型重力坝拱坝他混凝土建筑物表特征周期场地类别地震作用的水库计算水位图设计反应谱水工建筑物抗震计算时的水库计算水位可采用正常蓄水位对于多年调节水库经论证后可采用低于正常蓄水位的上游水位对于土坝和堆石坝上游坝坡的抗震稳定性计算应根据运用条件选用对坝坡抗震稳定最不利的常遇水位水库水位降落时宜采用常遇的水位降落幅值重要的混凝土拱坝和水闸宜补充水库常遇低水位时的抗震强度计算灌浆压力水工结构设计应考虑以下三种灌浆压力地下结构的混凝土衬砌顶拱与围岩之间的回填灌浆压力钢衬与外围混凝土之间的接触灌浆压力 水工建筑物荷载设计规范混凝土坝坝体施工缝的接缝灌浆压力回填灌浆压力接触灌浆压力和接缝灌浆压力均属施工过程中出现的临时性可变作用仅作为短暂状况计算的一种作用灌浆压力作用的标准值可采用设计规定的灌浆压力值一般可按以下范围取值回填灌浆压力一序灌浆孔取小值二序灌浆孔取大值接触灌浆压力接缝灌浆压力对于回填灌浆和接触灌浆压力可对其设计规定的灌浆压力值乘以一个小于的面积系数作为标准值面积系数的取值应根据结构实际施工状况灌浆施工的工序及方法计算作用的分布简图等因素经分析确定灌浆压力的作用分项系数可采用 水工建筑物荷载设计规范附录标准的附录水工结构主要作用按随时间变异的分类永久作用结构自重和永久设备自重土压力淤沙压力有排沙设施时可列为可变作用地应力围岩压力预应力可变作用静水压力扬压力包括渗透压力和浮托力动水压力包括水流离心力水流冲击力脉动压力等水锤压力浪压力外水压力风荷载雪荷载冰压力包括静冰压力和动冰压力冻胀力楼面平台活荷载桥机门机荷载温度作用土壤孔隙水压力灌浆压力偶然作用地震作用校核洪水位时的静水压力 水工建筑物荷载设计规范附录标准的附录水工建筑物的材料重度表常用材料重度序号材料名称重度备注钢铁钢材铸钢铸铁普通水工混凝土砂浆素混凝土钢筋混凝土沥青混凝土水泥砂浆水泥浆砌粗料石浆砌块石干砌块石回填土石不包括土石坝抛块石抛块石水下抛碎石抛碎石水下细砂粗砂干卵石干砂夹卵石干松砂夹卵石干压实砂土干压实砂土湿压实岩石石料花岗岩玄武岩辉绿岩大理岩石灰岩砂岩页岩表大体积混凝土重度骨料最大粒径骨料重度 水工建筑物荷载设计规范表土石坝压实干重度材料名称代号重度备注堆石花岗岩堆石石灰岩采用堆石砂岩大堆石大理岩型堆石石英岩振堆石玄武岩动碾堆石片麻岩压堆石千枚岩实堆石卵石级配良好砾级配不良砾含细粒土砾粉土质砾粘土质砾级配良好砂级配不良砂含细粒土砂粉土质砂粘土质砂低液限粉土高液限粉土低液限粘土高液限粘土附录标准的附录混凝土衬砌有压隧洞的外水压力折减系数混凝土衬砌有压隧洞的外水压力折减系数可根据围岩地下水活动状态结合采用的排水措施等情况按表选用表外水压力折减系数级别地下水活动状态地下水对围岩稳定的影响值洞壁干燥或潮湿无影响风化结构面有充填物质地下水降低结构面的抗剪沿结构面有渗水或滴水强度对软弱岩体有软化作用沿裂隙或软弱结构面有大量泥化软弱结构面有充填物质地下水降低抗剪强度滴水线状流水或喷水对中硬岩体有软化作用地下水冲刷结构面中的充填物质加速岩体风化对严重滴水沿软弱结构面有断层等软弱带软化泥化并使其膨胀崩解及产生机械小量涌水管涌有渗透压力能鼓开较薄的软弱层地下水冲刷带出结构面中的充填物质分离岩体有严重股状流水断层等软弱渗透压力能鼓开一定厚度的断层等软弱带并导致围带有大量涌水岩塌方 水工建筑物荷载设计规范附录标准的附录改进阻力系数法地基有效深度按下式计算当时当时式中地基有效深度地下轮廓的水平投影长度地下轮廓的垂直投影长度当计算得到的值大于地基实际深度时应按地基实际深度采用分段阻力系数可分别按下列情况计算进出口段见图式中进出口段的阻力系数板桩或齿墙的入土深度地基透水层深度内部垂直段见图式中内部垂直段的阻力系数水平段见图进出口段内部垂直段水平段图闸基分段示意式中水平段的阻力系数进口段出口段板桩或齿墙的入土深度各分段水头损失值可按下式计算式中上下游水位差各分段的水头损失值各分段的阻力系数总分段数将分段计算点的水头值依次按直线连接即得渗透压力的分布图形 水工建筑物荷载设计规范在渗透压力图形中尚应对进出口段按下述方法进行修正进出口段修正后的水头损失值可按下式计算式中按式计算的水头损失值修正后的水头损失值阻力修正系数可按下式计算见图其中底板埋深与板桩入土深度之和板桩另一侧地基透水层深度当计算的时采用修正后水头损失的减少值可按下式计算水力坡降呈急变形式的长度可按下式计算图进出口段渗透压力图形修正式中水力坡降呈现急变形式的长度渗透压力图形修正如图所示齿墙不规则部位可按下列情况修正见图凸型进出口型进出口图齿墙不规则部位的渗透压力图形修正当时可按下式修正式中水平段的水头损失值修正后的水平段水头损失值当时可按下列两种情况分别修正若可按下列二式修正 水工建筑物荷载设计规范式中内部垂直段水头损失值修正后的内部垂直段水头损失值若可按下列三式修正式中图中段的水头损失值修正后段的水头损失值将修正后的各分段点的水头值依次按直线连接即得修正后的渗透压力图形附录标准的附录简单管路水锤压力计算公式水锤特性系数按下列公式计算式中自上游进水口调压室至下游出口压力水道包括蜗壳尾水管及压力尾水道的长度压力水道负荷变化前或变化后的流速可按下式计算压力水道的各段长度与其流速的乘积之和静水头负荷变化前上下游计算水位之差水轮导叶有效关闭开启时间水锤在压力管道中的传播速度其值与管壁材料及厚度有关数值变化在范围内在缺乏资料的情况下可近似采用重力加速度发生间接水锤时的水锤压力相对值或可按表所列公式计算表简单管路最大水锤压力计算公式机组运导叶开度计算公式近似公式行工况开始终了关机 水工建筑物荷载设计规范续表机组运导叶开度计算公式近似公式行工况开始终了开机注导叶初始和第一相末的开度末相第一相水锤压力相对升高值末相第一相水锤压力相对降低值附录标准的附录主动土压力系数和静止土压力系数的计算主动土压力系数可按下式计算参见图式中主动土压力系数挡土墙后填土的重度挡土墙高度挡土墙背面与铅垂面的夹角挡土墙后填土表面坡角挡土墙后填土对墙背的外摩擦角可按表采用填土内摩擦角填土粘聚力填土内摩擦角的平均值填土内摩擦角的标准差填土粘聚力的平均值计算系数可根据墙后填土的内摩擦角和粘聚力的均值及其变异系数由表查取挡土墙后填土的值一般应根据试验资料确定当试验资料不足时对一般土可参照表 水工建筑物荷载设计规范表采用表填土对挡土墙背的外摩擦角表砾类土砂类土的值挡土墙情况类别松散状态中密状态密实状态墙背光滑排水不良墙背粗糙排水良好砾类土墙背很粗糙排水良好砂类土墙背与填土间不可能滑动表细粒土的值孔隙比塑性指数表计算系数值 水工建筑物荷载设计规范续表静止土压力系数可按下式计算式中静止土压力系数墙后填土的泊松比可取其概率分布的分位值若墙后填土为正常固结粘土也可由下式计算式中墙后填土的有效内摩擦角可取其概率分布的分位值当的试验资料不足时可参照表采用表静止土压力系数土类土状态砾类土砂类土竖硬或硬塑低液限粉土可塑低液限粘土软塑或流塑坚硬或硬塑高液限粘土可塑软塑或流塑 水工建筑物荷载设计规范附录标准的附录波浪要素和爬高计算基本资料年最大风速系指水面上空高度处平均风速的年最大值对于水面上空处的风速应乘以表中的修正系数后采用陆地测站的风速应参照有关资料进行修正风区长度有效吹程按下列情况确定表风速高度修正系数当沿风向两侧的水域较宽广时可采用高度计算点至对岸的直线距离修正系数当沿风向有局部缩窄且缩窄处的宽度小于倍计算波长时可采用倍为风区长度同时不小于计算点至缩窄处的直线距离当沿风向两侧的水域较狭窄或水域形状不规则或有岛屿等障碍物时可自计算点逆风向做主射线与水域边界相交然后在主射线两侧每隔做一条射线分别与水域边界相交如图所示记为计算点沿主射线方向至对岸的距离为计算点沿第条射线至对岸的距离为第条射线与主射线的夹角一般取同时令则等效风区长度可按下式计算图等效风区长度计算示意风区内的水域平均深度一般可通过沿风向作出地形剖面图求得其计算水位应与相应设计状况下的静水位一致波浪要素计算宜根据拟建水库的具体条件按下述三种情况计算波浪要素平原滨海地区水库宜按莆田试验站公式计算式中平均波高平均波周期计算风速风区长度水域平均水深重力加速度丘陵平原地区水库宜按鹤地水库公式计算适用于库水较深及 水工建筑物荷载设计规范式中累积频率为的波高平均波长内陆峡谷水库宜按官厅水库公式计算适用于及式中当时为累积频率的波高当时为累积频率的波高累积频率为的波高与平均波高的关系可按表进行换算表累积频率为的波高与平均波高的比值平均波长与平均波周期可按下式换算对于深水波即当时上式可简化为平均波长平均波周期与建筑物迎水面前水深的换算值也可由表查取表平均波长与平均波周期建筑物迎水面前水深的换算表 水工建筑物荷载设计规范续表深水波波浪爬高计算斜坡式建筑物累积频率为的波浪爬高可按下式计算式中累积频率为的波浪爬高累积频率为的波高考虑波浪入射角的折减系数按表采用与斜坡护面的结构型式有关的系数整片光滑不透水护面采用混凝土护面采用与计算风速和波速有关的系数可按表采用相对爬高系数按式式计算 水工建筑物荷载设计规范表考虑波浪入射角的折减系数表系数值注波浪入射角即波峰线与堤轴线的夹角注波速附录标准的附录水库坝前水温计算水库坝前水温的年周期变化过程可用下式表示式中水深处月时刻的多年月平均水温气温年周期变化过程的初始相位按确定水深处的多年年平均水温按确定水深处的多年平均水温年变幅按确定水深处的水温年周期变化过程与气温年周期变化过程的相位差月按确定拟建水库的多年平均水温可根据水库特性分别按下列情况确定的多年调节水库的非多年调节水库的水库式中水库坝前正常水深多年调节水库的变化温度层深度一般可取拟合参数按下式计算坝址多年年平均气温按确定拟建水库的多年平均水温年变幅可根据水库特性分别按下列情况确定的多年调节水库的非多年调节水库的水库 水工建筑物荷载设计规范式中拟合参数按下式计算修正后的气温年变幅按下式计算坝址多年平均气温年变幅按确定月多年平均气温可取太阳辐射所引起的增量可取拟建水库水温年周期变化过程与气温年周期变化过程的相位差可根据水库特性分别按下列情况确定的多年调节水库的非多年调节水库的水库附录标准的附录拱坝运行期温度作用的标准值拱坝运行期温度作用的标准值可由下列公式计算式中截面平均温度变化标准值和截面等效线性温差变化标准值封拱时的截面平均温度和等效线性温差由封拱时的实际温度分布按式计算由坝体多年年平均温度场确定的截面平均温度和等效线性温差按计算由坝体多年平均变化温度场确定的截面平均温度和等效线性温差按计算按下列公式计算式中上下游坝面多年年平均温度根据其外部环境按节中有关条文确定按下列公式计算其中 水工建筑物荷载设计规范式中温度变化周期取月坝体厚度混凝土的导温系数按确定气温年周期变化过程的初始相位按确定上下游坝面温度年周期变化过程的相位差当上游面为库水下游面为空气时可按确定上下游坝面多年平均温度年变幅根据其外部环境按中有关条文确定温度作用最不利组合的计算时点通常可取或计算与温升标准值相应的然后改变符号作为与温降标准值相应的上式中也可从图中查得图与的关系 水工建筑物荷载设计规范附录标准的附录本规范用词说明为便于在执行本规范条文时区别对待对要求严格程度不同的用词说明如下表示很严格非这样做不可的正面词采用必须反面词采用严禁表示严格在正常情况下均应这样做的正面词采用应反面词采用不应或不得对表示允许稍有选择在条件许可时首先应这样做的正面词采用宜或可反面词采用不宜条文中指定应按其他有关标准规范执行时写法为应符合的规定非必须按所指定的标准规范或规定执行时写法为可参照 /ٛ:>中华人民共和国电力行业标准水工建筑物荷载设计规范条文说明目次总则作用分类和作用效应组合作用分类及作用代表值作用效应组合建筑物自重及永久设备自重建筑物自重静水压力一般规定枢纽建筑物的静水压力水工闸门的静水压力管道及地下结构的外水压力扬压力一般规定混凝土坝的扬压力水闸的扬压力水电站厂房和泵站厂房的扬压力动水压力一般规定渐变流时均压力反弧段水流离心力水流对尾槛的冲击力脉动压力水锤压力地应力及围岩压力一般规定岩体初始地应力场围岩岩力 水工建筑物荷载设计规范条文说明土压力和淤沙压力挡土建筑物的土压力上埋式埋管的土压力淤沙压力风荷载和雪荷载风荷载雪荷载冰压力和冻胀力静冰压力动冰压力冻胀力浪压力一般规定直墙式挡水建筑物上的浪压力斜坡式挡水建筑物上的浪压力楼面及平台活荷载水电站主厂房楼面活荷载水电站副厂房楼面活荷载其他要求及作用分项系数桥机和门机荷载桥机荷载门机荷载温度作用一般规定边界温度温度作用标准值地震作用一般规定设计地震动加速度及设计反应谱地震作用的水库计算水位灌浆压力 水工建筑物荷载设计规范条文说明总则长期以来水工结构设计的作用荷载取值一般均由各类水工结构设计规范分别做出规定缺乏统一的取值标准和方法按照水利水电工程结构可靠度设计统一标准以下简称水工统标的要求本规范对适用于水工建筑物设计的作用取值标准作出了统一规定水工统标是制订各类水工结构设计规范应共同遵守的准则本规范第章基本上陈述了该标准中第章及第章的有关规定并在以后各章中对各种作用及其分项系数的取值作出了具体规定结构上的作用通常是指对结构产生效应内力变形等的各种原因的总称并可分类为直接作用和间接作用直接作用是指直接施加在结构上的集中力或分布力也可称为荷载间接作用则是指使结构产生外加变形或约束变形的原因如地震温度作用等长期以来工程界习惯于将两类作用不加区分均称为荷载为使规范名称简化和照顾习惯用语起见本规范仍定名为水工建筑物荷载设计规范但实际上包括了直接间接两类作用水工建筑物上的作用项目繁多受客观条件的限制本规范不可能对所有的作用进行全面研究并作出相应规定仅涉及水工结构设计中常遇的一些主要作用至于某些建筑物结构上的特殊作用或本规范未列入的其他作用如结构预应力土壤孔隙水压力及钢结构焊接变形作用等则可由相应的水工结构设计规范根据需要作出规定公路航运及港工等部门的设计规范其作用荷载取值的原则和方法不一定与本规范一致因此引用其中的作用荷载值时应结合水工结构的特点对有关作用及其分项系数的取值进行具体分析做到与本规范配套使用作用分类和作用效应组合作用分类及作用代表值结构上的各种作用当在时间及空间上相互独立时则每一种作用均可按单独的作用考虑水工统标对作用采用三种分类方式即按作用随时间的变异随空间位置的变异固定或可动和作用对结构的反应特点静态或动态进行分类其中按作用随时间的变异性分类是最主要的分类因为这直接关系到作用变量概率模型的选择某些作用的取值也与其持续时间的长短有关本规范根据水工统标将作用随时间的变异分为下列三类永久作用在设计基准期内量值不随时间变化或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用可变作用在设计基准期内量值随时间变化且其变化与平均值相比不可忽略的作用偶然作用在设计基准期内出现概率很小一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用附录水工结构主要作用按随时间变异的分类原则上是按照水工统标附录列出的采用分项系数极限状态设计方法时设计表达式中作用变量所采用的值称为作用代表值水工统标规定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关规范确定水工统标对作用标准值的取值原则和方法作出了具体规定本规范在确定各种永久作用和可变作用的标准值时遵循了这些规定至于水工结构设计中的两项主要偶然作用校核洪水位时的静水压力及地震作用的代表值本规范在有关章节中分别做出了规定 水工建筑物荷载设计规范条文说明作用效应组合当整个结构包括地基和围岩或结构的一部分超过某一特定状态而不能满足设计规定的功能要求时称该特定状态为结构相应于该功能的极限状态从工程结构设计的实际需要出发极限状态可划分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类对于结构的承载能力极限状态一般是以结构或结构构件达到最大承载能力或不适宜于继续承载变形为依据对于正常使用极限状态则是以结构或结构构件达到正常使用或耐久性要求的某一功能限值为依据作用对结构所产生的内力和变形如轴力弯矩剪力位移挠度和裂缝等统称为作用效应应由结构分析确定根据结构在施工安装运行和检修等不同阶段可能出现的不同结构作用体系和环境条件等结构设计状况可分为下列三种持久状况在结构正常使用过程中一定出现且持续期很长一般与结构设计基准期为同一数量级的设计状况短暂状况在结构施工安装检修或使用过程中短暂出现的设计状况偶然状况在结构使用过程中出现概率很小持续期很短的设计状况上述三种设计状况不仅作用的大小和持续时间可能不同而且结构的构成型式和支承传力条件以及结构材料性能也可能不同因此设计时必须首先区分结构的设计状况继而按照两类不同的极限状态分别对可能同时出现的各种作用进行作用效应组合以求得结构总的作用效应由于作用效应组合可能有多种情况因此应在所有可能的组合中取最不利的组合作为该极限状况设计的依据水工统标规定对持久状况短暂状况和偶然状况均应按承载能力极限状态进行设计其中持久状况和短暂状况下的作用效应组合为称为基本组合它仅考虑永久作用与可变作用的效应组合偶然状况下的作用效应组合为偶然组合它是永久作用可变作用与一种偶然作用的效应组合由于偶然作用在设计基准期内出现的概率很小两种偶然作用同时出现的概率必然更小因此在偶然组合中只考虑一种偶然作用如校核洪水位时的静水压力就不应与地震作用同时参与组合在分项系数极限状况设计表达式中水工统标采用了考虑工程结构的安全级别设计状况作用和材料性能的变异性以及计算模式不定性等因素且与目标可靠指标相关联的五种分项系数即结构重要性系数用以考虑不同安全级别的水工结构或构件应有不同的可靠度水平对应于三种结构安全级别分别采用和设计状况系数用以考虑结构在不同的设计状况下应有不同的可靠度水平对应于持久状况短暂状况和偶然状况分别采用不同的数值作用分项系数和用以考虑作用对其标准值的不利变异但不反映由施加于结构上的作用换算成作用效应的计算不定性材料性能分项系数用以考虑材料性能对其标准值的不利变异结构系数用以考虑作用效应计算不定性结构抗力计算模式不定性以及上述各分项系数未能反映的其他不定性在上述五种分项系数中结构重要性系数已由水工统标规定作用分项系数和由本规范针对各种作用分别给出其余种分项系数均由各类水工结构设计规范作出具体规定在偶然组合中参与组合的可变作用一般情况下均采用其标准值但考虑到某些可变作用与偶然作用同时出现的概率较小因此本条依据水工统标作出了与偶然作用同时出现的某些可变 水工建筑物荷载设计规范条文说明作用可对其标准值作适当折减的规定例如对于校核洪水位下的浪压力本规范规定其计算风速采用多年平均年最大风速即是对持久短暂设计状况下年重现期计算风速的一种折减根据可变作用在结构上总持续期的长短对正常使用极限状态应考虑长期短期两种作用效应组合情况可变作用的短期作用效应与永久作用效应的组合称为短期效应组合可变作用的长期作用效应与永久作用效应的组合则称为长期效应组合短期效应组合中的可变作用可直接采用其标准值长期效应组合中的可变作用则应将其标准值乘以小于的长期组合系数作为经常出现的可变作用值参与长期效应组合长期组合系数的确定方法已在水工统标附录中给出并由各类水工结构设计规范作出具体规定对于正常使用极限状态水工统标尚规定一般应按相应于持久设计状况的长期组合和短期组合设计根据需要也可考虑相应于短暂设计状况的短期组合在两种效应组合计算时各个永久作用和可变作用的作用分项系数均可采用建筑物自重及永久设备自重建筑物自重附录表系参照建筑结构荷载规范和港口工程技术规范中有关的材料重度并根据水利水电工程有关资料进行了修正补充本规范编制过程中共收集了国内外个水利水电工程其中国内个工程的大体积常态混凝土碾压混凝土和沥青混凝土的重度实测资料常态混凝土中部分为钻孔取芯样实测重度其他为机口取样实测重度碾压混凝土为核子密度仪现场测定的重度沥青混凝土为实验室测定的重度大量数理统计分析结果表明级配相同施工合格的常态混凝土和碾压混凝土可采用相同的重度值大体积混凝土的重度服从正态分布对的工程而言变异系数为根据统计分析结果并参考国内外一些比较成熟的成果规范列出了附录供设计选用通过试验确定混凝土的重度时参照水工统标之规定可按其概率分布的分位值取值本规范编制过程中共收集了国内外余座其中国内余座土石坝的压实干重度资料并进行了大量的数理统计工作结果表明土石坝的压实干重度服从正态分布工程的变异系数为根据统计分析结果并参考国内外土石坝的设计和施工经验规范列出了表供设计选用由于影响土石坝干重度的因素较多各具体工程的筑坝材料千变万化附表只给出了一个大致的范围在工程设计中主要应以碾压试验为依据来确定土石坝的压实干重度参照水工统标之规定其重度可按其概率分布的分位值取值附录表中土的分类遵循了土的分类标准水工大体积混凝土包括常态混凝土和碾压混凝土的重量主要用以抵抗倾覆和滑移一般对结构有利且其几何尺寸的变异性相对较小施工质量控制也为混凝土的重度提供了一定的保证故取其分项系数为对于普通混凝土结构建筑结构设计统一标准编制组曾对个省市自治区实测的块大型工民建钢筋混凝土预制构件的自重以及以上找平层垫层保温层防水层等约个测点的厚度和部分重度进行统计结果表明实测平均值为标准值的倍港口工程结构可靠度设计统一标准编制组曾对全国港口建设中混凝土和钢筋混凝土个样本进行统计结果表明自重均值与标准值的比值为水工统标送审稿附件二水工钢筋混凝土结构可靠度分析和分项系数确定对永久作用主要为水工钢筋混凝土自重开展了研究结果 水工建筑物荷载设计规范条文说明表明普通水工混凝土结构的自重的作用分项系数采用是恰当的在土石坝的稳定分析中土体或堆石部位不同所起的作用也不同滑弧上部的重量促使其滑动而下部的重量则往往阻止其滑动因此很难从整体上区分土石坝的自重对结构有利或不利但对于同一土体或堆石其重度越大说明其压实度越高其抗剪性能也越好对坝体稳定有利故规定其分项系数采用静水压力一般规定按照水工统标的规定结构设计时应根据在结构在施工和运用过程中的具体情况分别考虑持久短暂偶然三种设计状况水工建筑物结构的施工运行条件复杂因而静水压力计算时计算水位的确定必须与一定的设计状况相适应相应于持久设计状况或施工检修短暂设计状况下的静水压力属可变作用在遇到校核洪水时的偶然设计状况下静水压力则是一种偶然作用为使条文简明起见条文中将静水压力作为可变作用时的标准值及作为偶然作用时的代表值统称为静水压力代表值枢纽建筑物和闸门结构在不同设计状况下静水压力代表值的计算水位一般为水库的特征水位在建筑物运用过程中水位可以人为控制故对静水压力的作用分项系数采用影响坝内管道和地下结构外水压力标准值取值的因素较为复杂本规范基本上沿用现行水工结构设计规范中确定的原则和方法并规定其作用分项系数采用枢纽建筑物的静水压力水工统标的规定对那些有传统的取值或有显著特征的以及难以依靠统计资料按概率分布的分位值确定其标准值的可变作用可采用定义形式规定其标准值枢纽建筑物的静水压力即属于这种情形现行水工建筑物设计规范在考虑建筑物的静水压力时均以水库特征水位为依据因此本规范原则上也以水库特征水位为依据用以确定相应设计状况下枢纽建筑物的静水压力代表值本规范明确规定正常蓄水位或防洪高水位作为持久设计状况下静水压力标准值的计算水位正常蓄水位系指水库在正常运用的情况下为满足设计的兴利要求在供水期开始时应蓄到的最高水位防洪高水位系指水库遇到下游防护对象的设计洪水时在坝前达到的最高水位鉴于坝下游防护对象的防洪标准一般都在年一遇的洪水范围以内可以认为属于常遇洪水范畴因此对于有防洪作用的水库可将高于或等于正常蓄水位的防洪高水位作为持久状况下水位对待水库校核洪水位系指水库遇到大坝的校核洪水时在坝前达到的最高水位校核洪水出现的概率很低属稀遇事件应作为偶然设计状况考虑相应的校核洪水位就是偶然设计状况下静水压力代表值的计算水位水库设计洪水位系指水库遇到大坝的设计洪水时在坝前达到的最高水位它介于正常蓄水位或防洪高水位与校核洪水位之间主要用以计算正常运用时的泄洪流量确定泄水建筑物的泄洪能力对挡水建筑物的稳定和结构强度而言设计洪水位一般不起控制作用在混凝土重力坝设计规范试行补充规定和混凝土拱坝设计规范中一般已不考虑设计洪水位这一荷载组合情况参考美国日本等国外的坝工设计规范或设计导则对大坝设计也都只考虑正常蓄水位和校核洪水位两种情况因此本规范不考虑设计洪水这种情况 水工建筑物荷载设计规范条文说明本规范系确定各种设计状况下作用代表值的取值标准有的建筑物如拱坝土石坝还需要考虑计算水位低于正常蓄水位时的静水压力与相应作用的组合此种组合情况应由有关的专业设计规范作出规定河床式水电站厂房作为挡水建筑物的一部分故其静水压力代表值的计算水位应与闸坝等挡水建筑物相同坝后式和岸边式水电站厂房承受的静水压力作用其计算水位取决于下游特征水位即采用由有关设计标准规定的厂房防洪设计洪水位和校核洪水位在厂房施工期机组检修等短暂设计状况下其静水压力代表值的计算水位应按照水电站厂房设计规范的有关规定确定临时性水工建筑物如导流建筑物施工围堰临时性泵站等和各种类型大坝施工期渡汛时设计采用的设计洪水标准在水利水电枢纽工程等级划分及设计标准水利水电施工组织设计规范中均有明确规定可据以计算确定其静水压力代表值的计算水位水工闸门的静水压力水工闸门有多种型式按其用途可分为工作闸门事故闸门检修闸门和施工闸门等各种闸门的具体运用条件各不相同本条系指出确定闸门静水压力代表值时应考虑的一般原则设置在发电供水泄水等建筑物进水口的工作闸门或事故闸门是大坝水闸等挡水建筑物的组成部分闸门关闭时即起挡水作用因此工作闸门或事故闸门的静水压力代表值的计算水位应按照与相同的水位标准即持久设计状况下的计算水位可采用正常蓄水位或防洪高水位偶然设计状况下的计算水位采用校核洪水位根据国内工程资料多数船闸的上游最高通航水位与正常蓄水位一致最高挡水位与校核洪水位一致本条所列水工建筑物在其上游或下游侧一般设有检修闸门供该建筑物检修时挡水除河床式水电站有可能安排在汛期检修外一般安排在枯水期进行各建筑物检修时的上下游水位有所不同因此检修闸门在短暂设计状况下静水压力代表值的计算水位应根据设计预定的该建筑物检修时的水位确定导流底孔和其他临时挡水建筑物设置的闸门运用条件复杂情况各异因此闸门静水压力代表值的计算水位可参照规定的有关洪水标准结合设计预定的挡水水位经综合分析确定管道及地下结构的外水压力坝内钢管的外水压力主要由水库经坝体混凝土的渗流和沿钢管外壁的绕渗形成本条系参照水电站压力钢管设计规范的有关规定并参考国内个工程和日本田子仓南非莫希罗克等水电站的设计经验以及美国垦务局钢管设计标准等编写而成目前工程设计中折减系数值多采用实测地下水位线是确定建筑物外水压力的基本依据由于地下水位实测工作量很大一般测量期限较短所取得的数据有限因此可以考虑按测得的较高地下水位线作为确定设计地下水位线的基础此外在有些情况下很难或几乎不可能测得地下水位线此时可考虑由地质专家凭经验给出对于靠近水库的地段应考虑水库蓄水后地下水位可能出现的变化对于内水压力较大的引水隧洞内水外渗可能抬高地下水位特别是在混凝土衬砌与钢管交界处更应注意这种情况本条沿用水工隧洞设计规范关于混凝土衬砌有压隧洞外水压力的计算方法及外水压力折减系数的取值考虑到即使在完整性很好的岩层中通过裂隙处仍可能有渗漏水故 水工建筑物荷载设计规范条文说明本规范对附录中级岩体的外水压力折减系数作了适当调整无压隧洞和地下厂房的洞室可直接通过衬砌排水以大幅度降低外水压力云峰水电站阀室在混凝土衬砌边墙与围岩之间设置了排水槽使外水压力减小到零龚咀南水水电站在地下厂房周围设置了排水廊道衬砌与岩体之间设置排水槽厂房边墙均不考虑外水压力顶拱则按倍外压水头考虑鉴于国内水电工程的实践经验故提出条文中的有关规定本条对钢板衬砌压力隧洞的外水压力分为三种情况作出规定埋深较浅的钢衬隧洞钢板厚度通常按内水压力计算确定采用适当的加劲措施即可满足抗外稳定要求这种情况一般可不采取排水措施鉴于外水压力使钢管压屈破坏的经验教训故对此种情况下的外水压力宜按设计地下水位线以下的全水头计算在钢衬隧洞的上部或侧面设置排水洞以降低地下水位的工程实例较多国内如绿水河花木桥盐水沟鲁布革水电站国外如美国的巴斯康蒂瑞典的刚斗等排水洞的排水降压效果与其工程地质条件地下水的补给条件等有密切关系如花木桥水电站在下水平段顶部以上处开挖排水洞后使排水洞以上的地下水位线由原来的降低到以下而美国巴斯康蒂抽水蓄能电站高压管道的下平段在管道以上处开挖了条排水洞并打了大量足以覆盖条高压管道范围的排水孔由于排水孔堵塞和钢筋混凝土衬砌与钢管接头处渗漏等原因仅使外压水头由降低到工程实践表明采用排水洞并钻深孔排水可取得较好的排水效果但需结合工程地质条件确定排水的长期有效性国内外还有一些在钢管与混凝土之间或混凝土与围岩之间设置排水管的工程实例如日本的新高濑川今市抽水蓄能电站的高压管道在钢管与混凝土之间和混凝土与围岩之间均设置了排水管外水压力水头采用钢管上部覆盖岩层垂直厚度的倍而喜撰山抽水蓄能电站的高压管道虽在钢管与混凝土之间设置了排水但对外水压力水头未作折减我国花木桥水电站在高压管道内设置了排水管外水压力水头折减系数采用天生桥二级水电站在钢管外围采用了排水管外水压力水头折减系数采用在钢管外侧设置排水管排水效果好但维护修理困难地下水含有析离的矿物质时可能导致排水管堵塞因此在估计排水效果时必须考虑排水管的长期有效性扬压力一般规定混凝土坝水闸等水工建筑物施工时通常采用分层浇筑混凝土浇筑层面及混凝土与基岩接触面常是可能渗水的通道由于渗透观测资料很少估算层面或接触面可能脱开部分面积占总面积的百分比往往有困难为偏于安全计我国现行混凝土坝水闸水电站厂房等设计规范均假定计算截面上扬压力的作用面积系数为这与美国日本的有关设计规范中关于坝体内部和坝基面上的扬压力均作用于计算截面全部截面积上的规定是相同的实践经验和原型观测资料表明岩基上的混凝土实体重力坝宽缝坝空腹坝大头坝及拱坝等坝基面上的扬压力分布图形是不同的同一种坝型在不同的地基地质条件及防渗排水措施的情况下其扬压力分布图形存在很大差异故应根据不同的水工结构型式地基地质条件及防渗排水措施分别确定扬压力的分布图形挡水建筑物的扬压力是在上下游静水头作用下所形成的渗流场产生的是静水压力派生出来的荷载故其计算水位应与静水压力的计算水位一致在扬压力分布图形中以往习惯于将取决于下游计算水头的矩形部分的合力称为浮托力 水工建筑物荷载设计规范条文说明其余部分的合力称为渗透压力对于在坝基设置抽排系统的情况则以主排水孔为分界线分别计算其前后的扬压力混凝土坝的扬压力混凝土坝地基地质条件防渗排水措施对其扬压力分布图形的影响情况十分复杂故通常根据已建工程的实测资料统计分析排水孔处的扬压力水头与上下游水位的关系根据防渗排水条件的不同可分为以下种情况当坝基设有防渗帷幕和排水孔时统计分析排水孔处的渗透压力强度系数并定义为式中排水孔处的实测水头坝底面上的上下游计算水头当坝基设有防渗帷幕和上游主排水孔并同时设有下游副排水孔及抽排系统时分别统计分析主排水孔处的扬压力强度系数和副排水孔处的残余扬压力强度系数并定义为式中副排水孔处的实测水头当坝体内部上游面附近设有排水孔时统计分析排水孔处的渗透压力强度系数并定义为本规范编制时收集到多座混凝土坝的坝基面实测扬压力观测资料包括重力坝实体宽缝空腹坝支墩坝大头梯形坝拱坝双曲重力拱坝等多种坝型按不同坝型不同坝段河床坝段和岸坡坝段对渗透压力强度系数扬压力强度系数及残余扬压力强度系数分别进行了概率统计分析结果表明其分布概型以正态分布为好其概率分布的分位值与现行规范规定的平均值基本接近在最终确定扬压力分布图形中的渗透压力强度系数和扬压力强度系数时作了如下考虑实体重力坝河床坝段岸坡坝段的渗透压力强度系数分别采用和宽缝重力坝和大头支墩坝的渗透水流可以宽缝逸出故其渗透压力强度系数采用比实体重力坝小的值在坝基设有纵横向排水廊道及抽排措施的情况下对宽缝重力坝和实体重力坝分别采用不同扬压力强度系数和比现行规范不加区分更为合理空腹重力坝的腹孔位置一般在坝底宽的中间三分之一之内离排水孔的渗径较长渗透压力强度系数采用与实体重力坝相同以策安全岸坡的地下水位因库水位影响而抬高故岸坡坝段的渗透压力强度系数应比河床坝段大实测资料表明采用比河床坝段大的级差比较合适坝基抽排系统主要通过人为控制以降低浮托力故对残余扬压力系数可不区分坝型也不区分下游是否设帷幕一律采用国内有几座混凝土坝在坝基只设排水孔而未设防渗帷幕例如丹江口坝右岸坝 水工建筑物荷载设计规范条文说明段右岸坝段以及坝段占总坝段数的基础为弱透水的中性火成岩实测扬压力一般均小于设计值连续观测至今已有年未见异常石门拱坝坝段占个坝段的坝基为弱透水的云母钙质片岩实测扬压力值基本满足设计要求未见不利影响三门峡坝坝基为闪长岩在吕容值为的地段未做连续帷幕只设排水实测渗透压力强度系数为因此对于坝基仅设排水孔而未设防渗帷幕的情况其渗透压力强度系数值可按照既设防渗帷幕又设排水孔的情况即条文表中项适当提高后采用在拱坝拱座稳定分析中岸坡拱座侧面排水孔处的渗透压力强度系数一般可按岸坡坝段考虑但对于复杂地质条件下的高拱坝拱座侧面的渗透压力是一个三向渗流问题其靠上游一侧受库水位的影响靠山坡一侧受地下水的影响且地质条件复杂的高拱坝的拱座稳定比坝体应力对坝的安全更重要这是近十多年来已为工程界所公认的故应经三向渗流试验论证在所调查的多个混凝土坝扬压力观测资料中均未取得坝体内部扬压力的观测值现行混凝土坝设计规范规定坝体内部排水管处的扬压力强度系数为参照坝基面由实测统计资料确定的扬压力强度系数并考虑到坝体内部混凝土层面的粘结条件较坝基混凝土与岩石接触面粘结条件优越这一情况规定坝体内部比坝基接触面的扬压力强度系数小一个档次即对实体重力坝拱坝的扬压力强度系数采用宽缝重力坝及大头坝有宽缝部位的扬压力系数采用当扬压力按浮托力和渗透压力分别计算时浮托力主要取决于相应设计状况下的下游计算水位并与静水压力代表值的计算水位一致故采用与静水压力相同的作用分项系数即渗透压力主排水孔前的扬压力和主排水孔后的残余扬压力的变异性主要表现在渗透压力强度系数扬压力强度系数及残余扬压力强度系数的变异性而它们均可采用随机变量概率模型来描述根据多座混凝土坝坝基扬压力的观测资料按不同坝型不同坝段河床坝段或岸坡坝段分类进行统计分析的结果表明基本服从正态分布其概率分布的分位值与现行规范规定的平均值比较接近故用以确定与扬压力代表值相应的扬压力强度分布图形同时取其概率分布的分位值以确定与扬压力设计值相应的扬压力强度分布图形最后按这两种情况计算渗透压力主排水孔前的扬压力和主排水孔后的残余扬压力的设计值与代表值之比值从而确定其作用分项系数为渗透压力除实体重力坝采用外其他坝型均采用有抽排时主排水孔前的扬压力和主排水孔后的残余扬压力分别采用和混凝土坝坝前淤积泥沙对坝基的防渗效果可以从刘家峡坝坝段的观测资料得到证实该坝段号测压孔即孔布设在防渗帷幕前靠近坝踵的下游处从年月至年月连续观测资料反映扬压力强度系数为为了证实该孔的防渗结果年又在坝段增设了一组观测孔与坝段相同部位的孔至年月已有年连续观测的资料该孔扬压力强度系数亦为黄河三门峡坝段青铜峡及盐锅峡表盐锅峡大坝防渗帷幕前实等大坝在防渗帷幕前也布设了观测孔前两个测渗透压力强度系数坝坝踵的实测扬压力强度系数均在测压孔号挡挡挡溢溢之间后一个坝的实测值见表都反映了渗压强度系数淤积泥沙的防渗效果前苏联高萨扬舒申斯克重力拱坝实测坝踵扬压力水头是坝前水深的也是由于坝前淤积泥沙所致本条系根据葛洲坝二江泄水闸闸底面及消力池护坦底板年连续年的扬压 水工建筑物荷载设计规范条文说明力观测资料提出水闸的扬压力为了研究软基上水闸扬压力的统计特征曾经调查了江苏省沿海和内陆个软基上的水闸根据不同的工程规模和地基地形条件一般在闸底板的岸墙后设置了若干渗透压力观测剖面每个剖面布置根测压管以观测其渗透压力观测资料的整理方法与岩基上混凝土坝上采用方法相同即根据测压孔水位求扬压力强度系数以三河闸底板为例可以说明电拟试验成果改进阻力系数法计算成果与实测成果间存在着一定的差异如表所示从江苏省个软基上的水闸来看扬压力观测资料的连续性规律性均较差且与水闸设计规范规定采用的改进阻力系数法计算成果不一致虽然改进阻力系数法计算成果与电拟试验成果比较接近但它们均以地基土为均质的假定为前提天然地基在土层分布上很少是均质的加以地基受水闸运用条件如泄洪振动夏季闸身温胀等的影响目前的理论计算方法尚难以考虑这些因素所以观测结果与理论计算或试验成果存在一定出入也是必然的尽管理论计算法和电拟试验法的成果不完全符合实际情况但多年来在设计应用中已积累了一定经验在目前难以通过观测资料的统计分析或其他更好的方法确定水闸扬压力代表值之前本规范仍沿用现行水闸设计规范中规定采用的改进阻力系数法表三河闸底板渗透压力强度系数计算试验和实测成果比较测压管编号备注电拟试验成果改进阻力系数法计算成果原年月实测值次平均型观年月实测值次平均测年月实测值次平均成果年月实测值次平均本条文系基于下述理由当两岸墙后土层的渗透系数小于地基渗透系数时侧向渗透速率较慢其渗透压力较小采用相应部位闸底扬压力的计算值偏于安全当两岸墙后土层的渗透系数大于地基的渗透系数时侧向渗透速率较快其渗透压力较大故理应按侧向绕流计算确定大型水闸工程重要失事后造成的生命财产和社会经济损失巨大为确保工程安全和经济合理故应通过多种手段论证水电站厂房和泵站厂房的扬压力对于厂坝之间的接缝未经止水封闭处理的情况本条未作出规定由于接缝处排水沟或排水廊道的自由水面成为除上下游水位以外的第三个边界故应根据具体情况分别考虑坝体和厂房底面的扬压力分布图形本条与泵站技术规范和水电站厂房设计规范的规定一致本条参照混凝土实体重力坝的分析成果确定 水工建筑物荷载设计规范条文说明动水压力一般规定作用于水工建筑物过流面上的动水压力包括时均压力和脉动压力两部分因此作用于某点上的瞬时动水压强可表示为时均压强和脉动压强之和水流脉动压力主要指紊湍流作用在结构物表面的动水脉动压力其力学本质是由水流的紊动所产生的脉动流速场对固壁的作用它是一个重要的附加动力荷载当水流脉动对结构物的安全有影响或会引起结构振动时应考虑脉动压力的影响若明渠或管道中水流的平均水力要素如流速流量压强等不随时间发生变化则称之为恒定流若由于某种原因如闸门启闭暴雨径流潮汐溃坝等水流的水力要素随时间变化则称之为非恒定流对这两种不同的水流应按照不同的方法进行水力计算此外对于恒定流而言渐变流和急变流两种流态的压强分布规律不同计算方法也不一样对于重要的或体形复杂的输水及泄水建筑物因其动水压强的分布与建筑物体型水流条件及流态等有关并常涉及空间的三元水流多数尚难通过计算确定故宜由模型试验测定建筑物设计时可参照试验数据已有类似工程的原观测资料及实际经验综合分析确定渐变流时均压力对于恒定流当水流边界平直流线近乎平行直线时水流的水力要素沿程变化甚小属于渐变流渐变流的动水压强接近于静水压强分布规律故可按式计算时均压力是指某种恒定水流条件下动水压力随时间变化的平均值考虑到在某些情况下受到上下游水位波动的影响故对渐变流时均压力的作用分项系数采用反弧段水流离心力水流离心力是当水流经过轮廓弯曲的结构物表面时产生的作用力属于急变流范畴模型试验研究表明反弧段底部的离心力强度分布呈一凸峰曲线压强最大值发生在转角附近在试验弗氏数为的范围内对反弧半径挑角及常用的水深与反弧半径之比等条件下进行的组试验所得压强分布如图所示图中反弧底面测点处的压强反弧底面各测点处的平均压强试验成果表明最大压强与平均压强之比约为按式计算的离心力平均压强比模型试验的平均压强平均小左右计算离心力压强的式是将反弧段水流的曲率半径简化为等同于反弧半径的条件下求得的若考虑水流水深的增加引起的曲率变化当图反弧底面压强分布时压强值可能增大 水工建筑物荷载设计规范条文说明为计算点处的水深及流线曲率半径如果考虑水流掺气的影响则压强值将比不考虑掺气时的计算有所减小当含气量为流速为的条件下压强值将减小为简化计确定在常用的反弧半径范围内采用式及式计算以弧段的离心力反弧段的边墙同样也受到离心力作用试验表明在靠近底部倍水深的范围内离心力的作用比较明显沿反弧的径向剖面上挑坎出口断面除外侧墙的压强呈现由凹变凸的曲线分布如图所示图中横坐标为边墙各点距底面水深压强与底部压强之比按规定的线性分布假定所求得的荷载值比试验值大左右反弧段水流离心力压强分布的变化较大计算式均作了一定的简化结合试验研究成果分析确定其作用分项系数采用图边墙压强分布水流对尾槛的冲击力在现行设计规范中水流对尾槛的冲击力的计算公式是由流体力学阻力公式演变而来的由于消力池内水流是由急流变为缓流的水跃尾槛上下游可能存在较大的水位差为半有限空间过流其流态与一般绕流有很大不同所以沿用一般绕流的阻力系数是不合理的影响水流对尾槛冲击力的因素较多其中消力池中水流流态的影响最为显著加拿大日本英国及印度的学者对此研究较多尽管不同文献所论及的实验条件实验方法设定标准不尽一致但冲击尾槛的水流流态却大体一致并可按以下三种不同流态确定阻力系数流态消力池内未形成水跃水流直接冲击尾槛流态消力池内形成了水跃下游水深不影响跃首位置流态消力池内形成了水跃下游水深影响跃首位置关于流态的水流阻力系数兰德的测量结果为左右卡尔基的结果为拉贾拉南的结果为纳雷扬纳恩的结果为欧特修给出了经验公式其计算结果为流态是从流态过渡而来的其阻力系数之上限值为并随着值的增大而减小相应于时按拉贾拉南的公式计算阻力系数逐渐减小到按欧特修的经验公式计算大者取小值关于流态由于下游水深的增加其阻力系数较流态小按拉贾拉南公式的计算结果为大者取小值综上所述对于消力池内未形成水跃水流直接冲击尾槛的情形阻力系数可采用对于消力池内形成了水跃且的情形阻力系数可采用大者取小值脉动压力工程设计中遇到的脉动荷载涉及点脉动压强和面脉动压力及其关系本规范根据国内外现有研究成果对其做出了适当规定对于溢流式厂房顶陡槽和鼻坎等部位的紊流边界层型脉动压力根据国内潘德嘉等人的 水工建筑物荷载设计规范条文说明研究成果和由日本新成羽工程原型观测得出的时间空间函数按指数型衰减的规律导出点面折算系数值为当结构块顺流向长度时本规范取当时部分脉动压力不在相位同步范围故取上述规定仅考虑纵向相关而横向相关一般为纵向相关的故本规范所取数值具有足够的安全裕度关于平底消力池中水跃作用于底板脉动压力的点面关系本规范引用了在第届国际大坝会议上发表的关于的试验成果但目前此项研究尚不够充分对重要工程宜通过适当的专项试验确定水流脉动压力是一种交变荷载因此可根据不同的设计要求按不利条件考虑取正值或负值脉动压强无论对于空间或时间都是随机的随机场或随机过程其统计特征包括脉动压强幅值强度时间空间相关特征及频谱功率谱能谱密度与空间相关尺度等方面按照水力学定义压力系数的方法定义脉动压强系数为式中脉动压强幅值的均方差脉动压强系数水的密度计算断面的平均流速对大量原型观测和模型试验资料的统计分析结果表明水流脉动压强幅值近似服从正态分布本规范取倍均方差为脉动压强代表值取倍均方差为设计值相应的作用分项系数为水流脉动压强系数可根据水流特征分别按急流区平顺水流边界和突变水流边界确定前者属紊流边界层型如溢流式厂房顶泄水陡槽底板和挑流鼻坎面等后者属强分离流型如水跃消力池底板和突扩突缩边壁等理论分析表明紊流边界层内壁上脉动压强系数的理论值约为急流区平顺边界层的脉动力幅值不大这已为大量原型观测资料和模型试验成果所证实关于溢流式厂房顶的脉动压强系数现有修文池潭乌江渡日本新成羽等工程的原型观测资料变化范围为其中修文为池潭为新安江为乌江渡左岸滑雪道副厂房顶为丰满水平护坦类比于平溢流厂房顶为日本新成羽为以边界层外流势场流速水头计此外尚可参考两项工程的模型试验资料二滩为三峡主厂房为当反弧末端设通气槽时可增大至关于泄水陡槽槽身鼻坎等部位的水流脉动压强系数也有模式口乌江渡等工程的原型观测和模型试验资料可供参考模式口陡槽槽身为乌江渡右岸泄洪洞下游拱渡槽槽身为反弧段中部为乌江渡左泄洪洞反弧最低点为鼻坎上为乌江渡左岸滑雪道反弧最低点为鼻坎上为溢流面为乌江渡号溢流孔反弧最低点为鼻坎上为平桥试验陡槽槽身处小于鼻坎上为根据上述研究成果本规范对溢流式厂房顶泄槽和鼻坎上的脉动压力分别做出了规定由于其性质均属紊流边界层压力脉动故其下限一律可取关于其上限考虑到溢流式厂房顶流 水工建筑物荷载设计规范条文说明程短边界层一般不发展到水面掺气影响较小故取对于泄槽因其流程较长边界层通常发展至表面且通常要设置通气槽在槽下游底板脉动压力成倍增大故取对于鼻坎上的水流脉动压力实测结果表明一般不大但考虑到该部位一般有掺气影响且有逆压梯度边界层较不稳定故取消力池中的水跃水流由急流突变为缓流其水流运动具有强烈的分离扩散和掺混作用因此消力池底板上的水流压力脉动比较复杂影响因素较多如弗氏数雷诺数淹没度以及沿水跃长度方面的变化等本规范仅根据来流收缩断面处弗氏数和沿水跃长度方向距离的不同分别规定的取值的影响仅区分大于和小于两种情况加以考虑关于沿水跃长度方向值的变化许多试验研究表明在的范围内变化较大为计算断面离消力池起点的距离为收缩断面水深当时达到最大值其值为个别实验达考虑到一般工程中消力池内水跃均有一定淹没度故本规范对消力池的不同部位规定了不同的值且取其较低的值水锤压力水电站压力管道中的水锤压力目前常用的计算方法有解析法特征线法和数值积分法对于大型工程及复杂管路多采用数值积分法且可与调压室涌波进行联合计算对于中小型工程及简单管路包括可简化为简单管路的复杂管路可按附录所列公式计算其计算结果经修正后也具有一定的精度和安全度附录所列的解析公式是依据管道孔口出流导叶开启关闭过程按直线规律变化导出的适用于间接水锤压力计算当用于反击式水轮机时误差较大宜乘以一个大于的修正系数参照水电站机电设计手册水力机械修正系数与反击式水轮机的比转速有关需通过试验确定当无试验数据时对混流式水轮机可取轴流式水轮机可取在压力水道的布置和结构尺寸确定以后计算压力水道内的水锤压力代表值应首先区分不同的设计状况和机组运行工况设计状况应考虑持久状况和偶然状况本条系参照水电站调压室设计规范作出具体规定常规水电站上下游压力水道水锤压力代表值计算的控制工况分别为机组突然丢弃全部负荷或机组由部分负荷突增至满负荷抽水蓄能电站上游压力水道的计算工况与常规水电站相同但下游压力水道一般受水泵工况控制其最小扬程系按下库相应设计状况下的高水位与上库最低蓄水位时的条件确定本条给出的计算公式是根据水锤压力和沿管线的各段管道长度与流速之乘积为线性关系的假定拟定的按公式计算的系管道各计算截面的水锤压力升高值即相应设计状况下各计算截面的水锤压力代表值对于设置调压室的压力水道一般情况下当水锤压力达到最大值时调压室水位还较低而当调压室水位升高到最高时水锤压力已经衰减用特征线法可以计算出涌波与水锤压力各自的过渡过程及其压力叠加值但采用解析法计算水锤压力和调压室涌波水位时因无历时过程通常只能根据调压室的型式考虑二者的相遇效应对于简单调压室一般可不考虑二者叠加对于阻抗式或差动式调压室则可按涌波最高水位与最大水锤叠加考虑采用气垫式调压室时水锤压力与 水工建筑物荷载设计规范条文说明涌波水位的相互影响必须通过联合计算确定通过部分水电站的验算表明采用解析法数值积分法的计算结果与实测水锤压力值的差值一般在以内故确定水锤压力的作用分项系数可按采用地应力及围岩压力一般规定传统的地下结构设计主要是根据围岩坍落所形成的荷载来选用支护结构将支护结构与围岩截然分开考虑实践证明这种做法不够合理如今人们已普遍认识到围岩与其加固措施是不宜分开考虑的如衬砌喷混凝土等是从外部加固围岩限制围岩的过大变形而锚杆灌浆等措施是从岩体内部加固围岩以提高围岩强度及其完整性因此在地下工程设计中应充分考虑发挥围岩的自稳能力和承载能力为了使地下工程设计摆脱传统观念的束缚本条强调了围岩自身的重要性为了正确评价围岩作用首先要根据工程所在区域岩体的初始地应力天然应力状态研究洞室开挖后围岩应力重分布的大小及其特点以及围岩的应力变形及其与围岩强度之间的关系从而确定围岩抗力的大小及其分布因此岩体初始地应力和围岩压力便是地下结构设计中涉及的主要围岩作用根据国家标准水利水电工程地质勘察规范岩体按其结构特征可划分为整体块状结构层状结构碎裂结构及散体结构种类型其变形和破坏的机理如下整体块状结构的围岩岩体具有较高的力学强度和抗变形能力岩体很少有断层弱面及节理所含裂隙水极少在力字属性上可视为均质各向同性的连续介质围岩具有很好的自稳能力和承载能力并常表现为弹性变形变形的大小受岩体初始地应力的制约层状结构的岩体是指完整性不同或软硬相间的层状岩体并可分为厚层和薄层两类岩体中的弱面以层理片理为主常夹有软弱夹层层间错动面以及层状脉动地下水其力学性质表现为正交各向异性的连续介质应力应变受岩层组合控制这类岩体中的围岩除出现不稳定楔形体的崩落和滑移外常表现为层面破裂岩层弯曲折断而向洞内滑移或塌落对于这类岩体的围岩作用厚层及巨厚层状结构可按块状结构处理薄层状结构可按碎裂散体结构类型处理碎裂结构的岩体是指断层褶曲岩脉穿插挤压和风化破碎如次生泥化的岩体由这类岩体组成的围岩常表现为坍塌破坏形式其特征和规模取决于岩体的破碎程度和含泥量的多少这类围岩属性为松散介质故可按松散介质极限平衡方法进行分析结构为鳞片状碎屑状颗粒状碎块状具有大量夹泥且块状呈棱面接触的岩体通常称之为松软岩体其力学属性常表现为弹塑性塑性或流变性岩体的整体强度遇到极大破坏而接近松散介质这类围岩极易变形并表现为塌方滑动塑性挤压变形等破坏形式可采用松散介质极限平衡方法配合流变理论进行分析综上所述围岩岩体的结构特征及其物理力学特征性不同其破坏的形态也有所不同围岩岩体的结构特征成为影响围岩作用的主要因素因此地下结构设计时应根据围岩岩体的结构类型分别确定其围岩作用其中对于整体块状结构的围岩当遇有不利裂隙切割时应考虑局部不稳定块的滑移作用对于岩体具有膨胀性岩溶及受地下水侵蚀严重的洞室围岩的变形和破坏机理有其特殊性这类岩体的围岩作用应根据具体情况专门研究确定岩体初始地应力及围岩压力很大的变异性尽管目前国内外对此作了大量有效的研究工作 水工建筑物荷载设计规范条文说明积累了很多宝贵的资料但由于岩体结构的复杂性远不足以采用概率方法经统计确定其特征值本章中对岩体初始地应力围岩压力标准值的取值均具有一定经验性或仅对其取值原则作出规定对此两项作用的作用分项系数采用是由于进一步作出较精确的取值存在实际困难取大于的作用分项系数并无实际意义岩体初始地应力场岩体的初始地应力状态是目前地下工程设计和施工中应考虑的主要因素之一初始地应力场资料需要通过现场实测才能获得但一般工程往往受到各方面条件的限制难以大规模地开展应力场实测工作因此仅要求对重要的工程通过现场实测根据实测资料分析确定其岩体初始地应力场一般情况下当工程所在地区或附近具备少量实测地应力资料时可建立区域地应力场的有限元计算模型进行模拟计算使各已知点的计算地应力与实测地应力达到最佳的拟合程度其他未知点的地应力即可按模拟计算结果确定某些情况下也可根据少数实测变形资料进行反演分析以确定其初始地应力场现场实测虽然是获得岩体初始地应力的主要手段但实测数据一般离散性较大因此应充分考虑地质构造地形地貌地表剥蚀作用岩体力学性质等因素的影响综合分析确定岩体初始地应力场岩体初始地应力场以重力场为主的区域通常具有岩层平缓未经受较强烈地震影响具有全风化或强风化带等标志根据国内外地应力的实测成果剔除其中受地形及新构造活动影响的数据后经统计分析得出岩体垂直地应力的大小近似等于洞室上覆岩体的重力这一结论与弹性理论相吻合但应注意在岩体的浅层其离散性较大由重力和构造应力场叠加而成的岩体初始地应力场极为复杂一般需通过现场实测确定其中构造应力场是问题的关键虽然定量分析几乎还不可能但通过了解工程地区的地质构造运动发展史以及对新老构造运动关系的分析研究基本上可以确定初始地应力值的量级及空间分布规律根据国内个工程实测地应力统计资料表明在重力场与构造应力场叠加的地应力场中构造应力影响系数最大值为最小值为平均值约其中值在以上的占以下的仅占的占考虑到值为时可认为不受地质构造的影响故确定值采用同时统计资料还表明水平地应力普遍大于垂直地应力最大水平地应力与垂直地应力之比一般在之间大部分为最大者达平均水平地应力即两个正交方向水平地应力的均值与垂直地应力之比一般在之间大部分为二滩水电站是国内地下洞室实测资料最多的工程实测个测点的水平测压力系数为平均值为根据国内外统计资料本规范推荐采用洞室埋深大受地质构造变动小者取其小值岩体初始地应力的大小对围岩稳定状况有着直接的影响岩体初始地应力越大围岩稳定性越差国内外学术界通常以围岩强度比系数即岩体最大主压应力与岩体强度的比值来评价岩体的地应力状态有一些专家认为当围岩强度比系数大于时围岩处于中高地应力状态围岩大多不稳定当围岩强度比系数小于时围岩处于低应力状态围岩基本处于稳定由于地应力状态受各种复杂因素的影响仅以应力的量级评价地应力状态不一定完全可信因而须结合工程类比和专家的判断综合分析确定岩体的地应力场 水工建筑物荷载设计规范条文说明围岩压力对于具有松脱压力的洞室进行开挖施工时为了保证施工的安全一般都根据围岩的松脱破坏程度采取施工支护或超前加固等措施若监测结果表明施工加固措施已使围岩达到稳定或基本稳定时则永久性支护设计时应考虑利用施工加固措施的效果在块体中厚层至厚层状岩体中进行洞室开挖时由于开挖后形成的临空面使岩体失去了原有的挤压和支撑作用有的岩块便可能向洞内滑移此时滑移岩体的重力或其分力形成了作用于支护结构或衬砌上的压力设计时应予以计算国内有关规范以往一直采用按松散介质理论估算围岩压力由统计资料和工程实践表明松散介质理论用于薄层及碎裂散体结构的围岩是合适的同时考虑到规范的连续性计算公式仍采用围岩压力系数的表达形式参照普氏理论方法对于破碎松散的围岩其坚固系数值均小于当压力系数采用时则相当于值介于之间地下洞室围岩的侧向水平压力仅在软弱破碎围岩中予以考虑本规范对水平压力的计算系参照国内外有关设计规范并结合国内工程实践经验确定的由于地质条件错综复杂各工程洞室的用途尺寸形状及施工方法等条件各不相同对形成稳定拱的洞室埋深作出统一的规定是有困难的有人认为埋深大致为倍坍落拱高度也有人认为倍开挖跨度即可近年来我国在这方面有很大突破个别工程洞顶以上覆盖岩石的最小厚度仅有洞室开挖跨度的十分之一其关键是采用了合理的施工程序和工程措施因此对浅埋洞室上覆岩体厚度不作规定仅规定了围岩压力的计算原则土压力和淤沙压力挡土建筑物的土压力挡土建筑物的土压力系指挡土建筑物挡土墙后的土体对挡土建筑物背面的土压力根据挡土墙相对于墙后填土的位移方向和大小挡土墙所受土压力可分为主动土压力静止土压力和被动土压力三类当挡土建筑物有背向填土的位移并达到一定量且墙后填土达成到极限平衡状态时作用于建筑物背面的土压力为主动土压力当挡土建筑物相对其后填土没有位移且土体处于弹性平衡状态时作用于建筑物背面的土压力为静止土压力当挡土建筑物有朝向填土的位移并达到一定量且墙后填土达到极限平衡状态时作用于建筑物背面的土压力为被动压力静止土压力产生的条件很明确它是在表产生主动和被动压力所需的墙顶位移挡土墙静止不动时填土作用于墙背面的土压土类应力状态墙移动类型所需位移力但主动土压力和被动土压力究竟在什么平移情况下才会产生是工程界至今尚未能完全主动绕墙底转动解决的问题一般认为极限土压力的发生砂土平移被动条件与墙体位移墙体结构型式地基条件绕墙底转动填土种类填土密实度等因素有关其中最主平移粘土主动要的因素是墙体相对填土的位移表绕墙底转动列出了美国基础工程手册中所给出数值可 水工建筑物荷载设计规范条文说明供参考由表中数值可见产生主动土压力所需的位移量较小而产生被动土压力所需的位移量则大得多对多数挡土墙来说在墙后填土压力或其他荷载作用下往往会产生离开填土方向的位移或偏转墙背所受土压力较接近主动土压力因而我国现行建筑物设计规范对挡土压力大多采用主动土压力进行设计静止土压力是在挡土墙静止不动墙后填土没有发生位移且处于弹性平衡状态的条件下发生的实际上挡土墙完全静止不动的情况是不存在的墙体在土压力或其他荷载作用下总要产生一定的位移或偏转只不过在墙体位移很小时墙背所受土压力与静止土压力相近也可采用静止土压力来设计挡土墙如水闸设计规范即规定岩基上水闸的土压力一般按静止土压力计算关于被动土压力由于水利工程中很少遇到挡土建筑物向填土方向位移的情形且被动土压力一般对建筑物稳定有利加之不易准确计算因此水工建筑物设计一般不予考虑而将它作为安全储备主动土压力的计算主要有朗肯理论和库仑理论由于库仑方法能考虑较多的影响因素并具有相对较高的准确度工程上多采用库仑方法计算主动土压力对于粘聚力的粘性填土以前常用等代内摩擦角加以考虑但这个等代内摩擦角不易确定采用这种方法具有一定的危险性我国建筑地基基础设计规范依据库仑理论的平面破裂面假设导出可考虑土的粘聚力作用的主动土压力计算公式应用效果较好故本规范也采用这一方法计算主动土压力根据土压力计算理论主动土压力与墙后填土重度墙的高度及主动土压力系数有关水利工程上的挡土结构一般都是大体积结构其几何尺寸变异性较小可作为定值处理对于经实际工程统计分析其变异系数多小于相对于主动土压力系数的变异性较小也可作为定值处理因此主动土压力系数的变异性就近似代表了主动土压力的变异性根据水工统标的规定作为永久作用的土压力可采用其概率分布的较不利的某个分位值作为其标准值本规范取概率分布的分位值对应的主动土压力就是主动土压力标准值主动土压力系数是墙后填土内摩擦角粘聚力填土对挡土墙的外摩擦角墙背与铅垂面的夹角墙后填土坡角的函数在这几种因素中几何形状参数可作为常量处理经验算在允许取值范围内取不同值对的影响不大也可作常量处理相比之下填土的力学指标参数具有较大的变异性对主动土压力系数的变异性影响最大对于的无粘性填土是的单调递减函数大量试验统计结果表明服从正态分布的分位值大致对应于的分位值由此可确定土压力参数的标准值对于的粘性土仍取其概率分布的分位值同时适当考虑之间的相关性对实测试验资料的统计分析结果表明的线性相关系数多在之间本规范偏于安全取为及墙体高度的影响取为对数正态分布根据实际统计结果比较符合对数正态分布用概率模拟方法求得的标准值其中计算系数即为概率模拟方法计算结果由于影响取值的因素较多如填土的实际力学参数的均值和变异系数墙高等附录中所列计算式和表中参数为众多因素不同组合中的较不利情况由此得出的主动土压力系数标准值在绝大多数情况下均不低于其概率分布的分位值土压力计算参数一般应根据试验结果统计得出当试验资料不充足时附录给出了不同土类的取值范围它们是根据实际工程的试验结果经统计分析后给出的可供设计时参照选用规范中的土类是按照土的分类标准并参考土工试验规程确定 水工建筑物荷载设计规范条文说明的需要指出的是附录中表和表的取值对墙后填土为特殊类土包括黄土膨胀性土和红粘土不适用遇到这种情况应通过试验确定对于墙背较平缓的挡土建筑物当墙背与铅垂线的夹角大于某一监界值时墙后填土破坏后将第二破裂面填土将沿第二破裂面而不是沿墙背滑动此时应考虑按第二破裂面计算作用于墙背的主动土压力当墙后填土表面作用无均布荷载时墙背主动土压力为三角形分布有均布荷载时可将该荷载换算成等重量的填土厚度进行计算此时墙背上的主动土压力为梯形分布与主动土压力类似静止土压力标准值取决于静止土压力系数的概率特性的计算方法常用的有两种一是从弹性理论导出的理论公式一是从工程经验总结出的公式使用弹性理论需要知道填土的泊松比值多数工程很少对此作专门研究一般根据填土种类从有关手册中查取对于正常固结粘土公式可以很方便地计算的确定值在工程设计中常被使用本规范将这两种方法一并列入供设计人员根据实际情况选用同主动土压力一样静止土压力为三角形分布其标准值按静止土压力系数的分位值计算在弹性理论公式和公式的实用范围内分别是填土泊松比和填土有效内摩擦角的单调递减函数因而计算参数应取其概率分布的分位值当试验统计资料不充分时规范给出了不同土类的取值表供设计时参照选用当墙后填土为膨胀性土时其静止土压力较大静止土压力的标准值需另作专门研究挡土结构土压力标准值的确定主要取决于墙后填土的特性参数值等而实际工程中应用的填土种类庞杂影响到特性参数的准确选用故宜采用较大的土压力作用分项系数经研究对主动土压力和静止土压力均采用上埋式埋管的土压力埋管所受土压力除与填土种类填土高度有关外还与埋设方式上埋式或沟埋式管道及地基刚度有关对于上埋式管由于管侧填土沉降大于管顶沉降从而对埋管有一个向下的附加拽力所承受的垂直土压力一般大于其上覆土重因此垂直土压力应按其上覆土重乘以一个大于的垂直土压力系数计算垂直土压力系数的计算方法较多本规范采用了较为适用的黄清猷法对其应用条件作如下说明本规范所指埋管系管材为钢筋混凝土或其他刚度较大的上埋式管按本规范进行埋管设计时要求埋管上填土的压实度应不低于对于未能压实的疏松散土垂直土压力系数将大于本规范所给数值需经专门研究确定对于在地基中挖沟埋设的沟埋式管填土受到沟壁的摩阻作用埋管所承受土压力将小于相同填土高度的上埋式管沟埋式管土压力的计算方法目前尚不成熟故本规范暂不列入其土压力应根据实际情况研究确定埋管侧向土压力采用朗肯主动土压力公式计算实际上管侧填土并未达到主动极限平衡状态实测结果表明管侧土压力处于主动土压务与静止土压力之间根据管道的结构受力情况分析采用较小的侧向土压力将使管道设计偏于安全故采用主动土压力公式计算按照土压力的计算理论侧向土压力近似为梯形分布但对圆形埋管考虑到管肩局部土重的压力及管水平直径下部倒拱的减载作用为了简化计算侧向土压力一般可采用距形分布对埋深较浅或高度较大的矩形管涵可采用梯形分布以考虑管顶与管底填土高度的不同对侧向土压力的影响 水工建筑物荷载设计规范条文说明淤沙压力本条沿用现行水工结构设计规范中采用的方法按朗肯理论主动土压力公式计算淤沙压力坝水闸等挡水建筑物前泥沙淤积是水库泥沙冲淤演变的结果故与入库水沙条件枢纽布置坝水闸前水流流态及水库运用方式等因素关系密切在计算坝前淤积高程时首先要确定计算年限然后通过数学模型计算或物理模型试验来确定目前设计中常采用的一维水库淤沙数学模型所预测的库区淤沙分布只能从宏观意义上来认识其坝前局部库段的计算结果若要比较确切的了解泥沙淤积的横向分布则必须通过二维数学模型计算或物理模型试验并结合已建类似工程的实测资料经综合分析确定根据已建工程的实践经验淤沙高程一般可按下述情况考虑对于库容与年入库沙量之比值较小如小于的水库其坝前淤积高程可按水库淤积平衡年限的计算值采用对于库容与年入库沙量之比值较大的水库可取与该工程基准期相同年限的入库沙量作为计算库区淤积分布的设计沙量并以相应的坝前淤积高程作为计算淤沙压力的依据经常开启的泄流排沙建筑物一般以其进口底槛高程作为坝前淤积高程邻近泄水排沙建筑物的坝段当排沙效果可靠时其淤积高程可根据排沙漏斗的侧向坡度估算若设计基准期内坝前淤积高程尚未达到进口底槛高程则按计算结果取值电站坝段的淤积高程一般宜取电站进水口高程当电站坝段或临近坝段设置排沙底孔时可根据沙漏斗的侧向坡度确定其淤积高程当泄流排沙建筑物有不同运用方式组合时可以各坝段的最高淤积床面作为计算的淤积高程淤沙的浮重度除可通过试验或工程类比直接取值外尚可根据选定的干重度和孔隙率利用公式计算确定淤沙的内摩擦角系表示其砂土的抗剪强度它不仅与淤沙的粒径有关也与淤沙的级配及形状有关粒径越大孔隙率越小其内摩擦角越大当孔隙率大于时内摩擦角接近于零对于同一淤积深度的泥沙随着时间的增加孔隙率减小而内摩擦角增大最后达到一个比较稳定的数值刘家峡八盘峡官厅等水库多年淤沙取样试验资料分析表明内摩擦角可达设计时应根据坝前淤沙的粒径范围和淤积年限参考类似工程的实测资料分析选定淤沙压力的变异性取决于计算参数及的取值与工程实际的差异影响这三个参数的因素错综复杂其取值与工程实际可能存在一定的差异但由于三个参数的变异对淤沙压力的影响是此长彼消相互制约的故最终对淤沙压力计算结果的影响幅度不大例如刘家峡大坝在安全定检复核时计算淤沙压力的三个参数及的实测值分别比原计算取值增大和而淤沙压力仅增加基于上述确定淤沙压力的作用分项系数采用风荷载和雪荷载风荷载关于风荷载标准值的计算本规范沿用了建筑结构荷载规范的有关规定在编制时规范修订组根据全国多个地点没有考虑小风区地点的气象台站从年到年部分台站从年或年到年的最大风速资料按照我国基本风压标准规定将不同风速仪高度和次定时平均年最大风速统一换算为离地高自 水工建筑物荷载设计规范条文说明记最大风速根据风速数据经统计分析得出重现期为年一遇的年最大风速进而按风速与风压的关系式换算为基本风压以此为统计基础制定出全国基本风压分布图总则条文中说明指出在设计其他土木结构或特殊的工业构筑物时本规范规定的风雪荷载也应作为设计的取值依据因此本规范基本风压引用了中的全国基本风压分布图及有关规定对于水工结构中高度大而水平横向剖面尺寸相对较小并以水平作用控制设计的高耸结构其风荷载的不定性尚难估计因而适当提高基本风压的保证率是必要的本规范规定的系数和分别相当于将确定基本风速的重现期提高到年和年山区地势起伏多变对风速影响较为显著水工建筑物大都建在山区其风压值不能直接取用平坦空旷地面台站的风速资料而我国的气象台站大都建在空旷平坦的地面上对山区风速的测量资料较少研究也不多在有条件的情况下以附近台站的风速资料为基础可通过对比观测和调查得出山区与附近台站的相关关系用以推算出山区的风压一般情况下则可按相邻地区的基本风压乘以本条所列调整系数采用在大气边界层内风速随离地面的高度而增加当气压场随高度不变时风速随高度增加的规律主要取决于地面粗糙度和温度垂直梯度本规范将地面粗糙度类别分为两类类系指海岛海岸湖岸及沙漠地区等类系指空旷田野乡村丛林丘陵及房层比较稀疏的中小城镇和大城市郊区对风速沿高度的分布采用指数律公式表达即式中高度为处的风速高度处的风速与地面粗糙度有关的系数相当于两类地区分别取和按照沿高度上风压与风速的平方成正比的变化规律可推求出任意高度处的风压与高度处风压的比值即为条文中表列出的风压高度变化系数风荷载体型系数是指作用在建筑物表面引起的实际压力或吸力与来流风压的比值它表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态分布规律主要与建筑物的体型和尺寸有关水工建筑物的风荷载体型系数除可按照及高耸结构设计规范有关规定确定外尚可参照公路航运港口工程等部门设计规范采用基本风压是根据平均风速确定的虽然它已按统计体现了平均重现期为年的最大风压值但它没有反映风速中的脉动成份可通过风振系数考虑脉动风压对结构的不利影响在水工结构中须考虑风振的结构不多主要是对于高耸的进水塔调压塔渡槽等结构须考虑风振的影响风振系数的计算方法较为复杂因此本规范规定可参照及等设计规范的有关规定或经专门研究确定考虑到风荷载受自然因素的控制变异性较大的特点确定采用较大的作用分项系数根据年最大风速资料的统计分析可认为风速风荷载均服从极值型概率模型分布当采用作用分项系数时风荷载的设计值相应于年设计基准期内风荷载概率分布的分位值雪荷载基本雪压是建筑结构荷载规范修编组根据全国个地点的气象台站 水工建筑物荷载设计规范条文说明从建站起到年的最大雪压或雪深资料经统计得出的年一遇年最大雪压以此规定当地的基本雪压当前我国大部分气象台站收集的都是雪深数据而相应的积雪密度数据不全在统计中当缺乏平行观测的积雪密度时均以当地平均密度来估算雪压值东北及新疆北部地区取华北及西北地区取其中青海取淮河秦岭以南地区一般取其中江西浙江取山区一般海拔高温度低有利于积雪因此山区雪压要比临近平坦空旷地区的雪压大由于一般气象站都设在比较平坦空旷的地点其积雪资料不能反映山区积雪的全部特性因此一般山间的雪压可取比当地平坦空旷地方大些在无实测资料的情况下可考虑将基本雪压增大后采用雪荷载采用与风荷载相同的作用分项系数根据年最大雪压资料的统计分析雪荷载也服从极值型概率模型分布当采用作用分项系数时雪荷载的设计值相应于年设计基准期内雪荷载概率分布的分位值冰压力和冻胀力静冰压力自年代初开始我国北方地区有关科研和设计单位曾进行过大量冰压力的现场观测和调查其中黑龙江省胜利水库具有连续年的观测资料通过实测与计算值比较最大误差为东北勘测设计研究院科研所和天津市水利科学研究所曾提出静冰压力的计算公式在此基础上根据东北和华北地区个水库的观测资料通过对冰压力与气温冰层温度变化以及冰厚等关系的进一步分析提出条文中静冰压力标准值的取值表作用在独立墩柱上的静冰压力的大小与建筑物的型式和冰的抗挤压强度有关静冰压力最大值即其抗挤压强度故独立墩柱上的静冰压力按抗挤压强度计算是偏于安全的静冰压力沿冰厚的分布基本上为上大下小的倒三角形故可认为其作用点在冰面以下冰厚处水冻结成冰后水压力变成冰压力故在冰层范围内二者不同时作用根据公式计算与实测静冰压力值比较其误差在左右故作用分项系数采用动冰压力冰运动时对宽长建筑物前沿如上游坝面的作用力与冰块的抗压强度厚度平面尺寸和运动速度等有关由于这些条件不同冰块碰到建筑物时可能发生破碎也可能只有撞击而不破碎本条采用了前苏联规范的计算方法但其中冰厚的取值是根据国内有关观测资料提出的在加拿大和美国的设计规范中冰的抗压强度是这样采用的融解温度下的小冰块取融解温度下的大块坚冰取整块运动的大坚冰取前苏联建筑法规提出了冰的抗压强度与气温的关系表同时规定对于水库湖泊和南方一些河流在流冰初期可采用在流冰期可采用国内齐齐哈尔铁路局冰压力试验研究组的现场试验结果表明春季低水位流冰初期的平均抗压强度为高水位流冰时为牙克石林业设计院提出流冰初期为后期高水位时为本条中的值是综合国内外现有资料提出的 水工建筑物荷载设计规范条文说明国内外对动冰作用在独立墩柱上的冰压力研究较多考虑的因素大致类似关于形状系数国内有关研究结果与前苏联规范相同二者按冰破碎条件进行计算的结果比较接近本条是以此为基础确定的冰的抗压强度系指冰层切入墩柱使冰达到破坏时的极限强度它比单轴抗压强度值大前苏联规范中采用一个结构物前沿宽度与冰厚的比值有关的增强系数来反映并规定南部河流冰的抗挤压强度在流冰期不大于在流冰初期不大于加拿大和美国亦同样引入一个与有关的裂痕系数其数值与大致相当国内齐齐哈尔铁路局根据试验提出冰的局部受压增大系数抗挤压强度与抗压强度之比为可见由上述各种方法得到的增大系数在一般情况下相差不大对冰的抗挤强度最终采用了前苏联规范的取值参考前苏联水工建筑物设计基本规定确定动冰压力的作用分项系数采用冻胀力国内外室内模拟试验的切向冻胀力与野外原型观测的切向冻胀力无一定规律目前国内外编制的标准规范中的切向冻胀力均根据野外原型试验成果确定从国外的资料来看切向冻胀力的观测结果存在一定差异例如加拿大潘纳测得混凝土基础的单位切向冻胀力为钢柱为美国工程师兵团测得粉砂土对建筑物基础作用的单位切向冻胀力为日本测得混凝土桩的单位切向冻胀力前苏联颁布的建筑法规多年冻土上的地基和基础规定的单位切向冻胀力为国内关于单位切向冻胀力的观测结果或取值也有差异如黑龙江省低温建筑物科研所的结果为黑龙江省水利科学研究所的结果为和前者是万家试验场后者是巴彦冻土场松辽水利委员会以下简称松辽委科研所在双辽和公主岭冻土站的观测结果为渠系工程抗冻胀设计规范规定的最大单位切力为交通部颁布的公路桥涵地基与基础设计规范规定的最大单位切向冻胀力为建设部冻土地区建筑物地基基础设计规范年送审稿规定的最大单位切向冻胀力设计值为本规范规定的单位切向冻胀力主要依据松辽委科研所在试验场连续年原型观测结果和在不同土质冻胀气温和地下水位等条件下取得的试验资料以及大量的实际工程调查资料参照国内外有关成果和规范经计算分析后得出的并已通过多座新建工程的验证设计冻深及有效冻深系数可按水工建筑物抗冰冻设计规范的有关规定采用挡土墙水平冻胀力主要受墙后土体的冻胀冻结状态含水量温度和挡土墙的刚度等因素的影响在冻结期的不同时间沿墙高的不同部位水平冻胀力均有较大变化本条给出的单位水平冻胀力是根据实测资料的综合分析后提出的其中水平冻胀力沿高度的分布是根据实测的压强分布图形按合力相等和力矩平衡最大力值作用点不变的原则进行线性简化后得出的表给出的单位水平冻胀力主要根据国内铁道部铁道科学研究院西北所黑龙江水利科学研究所松辽委科研所等单位取得的挡土墙测试结果并参考国外有关设计规范和资料经综合分析后确定的公式中墙体变形影响系数及边坡修正系数可按水工建筑物抗冰冻设计规范的规定采用挡土墙高度及厚度不同冻结线的形状和冻胀力作用也不相同目前尚无墙高大于的冻胀力资料故本条对水平冻胀力计算的适用条件加以限制目前国内外研究成果中所提出的竖向冻胀力差别较大表中的单位竖向冻胀 水工建筑物荷载设计规范条文说明力是根据黑龙江省水利科学研究所的试验资料结合国内外有关成果经综合分析后列出的对于重要的大型水工建筑物宜经专门研究确定作用在单块基础板底面上的冻胀力不仅与其底面积大小有关且与建筑物类型基础的约束条件及允许的竖向位移大小等情况有关因此在竖向冻胀力的计算式中反映了这些因素暖土冻结成冻土后土压力随之变成冻胀力但当土压力大于冻胀力时仍应取土压力进行荷载组合单位切向冻胀力和水平冻胀力的取值主要依据东北地区的实测资料及试验资料并在多项新建工程应用中得到检验考虑到按公式计算确定切向冻胀力水平冻胀力标准值时有关因素的不利影响故取其作用分项系数为浪压力一般规定本章仅适用于坝水闸等挡水建筑物由风浪产生的浪压力的计算海堤的风浪压力主要受台风的影响目前系统的台风观测资料不多相应浪压力的计算经验不足河堤的浪压力同时受风浪和船行波浪的影响非本规范制定的内容故本章不适用于海堤河堤的浪压力计算港口工程技术规范规定当海港所在位置或其附近有较长的波浪实测资料时可用波浪实测短期分布的某一累积频率波高的年最大值系列进行频率分析然后按某一重现期确定设计波高继而计算波浪压力标准值当海港工程所在位置或其附近均无长期的波浪实测资料但对岸距离小于时则可由当地的风速资料间接确定不同重现期的设计波浪然后用某一重现期的风速和对岸距离计算同一重现期的波浪要素最后计算波浪压力标准值河川水利枢纽工程几乎难以得到长期的波浪实测资料而与上述后者情况类似故波浪压力标准值一般可根据当地实测风速资料按某一重现期的风速推算波浪要素然后按某一累积频率波高计算波浪压力标准值事实上现行水工建筑物设计规范基本上遵循了这一原则只不过具体的标准和计算公式存在某些差异而已但对于级挡水建筑物当浪压力为主要荷载之一时模型试验论证工作也是必要的设计波浪的标准包括两个方面其一设计波浪的重现期即设计波浪的长期分布问题其二设计波浪的波列累积频率即设计波浪的短期分布问题当按风速资料间接确定不同重现期的设计波浪时设计波浪的重现期问题即计算风速的重现期问题现行水工建筑物设计规范采用风速加成法用以确定波浪要素的计算风速即在正常运用条件正常蓄水位或设计洪水位下采用相应洪水期多年平均最大风速的倍在非常运用条件校核洪水位下采用相应洪水期多年表设计波高的累积频率标准平均最大风速统计分析结果表明多年平规范名称或代号直墙式建筑物斜坡式建筑物级均最大风速的倍约相当于年重水闸设计规范级现期的年最大风速同时水工统标规定级港口工程技术规范与偶然作用同时出现的可变作用可根据观测资料和工程经验对其标准值作适当折减因碾压式土石坝级设计规范此本规范规定当浪压力参与作用基本组合级时采用年重现期年最大风速当浪压力前苏联国家建设委员会参与偶然组合时采用多年平均最大风速这样即遵循了水工统标的原则又与现行 水工建筑物荷载设计规范条文说明水工结构设计规范基本上保持了连续性关于设计波浪的波列累积频率国内外各水工建筑物设计规范之间虽然存在一定差异见表但除港口工程的斜坡式防波堤以外均在之内鉴于本规范不适用于海堤工程且按照水工统标的有关规定建筑物级别的差异可在结构重要性系数中考虑故本规范对设计波浪的波列累积频率一律采用关于波浪要素的计算一般都采用以一定实测或试验资料为基础的半理论半经验性方法因而都受到一定适用条件的限制莆田试验站公式是由南京水利科学研究院从年开始在福建莆田海浪试验站进行年的波浪观测经过对观测资料的回归分析后得到的比较适用于我国东南沿海及内陆平原水库的浅水波浪计算现行碾压式土石坝设计规范推荐使用该公式东南沿海浙闽两省的海堤设计也采用该公式鹤地水库公式和官厅水库公式比较适合于深水波浪计算采用了前者的波长计算公式和后者的波高计算公式而混凝土重力坝设计规范则引用了官厅水库公式我国幅员辽阔平原水库和山谷水库内陆水库和沿海水库的地理条件和风况等各不相同故本规范规定应根据拟建水库的具体条件分别采用不同的计算公式进行波浪要素计算本规范给出的波浪爬高计算方法是由河海大学针对港口工程技术规范第三篇海港水文中的波浪爬高曲线根据对斜坡堤波浪作用的多年研究成果修正后得到的通过对由年最大风速系列推算的某一累积频率波高进行概率统计分析和浪压力的分项系数研究可得到以下结论波高分布概型以极值型为好波高概率分布的分位值作为波高标准值相当于按年重现期年最大风速计算的波高波高概率分布的分位值作为波高的设计值相当于按年重现期年最大风速计算的波高分别按波高标准值和波高设计值确定波浪压力分布然后计算波浪总压力最后计算由设计波高计算的波浪总压力与由标准波高计算的波浪总压力之间的比值对直墙式挡水建筑物为左右对斜坡式挡水建筑物为左右为简便起见规定浪压力的作用分项系数采用直墙式挡水建筑物上的浪压力当波浪要素确定以后便可根据直墙式挡水建筑物前不同的水深条件判定波态确定建筑物上浪压力的强度分布然后计算波浪总压力当挡水建筑物的水深大于半个波长时水域的底部对波浪运动没有影响称之为深水波当水深小于使波浪破碎的临界水深时波浪破碎称之为破碎波当水深介于这二者之间时水域的底部对波浪运动有影响但并不使之破碎称之为浅水波深水波的波浪压力分布可按立波概念确定立波的波状运动系世纪年代由森弗罗的研究得出的其浪压力分布图形与实测的结果一致已被国内外现行有关设计规范共同采用破碎波的波浪压力分布图形是我国大连理工大学早在年代的试验研究成果国内现行有关设计规范均予以引用斜坡式挡水建筑物上的浪压力关于斜坡式建筑物上的浪压力计算前苏联国家建设委员会年颁布的建筑法规波浪冰凌和船舶对水工建筑物的荷载与作用给出了比较系统完整的计算方法公式和图表虽然曾得到原型实测资料验证却是基于规则波的模型试验研究成果故有必要论证其对于不规则波的适用性 水工建筑物荷载设计规范条文说明本规范编制时进行了单坡堤不规则波的模型试验研究结果表明累积频率为的波浪压力实测值比用累积频率为的波高代入前苏联法规中的公式计算斜坡上最大波浪压力的计算值要大得多而有效波浪压力实测值即累积频率约为的波浪压力实测值却与用有效波高代入该公式的计算值十分接近因此可以认为用有效波高计算的波浪压力即有效波浪压力而用其他累积频率波高的浪压力计算值并不一定具有与波高相同的累积频率研究结果尚表明累积频率为的波浪压力约相当于倍有效波浪压力波浪反压力的分布图形沿用了前苏联法规的规定同时参照条首先通过有效波高计算有效波浪反压力然后乘以的系数转换为累积频率为的波浪反压力对于有平台的复式断面或有折坡的斜坡式挡水建筑物其波浪压力情况较为复杂故只能通过模型试验确定楼面及平台活荷载水电站主厂房楼面活荷载水电站主厂房的安装间楼面主要用以堆放和组装机组大件设备发电机层楼面是机电设备装配与检修的主要场地水轮机层楼面一般布置机电附属设备及管道等各层楼面的荷载情况均比较复杂由于可以收集到的实测资料甚少楼面活荷载难以通过数理统计方法确定以往虽有一些经验公式用于荷载估算但都过于粗略因此设计时应根据实际荷截的堆放位置安装支承方式和楼面梁板结构布置情况具体分析确定各层楼面的荷载值本规范编制时广泛收集了国内近座已建水电站主厂房楼面的荷载设计资料按单机容量分为大于和小于三类进行了统计分析统计分析结果列于表表主厂房楼面设计荷载统计参数汇总统计参数安装间发电机层水轮机层安装间发电机层水轮机层安装间发电机层水轮机层子样数均值方差变异系数最大值最小值注表中荷载单位为单机容量由于统计分析的数据系采用设计值而设计值通常是根据机电设备的实际堆放情况参考已建工程同类型电站相应楼层的设计荷载进行类比综合分析后取得的因此其取值在一定程度上包含了足够的安全度考虑到统计分析时按单机容量划分的区间较大比照水电站厂房设计规范附录一关于主厂房楼面均布活荷载的取值规定并参考国外有关设计规范列出表主厂房楼面均布活荷载标准值可在初步计算或缺乏资料时根据机组单机容量的大小选用水电站副厂房楼面活荷载副厂房各房间按其使用功能的不同可分为生产副厂房和办公用副厂房两类表 水工建筑物荷载设计规范条文说明中所列副厂房的楼面活荷载标准值系根据对国内近座已建水电站设计荷载资料的统计分析并参照附录一的有关规定提出的其他要求及作用分项系数设计构件时取用的楼面活荷载标准值是指正常情况下可能出现的最大值实际上在整个楼面同时布满活荷载并都达到最大值的可能性很小因此在设计梁墙柱和基础时应按楼面活荷载标准值乘以折减系数后采用折减系数的确定比较复杂国外传统方法是按梁的从属面积来考虑参照国际标准居住和公共建筑的使用与居住荷载建筑结构荷载规范和水电站厂房设计规范等并结合水电站厂房的实际情况确定折减系数采用按照的规定楼面活荷载当其标准值不小于的荷载分项系数采用本规范所规定的活荷载标准值是依据已建水电站的荷载设计值进行统计分析确定或规定按实际情况考虑故规定在一般情况下的作用分项系数采用在荷载有严格控制的情况下则可采用桥机和门机荷载桥机荷载用于水电站厂房的桥式吊车和其他水工建筑物的室内桥式双向或台式单向启闭机本规范统称为桥机均为软钩桥机即吊重物体采用挠性悬挂方式它们与采用刚性连接吊重物体的硬钩桥机具有不同的荷载特点水电站桥机工作间歇性大日常负荷很小只有在机组安装或大修时才在额定负荷工况下运行其运行速度缓慢一般情况下主钩升降速度控制在以内大车运行速度控制在以内小车运行速度控制在以内运行加减速度均在以下运行十分平稳根据水电站桥机的上述工作特点参照起重机设计规范及水利水电工程启闭机设计规范对起重机工作级别的划分原则水电站桥机运行机构的工作级别可定为轻级桥机的竖向荷载包括由桥机自重吊具自重和吊物自重产生的作用力纵向横向水平荷载分别是桥机大车小车在启动或制动时由其身质量引起的惯性力以及悬挂吊物摆动产生的水平分力条文中用于计算最大轮压的公式引自水电站厂房设计规范而两台型号相同桥机吊物情况下的最大轮压计算公式则是在式的基础上考虑平衡梁重的影响导出的桥机的纵向水平荷载是由桥机的大车运行机构在启动或制动时产生的该荷载由两部分组成其中一部分是桥机在大车运行时速度突变启动或制动时自身质量产生的惯性力另一部分为悬挂在吊索上的吊物及吊具在惯性力的作用下由于偏离了通过悬点的垂线由摆动产生的水平分力因此作用在一边轨道上纵向水平荷载的表达式为 水工建筑物荷载设计规范条文说明式中作用在一边轨道上的纵向水平荷载由桥机自身质量在大车启动或制动时产生的惯性力当吊物及吊具在吊索摆时产生的水平分力单台桥机总质量单台桥机小车质量吊物和吊具质量桥机跨度实际起吊最大部件中心至桥机轨道中心的最小距离大车行走时的加减速度可参照表取值建筑结构荷载规范规定表运行机构加减速度与相应加减吊车纵向水平荷载标准值应按作用在一边轨速时间的推荐值道上所有制动轮最大轮压之和的采用运行速度加减速度加减速时间应当指出这种取值方法系沿用前苏联年代全苏起重运输机械制造科学研究所的建议其依据是桥机制动轮与轨道之间的滑动摩擦系数采用并假定桥机制动时所产生的惯性力水平荷载不大于制动轮与钢轨之间的摩擦力即不发生滑移况且当时苏联的有关资料已指出仅用于近似计算因为它没有考虑大车运行时加减速度大小的影响也没有考虑吊物由于挠性悬挂在吊索上摆动产生的影响由于水电站桥机运行速度低启动与制动十分平稳因此纵向水平荷载的取值必须作新的改变对五强溪等个水电站桥机实际资料的验算结果表明其最大纵向水平作用力与最大轮压比值均在以下为此本规范规定桥机纵向水平荷载标准值可按作用在一边轨道上所有制动轮的最大轮压之和的采用需要指出这里假定的制动轮数目等于全部车轮数目如果制动轮数目等于全部车轮数目的则桥机纵向水平荷载标准值应按作用在一边轨道上所有制动轮最大轮压之和的采用由于按常规设计的桥机其制动轮数目一般为全部车轮数目的所以本条不涉及制动轮数目为全部车轮数目为的情况桥机的横向水平荷载由桥机的小车运行机构在启动或制动时产生该荷载由两部分组成其中一部分直接由小车的自身质量在小车运行速度突变启动或制动时产生的惯性力另一部分为吊物包括吊具摆动时产生的水平分力其表达式为式中作用于桥机两边轨道上的横向水平荷载小车运行时的加减速度可参照表取值该荷载由支承桥机的两边承重结构共同承受尽管受力可能不均匀但为了计算方便假定横向水平荷载由两边轨道上的各轮平均传至轨顶方向与轨道垂直并考虑正反两个作用方向对五强溪等个水电站的验算结果表明桥机横向水平作用力与最大轮压值的比值均在 水工建筑物荷载设计规范条文说明以下这是由于水电站桥机在起吊最大重量发电机转子时运行速度一般都低于考虑到受力的不均匀取其比值为桥机竖向荷载的动力系数主要用以考虑桥机运行时对桥机梁吊车梁及其连接的动力影响其主要因素是轨道接头的高低不平根据水电站桥机为轻级工作制的特点确定竖向荷载的动力系数采用水平荷载的动力系数可不予考虑考虑到桥机吊重物时停放位置的偏差运行中出现不同程度的啃轨现象等不利因素确定桥机竖向荷载和水平荷载的作用分项系数均采用门机荷载用于水利水电工程起吊闸门拦污栅等结构的门机可分双向门机含小车和单向门机按其设置地点又可分为坝顶门机尾水平台上的门机及其他部位的门机门机一般都在露天工作且均为软钩即吊物采用挠性悬挂此类门机的运行速度缓慢主钩升降速度一般控制在左右大车运行速度控制在以内小车运行速度约运行十分平稳根据以上特点故此类门机运行机构的工作级别为轻级门机竖向荷载包括由门机自重吊具自重闸门自重加重及闸门水压力产生的摩阻力等产生的作用力纵向和横向水平荷载分别是门机大车小车的运行机械在启动或制动时由自身质量引起的惯性力以及悬挂吊物摆动产生的水平分力对于露天工作的门机还考虑风压力的影响在初步计算时门机竖向荷载标准值可采用产品样本或同类产品的资料由于实际工程的结构布置往往不同如采用回转吊悬臂吊操作室等形成不对称布置门机提升荷载值变化较大故应根据实际情况加以修正门机纵向水平荷载主要由两部分组成一部分为门机自身惯性力另一部分为悬挂在吊索上的吊物及吊具摆动时吊索张力产生的水平分力均可参照桥机纵向水平荷载的计算方法计算但吊物的重力为闸门自重而不是最大启门力根据五强溪乌江渡等水电站门机纵向水平荷载的计算结果门机纵向水平作用力与大车制动轮最大轮压的比值均在以下未计算风压力作用考虑到制动轮轮压的不均匀性和风压力作用的影响故本规范规定纵向水平荷载标准值按大车行走时作用在一边轨道上所有制动轮最大轮压之和的采用门机横向水平荷载由三部分组成第一部分为门机小车自身的惯性力第二部分是当悬挂在吊索上的吊物吊具摆动时吊索张力产生的水平分力第三部分是作用在侧门架小车及吊物沿垂直轨道方向挡风面积上的风压力前两部分可参照桥机横向水平荷载的计算方法计算但吊物的重力为闸门的自重而不是最大启门力第三部分风压力又可分为两部分一部分是直接作用在侧门架及小车挡风面积上垂直于轨道方向的风压力另一部分是作用在悬挂吊物如闸门垂直轨道方向挡风面积上的风压力该风压力使吊物产生摆动而引起水平分力根据五强溪乌江渡等水电站的门机横向水平荷载的计算结果门机横向水平荷载与小车吊物及吊具重力之和的比值均在以下未计入风压力考虑到两侧轨道上受力的不均匀性和风压力作用的影响故本规范规定门机横向水平荷载的标准值可按小车吊物及吊具重力之和的采用 水工建筑物荷载设计规范条文说明确定门机竖向荷载动力系数和作用分项系数的理由与桥机荷载相同温度作用一般规定温度作用是与结构自身密切相关的间接作用对于具体的某一结构则取决于结构所出现的温度变化温度变化包括温升和温降它们分别使混凝土材料膨胀或收缩从而产生两种不同性质的温度作用效应因此本条以定义形式规定温度作用系指可能出现且对结构产生作用效应的温度变化包括温升和温降根据混凝土结构的特点其温度作用的发展过程可分为三个阶段早期自混凝土浇筑开始至水泥水化热作用基本结束为止中期自水泥水化热作用基本结束起至混凝土冷却到稳定温度为止晚期混凝土完全冷却以后的运行期施工期的温度作用系指早期混凝土的水化热温升和中期混凝土冷却产生的温降但早期水化热温升通常对结构有利一般不单独考虑必要时可考虑对其此后温度作用的折减施工期的温度作用是一个复杂的温度变化过程与具体的施工工艺密切相关因此本章只规定温度作用的计算条件而不涉及具体的计算方法参见条文运行期的温度作用系指晚期混凝土完全冷却后由外界环境温度变化产生的温度作用不同的施工工艺决定不同的运行期作用的计算起点当采用分块浇筑最后进行接缝灌浆形成整体结构的施工工艺时运行期温度作用的计算起点取结构形成整体时的温度场参见条文当采取通仓浇筑的施工工艺时则取施工期最高温度场为运行期温度作用计算起点对于水工大体积混凝土结构通常可仅考虑温度的年周期变化过程而对于处于空气介质中的杆件结构如厂房上部构架进水塔水上部分构架等必要时则应考虑温度月变幅的影响温度作用的大小及其在结构中的分布取决于结构外部环境和结构内部属性两个方面前者包括气温水温基岩温度及太阳辐射等因素后者包括结构的形状尺寸材料热物理属性及内部热源等因素它们共同决定结构与其介质的热交换条件从而决定温度作用的大小及其在结构内的分布当初始温度及内部热源的影响消失以后结构内温度分布及变化过程仅取决于材料的热物理特性及结构的环境温度变化条件对于杆件结构其截面高度通常较小无论考虑温度的年周期变化及月变幅的影响均可假定温度沿截面高度方向呈线性分布杆件结构通常按结构力学方法计算因此通常将温度作用分为截面平均温度变化和截面内外温差变化两部分来考虑对于简化为杆件结构计算的平板结构或厚度与曲率半径之比小于壳体结构此时坝面曲率对温度场的影响可以忽略若按拱梁分载法计算的拱坝坝体厚度通常在以上此时温度沿截面厚度方向呈非线性分布鉴于拱梁分载法等结构力学方法目前难以考虑非线性问题故对于此类结构的温度作用可仅考虑截面平均温度的变化和截面等效线性温差的变化所谓等效即假定线性分布的温度对截面中心轴的静力矩等于实际分布的温度对截面中心轴的静力矩非线性温差虽然是引起结构表面裂缝的重要原因但因其引起的应力具有自身平衡的性质不影响结构的整体变位和内力故一般可不予考虑对于坝体混凝土浇筑块与其他形状复杂的结构则必须按连接介质热传导理论根据其边值条件计算结构的温度场两个不同时刻的温度场之差值即其温度作用 水工建筑物荷载设计规范条文说明气温水温的变化及分布规律在本规范编制过程中进行了专题研究日照和基岩温度因资料缺乏无法进行统计分析仅根据已有的研究成果及少量资料作出规定混凝土的热物理特性指标因水泥品种混凝土配比骨料性质等不同而存在一定差异因此宜经试验研究后确定结构运行期混凝土的热物理特性指标变化相对较小在初步计算时可按表采用温度作用是随时间而变化的可变作用其随机特性主要体现在结构外部环境温度的随机性亦即气候条件的随机性经过数十年的水工建设实践关于温度作用的取值标准国同内外工程界学术界已趋于基本一致我国混凝土拱坝设计规范规定设计正常温降温升可采用保证率为的最低最高月平均气温与多年平均气温的差值也可采用多年平均气温年变幅水电站厂房设计规范规定室外构件的表面温升温降取最热月最冷月的平均气温与结构封闭时的温度或多年平均温度之差值下部结构的边界温度则取概率为的气温和水温美国年房屋建筑混凝土规范的编制说明对设计温度的取值要求采用经常出现的气温而不采用可能出现的最高值前苏联国家建委颁发的混凝土和钢筋混凝土坝设计规范规定参与基本组合的温度作用应由年内月平均温度平均变幅确定鉴于上述事实本规范规定温度作用标准值均以由多年月平均温度确定的年平均温度及年变幅作为标准温度作用的分项系数则主要取决于气温年变幅的分布概型及变异性统计分析的结果表明气温年变幅服从正态分布其变异系数可取按取设计值即其概率分布的分位值可得温度作用的分项系数为边界温度统计分析的结果表明气温年周期变化过程可用以月均值函数表示的简谐波来描述统计分析时以多年月平均温度为基本资料根据最小二乘法原理按式进行曲线拟合得到年平均温度温度年变幅及初始相位式式即由此推求得到结果表明式与实测资料具有很高的拟合程度其中自北向南在月内变化均值月变异系数为此本条规定对于纬度大于的地区取月对于纬度小于的地区则取月这比现行拱坝规范笼统地取月更为合理现行拱坝规范是按式计算温度的年变幅虽然粗略一些但其计算结果的误差并不大因此本条规定原则上应按式计算但也可近似地按式计算水库坝前水温随时间的变化及在空间的分布受到水库形状容积深度调节性能调度方式和地区气候条件水库来水来沙情况等众多因素的影响经统计分析的结果表明不同的水库均有其自身属性但却存在一定的统计规律所以本条规定水库坝前水温原则上应针对拟建水库的具体情况经专门研究确定初步计算时可按附录所提供的方法计算附录所提供的估算方法是在对大量已建水库实测水温资料统计分析的基础上提出的这比现行拱坝规范中水温估算方法有所改进必须指出这些估算公式是基于坝前正常水深在以内的水库实测水温资料的统计分析提出的难免存在一定的局限性因此对于水深超过的大型水库宜采用更精确的方法计算分析此外对于坝前存在异重流的水库这些计算公式也不一定适用统计分析的结果表明水库前某水深处的水温年周期变化过程采用以月均值函数表示的简谐波来描述是可行的参见条文说明其中年平均水温水温年变幅及水温和气温的 水工建筑物荷载设计规范条文说明相位差均以多年月平均分层水温为基础根据最小二乘法原理通过曲线拟合方法得到从而避免了确定时的人为因素和任意性年平均水温沿水深的分布规律用指数函数来描述是比较合理的且具有较高的拟合度其中拟合参数与当地多年平均气温具有良好的线性相关关系其相关系数为它所表征的水库表面年平均水温是由曲线拟合得到的具有最佳拟合意义的拟合参数值而不是其实测结果水温年变幅沿水深的分布规律相对来说要复杂一些水库属性不同不仅使分布曲线中的拟合参数有明显差异甚至连分布曲线的性质也可能各不相同鉴于现有文献均采用指数函数来描述其分布规律以及问题的复杂性故水温年变幅沿水深的分布仍采用指数函数表达其中拟合参数是一个较难确定的量这里从直观的物理概念出发来确定其取值地处北方寒冷地区的水库水库表面在冬季通常处于结冰状态因此通过附录中式对气温年变幅进行修正以得到决定水库水温年变幅的量然后通过回归分析得到式坝下游水温实测资料极少仅柘溪水电站进行了为期年的观测观测结果表明坝下游水温沿水深基本上呈均匀分布其年周期变化过程近似与上游发电进水口中心高程处坝前水温同步只是其年平均温度升高了这可归因于下游日照等因素的影响日照对结构温度作用的影响很复杂这里沿用混凝土拱坝设计规范的规定以一个附加增量来考虑日照对结构物表面年平均温度温度年变幅的影响必要时须经专门研究后确定坝基实测温度资料极少不足以作为统计分析的基础仅有的实测资料表明基岩温度在年内基本上不随时间变化其年平均温度主要取决于当地地温库底水温及坝基渗流等因素且沿河流方向的分布并不均匀温度作用标准值本条源于水电站厂房设计规范但在条文所做一般规定的前提下改变了计算表达式本规范是以年平均温度温度年变幅作为温度作用统计分析的基本变量对于某些对温度作用较为敏感的结构仅在必要时才考虑气温月变幅的影响本条源于混凝土拱坝设计规范但用于温度作用计算的年平均水温水温年变幅及相位差沿水深的分布曲线在统计分析大量实测资料的前提下略有修改参见附录及条文说明实体重力坝由于体积较大坝内存在一个较大范围的稳定温度区其环境温度变化对坝体应力的影响较小故一般不考虑运行期的温度作用但在坝体灌浆时的温度高于稳定温度时坝体应力计算时宜考虑温度作用宽缝重力坝空腹坝及支墩坝等结构由于坝体比较单薄坝体温度场主要取决于环境温度的周期性变化坝体内不存在稳定的温度场温度作用对坝体应力的影响较大因此宜按连续介质理论或其他专门计算方法考虑其运行期温度作用并取运行期最高或最低温度场与其准稳定温度场的年平均温度之差值作为温度作用的标准值大体积混凝土结构的根本特征是施工期产生大量的水化热且不易散发在混凝土的强度增长尚未结束温度降低时极易产生裂裂甚至出现贯穿性裂缝因而进行施工期的温度作用计算可为结构温控设计提供依据坝内管道投入运行后将在水温的影响下产生温度作用当坝内管道周围混凝土处于相对稳定的温度场而管道内出现最低水温时则会产生较不利的温度作用因此规定取其温差值作为标准值管道内的最低月平均水温和坝体准稳定温度场每年间存在的较小波动可在温度作用的作用分项系数中得到反映 水工建筑物荷载设计规范条文说明地震作用一般规定我国现行中国地震烈度区划图以及各部门的抗震设计规范都以烈度作为抗震设防的基本依据中国地震烈度区划图的使用说明指出区划图给出的是在年基准期内一般场地土条件下可能遭遇的地震事件中超越概率为所对应的基本烈度是一般工程项目的抗震设计依据对于重大工程和某些可能引起严重次生灾害工程的抗震设防必须进行更详细的工程地震研究本条规定与国家标准水利水电工程地质勘察规范协调一致地震时结构与其接触介质间的动力相互作用对结构的动力特性和地震反应有显著影响因此地震动水压力动土压力和地震惯性力都应作为地震对结构引起的主要动态作用土坝堆石坝的上游坝坡较缓计算表明动水压力的影响很小可不计瞬时的地震作用对水工建筑物的渗透压力和托力影响很小地震浪压力的数值也不大因此也可以不计对于地震淤沙压力在国外有关规范中或将动水压力的水深取至淤沙顶面高程再按动土压力考虑地震淤沙压力或将计算动水压力的水深取至库底面而不再考虑地震淤沙压力计算结果表明在淤沙高程小于库水深度的一半时后者稍偏于安全且又简化了计算因而常被采用当淤沙过高时则应作专门研究目前各国的水工抗震设计都不计竖向地震动水压力已有的研究成果表明当计入库水的可压缩性时竖向地震动水压力影响突出但当考虑库底的吸能作用特别是在有淤沙时竖向地震引起的动水压力将锐减迄今尚无可资实际应用的研究成果因此目前对竖向地震引起的动水压力可不予考虑地震动土压力问题十分复杂国内外目前大多在静土压力的计算中增加滑动楔体的水平向和竖向地震作用以近似估算地震主动动土压力地震被动动土压力问题更为复杂应结合经验作专门研究一般情况下水工建筑物水平向地震作用的影响是主要的但在高地震烈度区地震动的竖向分量较大因此在度烈度区特别是级依靠自重维持自身稳定的重力式挡水建筑物以及长悬臂大跨度和高耸的水工混凝土结构应考虑竖向地震作用对于土坝堆石坝和混凝土重力坝由于其垂直河流向的刚度较大故一般可只考虑顺河流向的水平向地震作用对于混凝土支墩坝垂直河流向的水平向地震作用则不容忽视但由于支墩坝沿坝轴线方向作为一个复杂的空间整体结构考虑其结构进行动力分析尚有困难因此设计中应首先考虑采取工程抗震措施以增强坝体的侧向刚度提高其侧向抗震能力必要时再做专门研究对于属于空间壳体结构的混凝土拱坝顺河流方向和垂直河流方向这两个水平方向的地震作用对拱坝地震反应均有重大影响因此应同时计入现行拱坝设计规范规定采用拱梁分载法计算竖向地震作用的影响较难考虑故需作专门研究设计地震动加速度及设计反应谱水工建筑物系以中国地震烈度区划图规定的基本烈度作为其设计烈度为协调统一起见采用建设部建标号文规定的与基本列度对应的加速度峰值即水平向设计地震加速度代表值实际上烈度与加速度峰值间定量关系的离散性很大目前国内外广泛采用的是其统计平均值这只是一个能被普遍接受的设计标准而已实测强震记录的统计结果表明地震 水工建筑物荷载设计规范条文说明的竖向分量一般为水平向分量的临近震中处的竖向分量甚至超过水平向分量目前国内外大多采用竖向分量为水平向分量的并考虑这两种分量的地震作用效应最大值的遇合概率对于要求进行地震危险性分析的水利水电工程其设防概率水准的确定是依据对我国多项重大水利水电工程场址的专门地震危险性分析资料进行统计分析和校准的结果其设计基准期则遵循水工统标的规定国内外震害资料表明地下结构的震害比地面结构轻综合前苏联印度抗震设计规范和日本少量实测资料以及我国唐山地震震害实况规定地面下及其以下的地震加速度代表值减为地面的在采用基于反应谱的动力分析法时设计加速度反应谱是重要的地震动参数其形式及有关参数主要与所在场址的场地土类别以及场址离地震震中的远近有关本条规定的设计反应谱基本采用建筑结构抗震设计规范给出的均值反应谱形式但某些参数的取值则是根据水工建筑物的特点确定的研究表明场地土越硬距地震震中越近场地反应谱中的高频分量越多反映地震卓越周期的特征周期值就越小目前已有的统计资料尚不足以区分场地土和震中距对反应谱最大值的影响因此目前确定的反应谱最大值只与结构阻尼比有关结构阻尼又与诸多因素有关例如结构相邻介质的相互作用能量逸散的影响水位和地基土的特征体系振动频率和地震动强弱程度等并具有非线性特征目前尚未从理论上搞清其复杂性表系综合国内外各类水工结构的实测阻尼数据强震时动力放大效应随阻尼增大而降低等资料的经验性取值地震作用的水库计算水位地震作用和校核洪水时的静水压力均属偶然作用按照水工统标的规定不应考虑二者组合因此与地震组合的水库水位宜采用水库正常蓄水位对于多年调节水库其正常蓄水位出现的概率比其他调节类型的水库低实际运行中正常蓄水位出现的概率往往又低于设计拟定的概率故可采用低于正常蓄水位的上游水位与地震作用组合研究表明土石坝上游坝坡的抗震稳定性不一定受水库最高水位控制因此需要选取最不利的水位进行抗震计算对于抽水蓄能电站水位降落属于正常运行条件因此对于这类水电站的土石坝应考虑常遇水位降落幅值与地震作用的组合研究表明高拱坝在水库低水位遭遇强震时顶部的动力放大效应可能恶化拱坝的应力分布水闸靠近岸边的闸墩和翼墙当上游水位较低而遭遇地震时墩墙后的侧向渗透压力和土压力与垂直河流向地震作用组合可能带来不利影响因此对于重要的拱坝和水闸本条提出宜作补充计算的有关规定灌浆压力压力灌浆是水工结构设计中普遍采用一种工程措施按其作用特点可分为帷幕灌浆固结灌浆回填灌浆接触灌浆及接缝灌浆等类根据工程实践经验一般仅对后类灌浆考虑其灌浆力作用对于岸坡较陡的混凝土坝有时还需考虑坝体与岩面间的接触灌浆压力作用回填灌浆压力接触灌浆压力和接缝灌浆压力均属施工过程中出现的临时性可变作用通常不与建筑物运行期出现的其他作用叠加故这类作用仅作为施工期的一种临时性复核作用 水工建筑物荷载设计规范条文说明在实际工程设计中通常不以这类作用作为确定结构尺寸的控制条件在结构复核时如因灌浆压力作用值过大而不满足设计要求时应采取相应的施工措施或降低设计采用的灌浆压力以满足设计要求关于回填接触和接缝灌浆采用的设计压力值至今仍无一定的规章可循主要是根据工程实际状况工程类比和实践经验来确定根据我国已建工程的统计资料回填灌浆设计压力一般为接触灌浆设计压力一般为接缝灌浆设计压力一般为由于回填接触灌浆压力一般都是作用于衬砌结构的局部区域并具有不均匀性质故衬砌结构计算时有时对设计灌浆压力值乘以一个小于的面积系数其取值的大小主要依据结构物的实际施工状况即回填或接触灌浆充填范围的大小灌浆施工的工序和方法以及压力分布计算简图等因素经分析研究后确定灌浆压力的变异性主要取决于施工过程中压力表摆动及判读误差结构物实际承受灌浆压力与压力表安装位置之高差的折算误差以及沿程损失误差等结合工程经验分析确定灌浆压力的作用分项系数采用'