水工建筑物荷载设计规范DL5077-1997-(高清无水印).pdf
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1、?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
2、 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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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 扬压力强度系数坝型及部位坝基处理情况设置防渗帷幕及排水孔设置防渗帷幕及主 副排水孔并抽排部位坝型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河床坝段实体重力坝宽缝重力坝大头支墩坝空腹重力坝拱
21、坝水工建筑物荷载设计规范续表坝型及部位坝基处理情况设置防渗帷幕及排水孔设置防渗帷幕及主 副排水孔并抽排部位坝型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岸坡坝段实体重力坝宽缝重力坝大头支墩坝空腹重力坝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图坝体计算截面上扬压力分布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
22、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软基上水闸两岸墩墙
23、侧向渗透压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
24、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
25、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图时均压强计算示意线后按下式计算 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
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