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第二章 水工建筑物设计综述 2.1 水利工程设计的任务和特点 一、水利工程 定义 特点 二、水利技术工作 勘测：水文、气象、地质、地理、经济及社会信息。 规划：统一部署，主要依据社会现实、自然环境。 工程设计：运用科学技术、设计理论、设计原理……。 工程施工：组织人力、物力高质量完成任务。 工程管理：已建成工程的调度、运行、维修、监测、经营 科技开发：研究新理论、新材料、新工艺、新结构等，以提高科技水平。 水利工程的自身特点 个性突出：几乎每个工程均有其独特的水文、地质、自然条件 规模大、风险大：需谨慎、严格，必要时需试验研究 规程规范指导性强：总结历史，参考经验，形成规程规范，少走弯路。 施工外界干扰大 2.1 水利工程设计的任务和特点 四、设计工作水平 根据有无参考样本和工程经验，可分为以下几种： 开发型设计：提出创造性的新型方案，但难度大、风险大、投资高。 更新型设计：在常规型式、设计原理的基础上改进局部建筑物设计原理，如碾压混凝土坝、面板堆石坝。 适配型设计：常规型式上选择适当的尺寸、材料和布置型式。 工程设计优劣的评价 适用性、安全性、经济合理性 2.2 设计的工作步骤 二、设计阶段的工作步骤 收集资料及信息 明确总体规划及功能 提出方案 方案比选 推荐方案 优化设计和细部构造 初定施工方案 方案评价及验证 2.2 设计的工作步骤 三、分等和分级 1 水利工程(水利枢纽)的分等 2.2 设计的工作步骤 3 不同级别水工建筑物有以下不同要求： 级别不同，设计基准期也不相同 是研究工程对策的参照年限，是为确定可变作用及与时间有关的材料性能取值而选用的时间参数，它不等同于设计使用年限。 设计基准期是一个基准参数，它的确定不仅涉及可变作用（荷载），还涉及材料性能，是在对大量实测数据进行统计的基础上提出来的，一般情况下不能随意更改。例如我国规范所采用的设计地震动参数（包括反映谱和地震最大加速度）的基准期为50年，如果要求采用基准期为100年的设计地震动参数，则不但要对地震动的概率分布进行专门研究，还要对建筑材料乃至设备的性能参数进行专门的统计研究。 水工建筑物在设计基准期内的要求 1级挡水建筑物为100年，其它永久建筑物为50年 2.2 设计的工作步骤 级别不同，抗御灾害能力也不同：防洪标准、抗震标准、坝顶超高 级别不同，安全性不同 包括强度、稳定、变形三方面 水工建筑物的结构安全级别 级别不同，运行可靠性不同 级别不同，建筑材料不同：品种、质量、耐久性 2.3 水工建筑物的安全性 2.3 水工建筑物的安全性 2.3 水工建筑物的安全性 2.3 水工建筑物的安全性 2.3 水工建筑物的安全性 （2）正常使用极限状态 定义：当结构或构件影响正常使用或达到耐久性的极限值时，认为达到了正常使用极限状态。 ①影响结构正常使用或外观变形 ②对运行人员、设备、仪表等有不良影响的振动 ③对结构外形、耐久性以及防渗结构抗渗能力有不良影响的局部损坏（包括裂缝）等 2.3 水工建筑物的安全性 2.3 水工建筑物的安全性 2.3 水工建筑物的安全性 2.3 水工建筑物的安全性 2.3 水工建筑物的安全性 五、可靠指标 可靠性：安全性、适用性、耐久性的合称。 结构可靠度理论的基本假定 任何结构都有失效的可能 与结构设计相关的变量均为随机变量 当作用效应不超过结构抗力时，结构可靠，否则，结构失效 结构失效仅由作用效应所致 作用效应计算分析及强度理论的一切方法与公式仍适用 结构可靠度理论的数学力学基础 概率论、数理统计理论、随机过程理论、随机场理论、工程力学理论、计算力学理论、固体力学理论、强度理论等。 2.3 水工建筑物的安全性 3、目标可靠指标 规范中给出的可靠指标应当达到值βT，用以保证设计的水工建筑物既经济又安全。 全球分布的两大地震带 环太平洋地震带（80%）:深层，台湾、菲律宾 中亚-地中海地震带（20%） :浅层，我国西南、西北 地震破坏现象 地表和地基破坏：地裂、塌陷、山崩、滑坡、液化等 建筑物破坏 海啸 2.4 水工建筑物的抗震分析 水工建筑物的地震作用效应 断层错动 砂土地层液化 库水产生动水压力 建筑物振动开裂、倾倒 填土产生动土压力 水库库岸崩塌 土石坝坝坡滑动 地基沉降效应 2.4 水工建筑物的抗震分析 2.4 水工建筑物的抗震分析 抗震设计内容 抗震计算 工程抗震措施 设计烈度为6度时，可不进行抗震计算，只考虑抗震措施。 设计烈度高于9度时，或9度的高于250m的壅水建筑物，应进行专门的抗震研究。 抗震设计的基本要求：能抵御设计烈度地震，如有损坏，处理后仍可使用。 2.4 水工建筑物的抗震分析 2.4 水工建筑物的抗震分析 抗震分析方法 1、2级水工建筑物：实验验证 抗震