水电站厂房稳定性算稿——电口规范.docx
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1、 工程 坝址坝后式厂房稳定计算算稿 工程 坝址坝后式厂房(选择厂房类型)厂房稳定计算算稿(单位名称)二零一九年十二月(选择编搞日期)审定:审查:校核:编写:目录一、工程简介及安全等级4二、计算内容和目的4三、计算依据及相关参数选择43.1 计算图纸依据43.2 参考资料及规范43.3 相关资料43.4 计算系数取值63.5 计算成果限值63.6 计算工况及荷载效应组合6四、计算假定及计算方法74.1 计算原则与假定74.2 计算依据及公式84.3 计算方法16五、 机组段荷载及作用位置计算175.1 机组段17六、稳定计算226.1 抗滑稳定计算226.2 抗浮稳定计算226.3 法向地应力计
2、算22七、计算结论227.1 机组段22附表A 机组段稳定计算24厂房坝段稳定计算算稿一、工程简介及安全等级 工程 坝址厂房为坝后式厂房(选择厂房类型),厂房装机容量为 MW,工程规模为大(1)型工程,为五级建筑物,安全级别为级。(选择工程规模、安全级别等)二、计算内容和目的对 工程 坝址坝后式厂房(选择厂房类型): 机组段,计算分析其沿基础底面的抗滑稳定性、抗浮稳定性、基底应力等,是否满足相关规范的要求。三、计算依据及相关参数选择3.1 计算图纸依据 工程: 阶段 图纸3.2 参考资料及规范水利水电工程等级划分及洪水标准 DL 5180-2003水电站厂房设计规范 NB/T 35011-20
3、13水工混凝土结构设计规范 DL/T 5057-2009水工建筑物荷载设计规范 DL5077-1997水工建筑物抗震设计规范 NB 35047-2015 工程工程 研究报告3.3 相关资料根据 工程工程 研究报告,工程设计抗震烈度为 度(50年超越概率10),相应地震基岩水平峰值加速度 g,其他相关计算资料如下:3.3.1 材料参数选择(1)混凝土容重:砼=25kN/m3。(2)水容重:w=10kN/m3。(3)水下混凝土容重:砼=24kN/m3。(4)屋顶球绞网架自重均布荷载:q=1.0kN/m2。3.3.2 地基参数 根据工程 研究报告第 章,地基/混凝土抗剪断强度参数列于下表:表3.1
4、地基/混凝土抗剪断强度参数描述fc(MPa)允许承载力(MPa)备 注地基/混凝土 根据工程 研究报告对厂区坝址覆盖层的分析,其物理力学性质指标建议值列于下表:表3.2 坝址河床覆盖层物理力学性质指标建议值编号土层描述河床以下深度(m) 密度天然含水量孔隙比状态压缩泊松比允许承载力抗剪渗透系数允许水力比降干饱和dsatea1-2EsRtgccm/sg/cm3g/cm3MPa1MPaMPaMPa3.3.3 上下游水位上游:死水位: m正常蓄水位: m正常运用洪水位取设计洪水位(P=1%): m非常运用洪水位取校核洪水位(P=0.1%): m下游:最低水位: m检修尾水位(1台机满发): m正常尾
5、水位( 台机满发): m正常运用洪水位取设计洪水尾水位(P=1%): m非常运用洪水位取校核洪水尾水位(P=0.1%): m3.3.4 机电荷载资料1、 2、 3、 4、 5、 3.4 计算系数取值在进行整体稳定性计算时,部分永久作用和可变作用分项系数值按下表3.3取用:表3.3 荷载作用分项系数序号作用分类作用名称分项系数值1永久作用结构自重及永久机电设备重1.02回填土石重1.01可变作用水重1.02静水压力(含压力钢管内水压力)1.03.5 计算成果限值根据水电站厂房设计规范(NB/T 35011-2013)对于岩基厂房(选择岩基或非岩基),按抗剪断强度公式(选择强度计算公式)计算厂房整
6、体抗滑稳定性,计算成果限值根据本算稿第四章第4.2小节“计算依据及公式”中的相关规定进行计算。3.6 计算工况及荷载效应组合依据水电站厂房设计规范(NB/T 35011-2013)第五章的内容:各荷载可按下表3.5进行组合:表3.4 荷载组合设计状况作用组合计算情况上游水位下游水位荷 载备注结构自重永久设备重水重回填土重静水压力扬压力浪压力泥沙压力土压力冰压力地震作用持久状况基本组合正常运行a1上游正常蓄水位下游最低水位-a2上游正常运用洪水位下游正常运用洪水位-短暂状况基本组合机组检修上游正常蓄水位下游检修水位-机组未安装上游正常蓄水位下游最不利位-不计二期混凝土容重完建无水无水-偶然状况偶
7、然组合非常运行上游非常运用洪水位下游非常运用洪水位-地震情况上游正常蓄水位下游最低水位-仅考虑水平地震力工况分析:(1)对于完建工况,其上、下游水位均为无水位,可以不考虑该组合状况下的抗滑和抗浮稳定性。(2) 四、计算假定及计算方法4.1 计算原则与假定1、厂房主机间整体稳定及地基应力用材料力学法进行计算。计算以 机组段作为一个独立的整体,按荷载组合分别进行。2、由于该项目厂房所处位置地基为岩基(选择地基类型),所以在计算厂房抗滑稳定性时,应用抗剪断强度公式进行计算。(选择计算公式,应与上面的描述对应)3、计算时,不考虑泥沙压力、风荷载、雪荷载、冰荷载的影响。3、厂房内机电设备重量计算固定的主
8、要设备,不考虑附属设备及非固定设备重量,计算时采用荷载标准值。4、不考虑防渗帷幕对扬压力的折减。(选择是否考虑扬压力的折减)5、为计算荷载组合的最大值:检修水位按 台机满发水位计算。6、抗震计算时,厂房建筑物只考虑水平向地震作用。采用拟静力法计算地震惯性力与地震动水压力。4.2 计算依据及公式根据水工建筑物荷载设计规范(DL 5077-1997)、水工建筑物地震抗震设计规范(NB 35047-2015)、水电站厂房设计规范(NB/T 35011-2013),相关地基厂房整体稳定分析及荷载计算方法,有如下规定:(一)一般规定1、地面厂房整体稳定分析应根据地基情况、结构特点及施工条件进行。具体可包
9、括下列内容: 1)厂房沿建基面的抗滑稳定计算。厂房地基无控制性软弱滑移结构面分布,计算不考虑深层抗滑稳定。(本算稿中不涉及深层抗滑稳定计算) 2)厂房基础面法向应力计算。 3)厂房抗浮稳定验算。2、厂房整体稳定及地基应力宜采用下列方法计算: 1)材料力学法。 2)位于复杂地基上的大型水电站厂房,除用材料力学法计算外,可采用有限元法或其他合适的方法进行复核计算。3、厂房整体稳定及地基应力计算,以 机组段作为独立的单元,按结构特点和荷载组合情况进行计算。(二)抗滑稳定计算对于岩基上厂房整体抗滑稳定应按按抗剪断强度公式(4.2-2.1)进行计算;对于非岩基上厂房整体抗滑稳定按抗剪强度公式(4.2-2
10、.2)进行计算:1 抗剪断强度按式(4.2-2.1)计算: 0Pd1dfkfWd+ckcA (4.2-2.1)式中:0结构重要性系数,对结构安全级别为、级的厂房分别取值1.1、1.05;设计状况系数,按表4.1取值;Pd全部作用设计值对滑动面的切身分力值(kN);d结构系数,按表4.2取值;fk滑动面的的抗剪断摩擦系数标准值;f、c材料性能分项系数,按表4.2取值;Wd全部作用设计值对滑动面的法向分力值(kN);ck滑动面的抗剪断黏聚力标准值(kPa);A基础受压部分的计算截面积(m2)。2 抗剪强度按式(4.2-2.2)计算: 0Pd1dfkfWd (4.2-2.2)式中:fk滑动面的的抗剪
11、摩擦系数标准值;f材料性能分项系数,按表4.2取值;d结构系数,按表4.2取值;表4.1 厂房整体稳定设计状况系数的取值设计状况的取值持久状况1.00短暂状况0.90偶然状况0.85表4.2 厂房整体抗滑稳定性f、d的取值公式类型地基类型fcd抗剪断强度计算公式岩基1.72.01.5抗剪强度计算公式非岩基1.0-1.25(三)抗浮稳定计算厂房抗浮稳定应符合下列规定:抗浮稳定按式(4.2-3.1)计算:dUfd+Usd1dWd (4.2-3.1)式中 Ufd浮托力作用设计值(kN);Usd渗透压力作用设计值(kN);d结构系数,取值1.25;Wd全部重力(含水重力)设计值之和(kN)。(四)法向
12、应力计算厂房基底面上的法向应力可按式(4.2-4.1)进行计算:=WkAMxkyIxMykxIxf (4.2-4.1)式中 厂房基底面上的法向正应力,kPa;Wk全部作用标准值在计算截面上法向分力的总和(kN);A厂房地基计算截面面积(m2);Mxk、Myk分别为全部作用标准值对计算截面形心轴Y、X的力矩总和(kNm);x、y分别为计算截面上计算点至形心轴X、Y的距离(m);Ix、Iy分别为计算截面对形心轴X、Y的惯性矩(m4)。(五)法向应力要求(1)岩基上厂房基底面的法向应力采用材料力学法计算时,应符合下列要求:1 最大地基应力不应超过地基允许承载力,在地震情况下地基允许承载力可适当提高。
13、2 最小地基应力应满足:1) 河床式厂房除地震情况允许出现100kPa的拉应力,其他情况不应出现拉应力。2) 坝后式及岸边式厂房,基本组合情况不应出现拉应力;非常运行情况允许出现不大于100kPa的局部拉应力;地震情况出现大于200kPa的拉应力时,应进行专门的论证。(2)非岩基上厂房基础面上的地基应力应符合下列要求:1 厂房基础面上平均地基应力不应大于地基的允许承载力;2 厂房基础面上最大地基应力不应大于地基允许承载力的1.2倍,地震情况宜考虑竖向地震的作用;3 厂房基础面上不应出现拉应力。(六)扬压力对于河床式厂房(选择厂房类型),其底面的扬压力分布图形,可按岩基上的实体重力坝情况确定。考
14、虑到计算底面上游侧有防渗帷幕,可考虑对扬压力进行折减,折减系数可相比排水孔的略高一些,取其渗透压力强度系数(即扬压力的折减系数)为:= 。按实体重力坝计算其坝底面扬压力分布如下图:(对于扬压力折减,可对上面折减系数进行取舍)1排水孔或防渗帷幕中心线图4.1 厂房底面扬压力分布混凝土坝、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
15、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。对于该工程,在计算扬压力时,将考虑扬压力的折减。(七)浪压力计算(请从下面两种挡水型式中选取,并删除另外一种计算型式)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:图4.2 直墙式挡水建筑物的浪压力分布a)当HHcr和HLm2时,浪压力分布如图4.2(a)所示,单位长度上的浪压力标准值按下式计算:Pwk=14wLm(h
16、1%+hz) (4.2-7.1)式中:Pwk单位长度迎水面上的浪压力标准值(kN/m);w水的重度(kN/m3);Lm平均波长(m);h1%累积频率为1%的波高(m);H挡水建筑物迎水面前的水深(m);hz波浪中心线至计算水位的高度(m),按下式计算:hz=h1%2Lmcth2HLm (4.2-7.2)Hcr使波浪破碎的临界水深(m),按下式计算:Hcr=Lm4lnLm+2h1%Lm-2h1% (4.2-7.3)b)当HHcr,但HLm2时,浪压力分布如图4.2(b)所示,单位长度上的浪压力标准值按下式计算:Pwk=12h1%+hzwH+p1f+Hp1f (4.2-7.4)式中:p1f建筑物底
17、面处的剩余浪压力强度(kN/m2),按下式计算:p1f=wh1%sech2HLm (4.2-7.5)c)当H1.7h1%时,采用0.5.p0计算水位处的浪压力强度(kN/m2),按下式计算:p0=Kiwh1% (4.2-7.7)Ki底坡影响系数,按表4.4采用。表4.4 底坡影响系数Ki底坡i1/101/201/301/401/501/601/801/100Ki值1.891.611.481.411.361.331.291.25注:底坡i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1.5m5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4.3压力强度分布计算的合力
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