水工设计手册 第4卷 材料、结构PDF电子书下载

第1章 建筑材料 3

1.1 建筑材料的基本性质 3

1.1.1 建筑材料基本性质的计算公式和代表符号 3

1.1.2 主要建筑材料的基本性质 3

1.2 水泥 5

1.2.1 水泥的分类 5

1.2.2 通用水泥 5

1.2.2.1 分类 5

1.2.2.2 组分与材料 5

1.2.2.3 技术要求 6

1.2.2.4 通用水泥的腐蚀与防止 7

1.2.2.5 通用水泥的特性与应用 9

1.2.3 其他品种水泥 9

1.2.3.1 中、低热硅酸盐水泥 9

1.2.3.2 抗硫酸盐硅酸盐水泥 11

1.2.3.3 快硬硅酸盐水泥 11

1.2.3.4 低热微膨胀水泥 11

1.2.3.5 明矾石膨胀水泥 12

1.2.3.6 铝酸盐水泥 12

1.2.3.7 自应力铝酸盐水泥 13

1.2.3.8 快硬硫铝酸盐水泥和快硬铁铝酸盐水泥 13

1.3 掺合材料 13

1.3.1 活性掺合料 13

1.3.1.1 粉煤灰 13

1.3.1.2 粒化高炉矿渣粉 15

1.3.1.3 磷渣粉 15

1.3.1.4 火山灰质混合材料 16

1.3.1.5 硅粉 17

1.3.2 非活性掺合料 17

1.3.2.1 石灰石粉 17

1.3.2.2 凝灰岩粉 17

1.4 水工混凝土骨料 18

1.4.1 骨料品质与混凝土性能的关系 18

1.4.1.1 抗压强度 18

1.4.1.2 坚固性 18

1.4.1.3 密度 18

1.4.1.4 细度模数 18

1.4.1.5 粒度模数 18

1.4.1.6 粗骨料颗粒形状 18

1.4.1.7 泥和泥块含量 18

1.4.1.8 石粉含量 18

1.4.1.9 含水量 18

1.4.1.10 碱活性 18

1.4.1.11 骨料中的有害物质 19

1.4.2 骨料品质指标和质量技术要求 19

1.4.2.1 品质指标 19

1.4.2.2 常规混凝土骨料质量要求 19

1.4.2.3 特种混凝土骨料质量要求 22

1.4.3 国内部分水利水电工程水工混凝土骨料实例 22

1.5 水工混凝土外加剂 25

1.5.1 减水剂 25

1.5.1.1 减水剂种类 25

1.5.1.2 水工混凝土减水剂技术指标 25

1.5.1.3 减水剂的主要特点及工程应用注意事项 26

1.5.2 引气剂和引气减水剂 27

1.5.2.1 引气剂的种类 27

1.5.2.2 水工混凝土引气剂和引气减水剂技术指标 27

1.5.2.3 引气剂和引气减水剂的工程应用注意事项 27

1.5.3 缓凝剂、缓凝减水剂和缓凝高效减水剂 27

1.5.3.1 缓凝剂的分类 28

1.5.3.2 缓凝剂、缓凝减水剂和缓凝高效减水剂的技术指标 28

1.5.3.3 缓凝剂、缓凝减水剂和缓凝高效减水剂的工程应用注意事项 28

1.5.4 早强剂和早强减水剂 28

1.5.4.1 早强剂 28

1.5.4.2 早强减水剂 29

1.5.4.3 早强剂及早强减水剂的工程应用注意事项 29

1.5.5 泵送剂 29

1.5.5.1 泵送剂的组成 29

1.5.5.2 泵送剂技术指标 30

1.5.5.3 泵送剂的工程应用注意事项 30

1.5.6 防冻剂 30

1.5.6.1 防冻剂的分类和组分 30

1.5.6.2 水工混凝土防冻剂的技术指标 31

1.5.6.3 防冻剂的工程应用注意事项 31

1.5.7 速凝剂 31

1.5.7.1 速凝剂的分类 31

1.5.7.2 速凝剂技术指标 32

1.5.7.3 速凝剂的工程应用注意事项 32

1.5.8 膨胀剂 32

1.5.8.1 膨胀剂种类 32

1.5.8.2 膨胀剂的技术性能 32

1.5.8.3 膨胀剂的工程应用注意事项 33

1.5.9 水下不分散剂（絮凝剂） 33

1.5.9.1 絮凝剂及其种类 33

1.5.9.2 絮凝剂技术性能 33

1.5.9.3 水下不分散剂工程应用注意事项 34

1.6 水工混凝土 34

1.6.1 材料选择 34

1.6.1.1 水泥 34

1.6.1.2 掺合料 34

1.6.1.3 骨料 35

1.6.1.4 外加剂 35

1.6.2 常态混凝土 35

1.6.2.1 设计原则与参数 35

1.6.2.2 配合比设计 35

1.6.2.3 配合比设计与计算实例 40

1.6.2.4 常态混凝土特性 41

1.6.3 碾压混凝土 48

1.6.3.1 碾压混凝土的配合比 48

1.6.3.2 碾压混凝土的技术性能 49

1.7 特种水工混凝土 51

1.7.1 聚合物混凝土 51

1.7.1.1 聚合物混凝土的特性、种类和用途 51

1.7.1.2 聚合物混凝土的原材料 51

1.7.1.3 聚合物混凝土的配合比 52

1.7.1.4 聚合物混凝土的性能 52

1.7.2 抗磨蚀混凝土 54

1.7.2.1 抗磨蚀混凝土的种类 54

1.7.2.2 抗磨蚀混凝土的原材料 54

1.7.2.3 抗磨蚀混凝土配合比 55

1.7.2.4 抗磨蚀混凝土的性能 55

1.7.3 补偿收缩混凝土 56

1.7.3.1 补偿收缩混凝土的原材料 56

1.7.3.2 补偿收缩混凝土的配合比 56

1.7.3.3 补偿收缩混凝土的膨胀性能 56

1.7.4 纤维混凝土 57

1.7.4.1 纤维混凝土的种类 57

1.7.4.2 常用纤维的几何参数、技术性能 57

1.7.4.3 纤维混凝土的配合比 57

1.7.4.4 纤维混凝土的性能 58

1.7.4.5 纤维混凝土的主要用途 59

1.7.5 喷射混凝土 59

1.7.5.1 喷射混凝土的种类 59

1.7.5.2 喷射混凝土的原材料 59

1.7.5.3 喷射混凝土的配合比 59

1.7.5.4 喷射混凝土的物理力学性能 61

1.7.6 自密实混凝土 61

1.7.6.1 自密实混凝土的原材料 61

1.7.6.2 自密实混凝土的配合比 61

1.7.6.3 自密实混凝土的特性 61

1.7.7 沥青混凝土 61

1.7.7.1 沥青混凝土的分类 61

1.7.7.2 沥青混凝土的原材料 62

1.7.7.3 沥青混凝土的配合比 63

1.7.7.4 沥青混凝土的性能 63

1.7.8 水下不分散混凝土 63

1.7.8.1 水下不分散混凝土的原材料 63

1.7.8.2 水下不分散混凝土的参考配合比 64

1.7.8.3 水下不分散混凝土的性能 64

1.7.9 模袋混凝土 64

1.7.9.1 模袋混凝土的原材料 64

1.7.9.2 模袋混凝土的配合比 65

1.7.10 无砂大孔混凝土 65

1.7.10.1 无砂大孔混凝土的分类、特性与适用范围 65

1.7.10.2 无砂大孔混凝土的原材料 66

1.7.10.3 无砂大孔混凝土的配合比及相应技术指标 66

1.7.10.4 无砂大孔混凝土的物理力学性能 66

1.7.11 堆石混凝土 67

1.7.11.1 堆石混凝土的原材料 67

1.7.11.2 堆石混凝土的配合比 67

1.7.11.3 堆石混凝土的特点 67

1.7.12 胶凝砂砾石混凝土 67

1.7.12.1 胶凝砂砾石混凝土配合比 67

1.7.12.2 胶凝砂砾石混凝土性能 67

1.8 砂浆材料 68

1.8.1 砌体砂浆 68

1.8.1.1 砌体砂浆的原材料 68

1.8.1.2 砌体砂浆的技术条件 68

1.8.1.3 砌体砂浆的参考配合比 68

1.8.2 干硬性砂浆 69

1.8.2.1 干硬性砂浆的技术条件 69

1.8.2.2 于硬性砂浆的参考配合比 69

1.8.3 环氧砂浆 69

1.8.3.1 环氧砂浆的原材料 69

1.8.3.2 环氧砂浆的参考配合比 69

1.8.4 丙乳砂浆 69

1.8.4.1 丙乳砂浆的原材料 69

1.8.4.2 丙乳砂浆的参考配合比 69

1.8.5 预缩砂浆 70

1.8.5.1 预缩砂浆的原材料 70

1.8.5.2 预缩砂浆的参考配合比 70

1.8.6 锚固砂浆 70

1.8.6.1 锚固砂浆的技术指标 70

1.8.6.2 锚固砂浆的参考配合比 70

1.8.7 干拌砂浆 70

1.8.7.1 干拌砂浆的技术条件 70

1.8.7.2 干拌砂浆的参考配合比 70

1.8.8 沥青砂浆 71

1.8.8.1 沥青砂浆的原材料 71

1.8.8.2 沥青砂浆的参考配合比 71

1.9 防水与防腐蚀材料 71

1.9.1 工程的防水等级和设防 71

1.9.1.1 屋面防水等级和设防要求 71

1.9.1.2 地下工程防水等级及设防要求 72

1.9.2 石油沥青 74

1.9.3 渣油 74

1.9.4 聚合物 74

1.9.5 防水卷材 75

1.9.5.1 高聚物改性沥青防水卷材 75

1.9.5.2 合成高分子防水卷材 78

1.9.5.3 沥青防水卷材 80

1.9.6 防水涂料 80

1.9.6.1 沥青基防水涂料 80

1.9.6.2 高聚物改性沥青防水涂料 80

1.9.6.3 合成高分子防水涂料 80

1.9.6.4 水泥基渗透结晶型防水材料 83

1.9.7 防腐蚀涂料 84

1.9.7.1 防腐蚀涂料的组成 84

1.9.7.2 防腐蚀涂料性能比较 84

1.9.7.3 防腐蚀涂料的设计一般要求 85

1.9.7.4 防腐蚀涂层配套及选择 85

1.9.8 防水密封胶 89

1.9.8.1 合成高分子密封胶 89

1.9.8.2 石油沥青密封油膏 90

1.10 金属材料 90

1.10.1 钢的分类 90

1.10.2 建筑常用钢种 90

1.10.2.1 钢铁产品牌号表示方法 90

1.10.2.2 碳素结构钢 91

1.10.2.3 建筑常用优质碳素结构钢及低合金高强度结构用钢 91

1.10.3 钢材的分类及其规格 95

1.10.3.1 钢材的分类 95

1.10.3.2 钢筋 95

1.10.3.3 钢板桩 96

1.10.3.4 型钢 97

1.10.3.5 棒材 97

1.10.3.6 钢板 97

1.10.3.7 钢丝与钢绞线 98

1.10.4 铜及铜合金 99

1.10.4.1 水工建筑工程常用铜及铜合金 99

1.10.4.2 紫铜材料的机械性能 99

1.11 土石坝填筑材料 100

1.11.1 防渗土料 100

1.11.1.1 防渗土料的一般要求 100

1.11.1.2 防渗土料技术要求 100

1.11.1.3 选定防渗土料的一般原则 101

1.11.2 筑坝石料 102

1.11.2.1 填筑石料 102

1.11.2.2 堆石料 102

1.11.2.3 反滤料、过渡料及排水材料 102

1.11.2.4 垫层料 103

1.11.3 砾石土 103

1.11.3.1 砾石土的压实性 103

1.11.3.2 砾石土的渗透性 103

1.11.3.3 砾石土的压缩性 104

1.11.3.4 砾石土的力学特性 104

1.11.4 红土 105

1.11.4.1 红土的一般特性 105

1.11.4.2 红土的特殊性质——干燥脱水不可逆性 105

1.11.5 膨胀土 106

1.11.5.1 膨胀土的特征 106

1.11.5.2 膨胀土的物理性质及判别标准 106

1.11.5.3 膨胀土的力学性及渗透性 106

1.11.5.4 膨胀土的矿物特性 107

1.11.6 分散性黏土 108

1.11.6.1 分散性黏土的成因、性质 108

1.11.6.2 分散性土的判别标准 108

1.11.6.3 分散性黏土筑坝的可能性及处理措施 108

1.11.7 冰碛土 109

1.11.7.1 冰碛土的特征 110

1.11.7.2 冰碛土的物理力学特性 110

1.11.7.3 对冰碛土作为防渗土料的建议 111

1.12 灌浆材料 111

1.12.1 常用灌浆材料 111

1.12.1.1 常用灌浆材料的分类 111

1.12.1.2 水玻璃灌浆材料 112

1.12.2 新型灌浆材料 112

1.12.2.1 沥青灌浆材料 112

1.12.2.2 新型无机灌浆材料 112

1.12.2.3 新型有机灌浆材料 112

1.12.2.4 新型复合灌浆材料 113

1.12.2.5 微灌浆材料 113

1.13 止水材料 113

1.13.1 水工闸门橡胶水封的外形尺寸及结构 113

1.13.1.1 常规P型水封尺寸及结构 113

1.13.1.2 底水封、节间水封及垫板尺寸与结构 113

1.13.2 止水带物理力学性能和常用截面形状 115

1.13.2.1 橡胶止水带物理力学性能 115

1.13.2.2 PVC止水带物理力学性能 115

1.13.2.3 常用橡胶、橡塑止水带截面形状、线密度、用途 115

1.13.3 金属止水带 115

1.13.3.1 铜止水带 115

1.13.3.2 不锈钢止水带 115

1.13.4 复合密封止水材料 115

1.13.5 表面止水涂料 117

1.13.6 无黏性反滤止水填料 118

1.14 混凝土表面保温材料 118

1.14.1 混凝土表面保温材料种类和用途 118

1.14.2 保温材料选择原则及厚度要求 118

1.14.3 水工混凝土常用的表面保温材料 118

1.14.3.1 聚苯乙烯泡沫塑料保温板（EPS） 118

1.14.3.2 聚苯乙烯挤塑保温板（XPS） 119

1.14.3.3 聚乙烯泡沫塑料板 119

1.14.3.4 聚氨酯保温板 119

1.14.3.5 聚乙烯气垫薄膜 119

1.14.3.6 保温被 119

1.14.3.7 保温砂层 120

1.14.3.8 聚氨酯硬质泡沫 120

1.14.3.9 珍珠岩发泡保温涂料 121

1.14.3.10 保温剂 121

1.15 土工合成材料 121

1.15.1 土工合成材料的分类 121

1.15.2 土工织物（土工布） 122

1.15.2.1 织造（有纺）土工织物 122

1.15.2.2 非织造（无纺）土工布 123

1.15.3 土工膜 123

1.15.3.1 沥青类土工膜 124

1.15.3.2 聚合物类土工膜 124

1.15.4 土工复合材料 124

1.15.4.1 复合土工布 124

1.15.4.2 复合土工膜 124

1.15.4.3 塑料排水带 125

1.15.4.4 软式透水管 125

1.15.4.5 塑料盲管 126

1.15.5 土工特种材料 127

1.15.5.1 土工格栅 127

1.15.5.2 土工网 128

1.15.5.3 土工带 128

1.15.5.4 土工模袋 128

1.15.5.5 土工格室 129

1.15.5.6 土工管、土工包 130

1.15.5.7 塑料三维土工网垫 130

1.15.5.8 聚苯乙烯板块（EPS） 130

1.15.5.9 膨润土防水毯（GCL） 130

参考文献 131

第2章 水工结构可靠度 135

2.1 结构可靠度基本概念 135

2.1.1 结构可靠度与失效概率 135

2.1.2 结构可靠度与可靠指标 135

2.2 单目标结构可靠度计算方法 136

2.2.1 一次二阶矩法 136

2.2.2 JC法 137

2.2.3 几何法 138

2.2.4 广义随机空间的几何法 139

2.2.5 变量分布截尾下的JC法 139

2.2.5.1 截尾分布 140

2.2.5.2 JC法的要求 140

2.2.5.3 截尾分布在JC法中的应用 140

2.2.6 验证荷载法 140

2.2.7 响应面法 141

2.2.7.1 一次响应面法 141

2.2.7.2 二次响应面法 141

2.3 体系可靠度计算方法 142

2.3.1 串联体系及其可靠度计算方法 142

2.3.2 并联体系及其可靠度计算方法 142

2.3.3 概率网络估算技术（PNET法） 142

2.3.4 窄界限法 143

2.4 可靠度方法的工程应用 143

2.4.1 基于材料力学方法的重力坝强度及稳定可靠度计算 143

2.4.1.1 强度可靠度计算方法 143

2.4.1.2 稳定可靠度计算方法 143

2.4.1.3 算例分析——龙滩重力坝可靠度计算 144

2.4.2 基于多拱梁法的拱坝强度及稳定可靠度计算 146

2.4.2.1 基于多拱梁法的拱坝强度可靠度计算 146

2.4.2.2 基于多拱梁及刚体极限平衡的拱坝坝肩岩体抗滑稳定可靠度分析 149

2.5 基于可靠度的分项系数极限状态设计法 153

2.5.1 分项系数极限状态设计表达式 153

2.5.2 分项系数的确定方法 154

2.5.2.1 结构重要性系数 154

2.5.2.2 设计状况系数 154

2.5.2.3 作用分项系数 154

2.5.2.4 材料性能分项系数 154

2.5.2.5 结构系数 155

2.5.3 分项系数设计与安全系数设计的差异 156

2.5.3.1 结构破坏模式明确的结构或构件设计 157

2.5.3.2 依赖于经验控制值的水工结构设计 157

参考文献 158

第3章 水工建筑物安全标准及荷载 161

3.1 水工建筑物安全标准 161

3.1.1 水工建筑物等级划分 161

3.1.1.1 工程等别 161

3.1.1.2 水工建筑物级别划分 161

3.1.2 水工建筑物洪水标准 163

3.1.2.1 永久性水工建筑物洪水标准 163

3.1.2.2 临时性水工建筑物洪水标准 165

3.1.2.3 安全加高 165

3.1.3 水工建筑物设计安全标准 166

3.1.3.1 分项系数极限状态设计法 166

3.1.3.2 单一安全系数法 167

3.2 水工建筑物作用荷载（作用） 167

3.2.1 荷载分类及荷载组合 167

3.2.1.1 荷载分类 167

3.2.1.2 荷载（作用）组合 168

3.2.2 建筑物及设备自重 168

3.2.2.1 建筑物自重 168

3.2.2.2 永久设备自重 170

3.2.3 静水压力 170

3.2.3.1 静水压强 170

3.2.3.2 静水压力 170

3.2.3.3 管道及地下结构外水压力 170

3.2.3.4 作用分项系数 171

3.2.4 动水压力 171

3.2.4.1 概述 171

3.2.4.2 渐变流时均压力 171

3.2.4.3 反弧段水流离心力 171

3.2.4.4 消力池尾槛冲击力 172

3.2.4.5 桥墩动水压力 172

3.2.4.6 脉动压力 172

3.2.4.7 水锤压力 173

3.2.4.8 作用分项系数 174

3.2.5 扬压力 174

3.2.5.1 概述 174

3.2.5.2 混凝土坝（含砌石坝）扬压力 174

3.2.5.3 水闸扬压力 176

3.2.5.4 水电站、水泵站厂房扬压力 179

3.2.6 浪压力 179

3.2.6.1 概述 179

3.2.6.2 波浪要素 179

3.2.6.3 浪压力 183

3.2.6.4 波浪爬高 185

3.2.6.5 波浪反压力 185

3.2.6.6 风壅水面高度 185

3.2.6.7 作用分项系数 186

3.2.6.8 波浪要素计算例题 186

3.2.7 地应力及围岩压力 187

3.2.7.1 地应力 187

3.2.7.2 围岩压力 188

3.2.7.3 作用分项系数 188

3.2.8 土压力和淤沙压力 188

3.2.8.1 挡土建筑物的土压力 188

3.2.8.2 埋管的土压力 190

3.2.8.3 淤沙压力 192

3.2.9 风荷载、雪荷载 192

3.2.9.1 风荷载 192

3.2.9.2 雪荷载 193

3.2.9.3 作用分项系数 194

3.2.10 冰压力、冻胀力 194

3.2.10.1 静冰压力 194

3.2.10.2 动冰压力 194

3.2.10.3 冻胀力 194

3.2.10.4 作用分项系数 196

3.2.11 活荷载 196

3.2.11.1 水电站主厂房楼面活荷载 196

3.2.11.2 水电站副厂房楼面活荷载 196

3.2.11.3 工作平台活荷载 196

3.2.11.4 其他要求 197

3.2.11.5 作用分项系数 197

3.2.12 桥机和门机荷载 197

3.2.12.1 桥机荷载 197

3.2.12.2 门机荷载 198

3.2.12.3 作用分项系数 198

3.2.13 温度（变）作用 198

3.2.13.1 概述 198

3.2.13.2 边界温度 199

3.2.13.3 温度作用标准值 200

3.2.13.4 作用分项系数 203

3.2.14 地震作用 203

3.2.14.1 概述 203

3.2.14.2 地震惯性力 205

3.2.14.3 地震动水压力 206

3.2.14.4 地震动土压力 207

3.2.14.5 作用分项系数 207

3.2.15 灌浆压力 207

参考文献 207

第4章 水工混凝土结构 211

4.1 基本设计规定 211

4.1.1 一般规定 211

4.1.1.1 极限状态 211

4.1.1.2 DL/T 5057的分项系数和作用效应组合 211

4.1.1.3 SL 191的承载能力安全系数K 213

4.1.1.4 环境条件类别 213

4.1.2 承载能力极限状态计算 213

4.1.2.1 按DL/T 5057设计 213

4.1.2.2 按SL 191设计 214

4.1.3 正常使用极限状态验算 215

4.1.3.1 设计表达式 215

4.1.3.2 钢筋混凝土结构的裂缝控制要求 216

4.1.3.3 预应力混凝土结构的裂缝控制要求 216

4.1.3.4 挠度控制要求 217

4.1.4 结构耐久性要求 217

4.1.4.1 环境类别与混凝土耐久性要求 217

4.1.4.2 混凝土保护层 221

4.1.4.3 结构型式、表层防护以及配筋方式 221

4.2 材料性能基本数据 221

4.2.1 混凝土强度标准值、设计值和弹性模量 221

4.2.1.1 混凝土强度标准值 221

4.2.1.2 混凝土强度设计值 221

4.2.1.3 混凝土不同龄期的抗压强度比值 221

4.2.1.4 混凝土弹性模量 222

4.2.2 混凝土的各项物理特性 222

4.2.3 钢筋与钢丝强度标准值、设计值和弹性模量 223

4.2.3.1 钢筋选用 223

4.2.3.2 钢筋强度标准值 223

4.2.3.3 钢筋强度设计值 224

4.2.3.4 钢筋弹性模量 224

4.2.4 钢筋计算截面面积及理论重量 224

4.3 素混凝土结构构件承载能力极限状态计算 226

4.3.1 受压构件 227

4.3.1.1 计算方法选择 227

4.3.1.2 不考虑受拉区作用时混凝土受压构件的正截面受压承载力计算 227

4.3.1.3 考虑混凝土受拉区作用时混凝土受压构件的正截面承载力计算 228

4.3.1.4 偏心受压构件弯矩作用平面外的受压承载力验算 229

4.3.2 受弯构件 229

4.3.3 局部承压 229

4.3.4 结构构件构造钢筋 229

4.4 钢筋混凝土结构构件承载能力极限状态计算 229

4.4.1 轴心受压构件 229

4.4.1.1 配有箍筋或在纵向钢筋上设有横向钢筋的轴心受压构件 229

4.4.1.2 采用螺旋式或焊接环式间接钢筋轴心受压构件 230

4.4.2 偏心受压构件 230

4.4.2.1 非对称配筋矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力计算 230

4.4.2.2 对称配筋矩形截面偏心受压构件 232

4.4.2.3 I形截面偏心受压构件及翼缘位于截面较大受压边的T形截面偏心受压构件 232

4.4.2.4 沿截面腹部均匀配置纵向钢筋的矩形、T形、I形截面偏心受压构件 233

4.4.2.5 沿周边均匀配置纵向钢筋的环形截面偏心受压构件 233

4.4.2.6 沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面偏心受压构件 234

4.4.2.7 偏心距增大系数η 237

4.4.2.8 双向偏心受压构件 238

4 4.2.9 其他计算规定 239

4.4.3 受弯构件（正截面） 240

4.4.3.1 矩形截面或翼缘位于受拉边的T形截面受弯构件 240

4.4.3.2 翼缘位于受压边的T形、I形截面受弯构件 241

4.4.3.3 环形和圆形截面受弯构件 241

4.4.3.4 不对称于弯矩作用平面的任意截面的双向受弯构件 243

4.4.4 轴心受拉构件 243

4.4.5 偏心受拉构件 243

4.4.6 斜截面受剪 244

4.4.6.1 截面尺寸要求 244

4.4.6.2 斜截面受剪承载力的计算位置规定 244

4.4.6.3 剪力的取值规定 244

4.4.6.4 矩形、T形和I形截面的受弯构件斜截面受剪承载力计算 245

4.4.6.5 实心板的斜截面受剪承载力计算 245

4.4.6.6 偏心受力构件的斜截面受剪承载力计算 245

4.4.7 受扭构件 246

4.4.7.1 截面尺寸条件及截面抗扭塑性抵抗矩 246

4.4.7.2 矩形截面纯扭构件的受扭承载力 247

4.4.7.3 矩形截面剪扭构件的承载力 247

4.4.7.4 T形和I形截面剪扭构件的承载力 248

4.4.7.5 矩形、T形和I形截面弯剪扭构件的承载力 248

4.4.8 局部承压 248

4.4.8.1 截面尺寸条件 248

4.4.8.2 间接钢筋计算 248

4.4.9 冲切计算 249

4.4.9.1 不配置抗冲切钢筋的板 249

4.4.9.2 配置抗冲切钢筋的板 249

4.4.9.3 基础受冲切承载力计算 250

4.5 钢筋混凝土结构构件正常使用极限状态验算 250

4.5.1 正截面抗裂验算 250

4.5.2 正截面裂缝宽度控制验算 251

4.5.2.1 DL/T 5057 251

4.5.2.2 SL 191 252

4.5.2.3 纵向受拉钢筋应力的计算公式 252

4.5.3 非杆件体系结构裂缝控制验算 253

4.5.3.1 表面裂缝控制验算 253

4.5.3.2 内部裂缝控制验算 253

4.5.4 受弯构件挠度验算 253

4.5.4.1 矩形、T形及I形截面受弯构件刚度B的计算公式 253

4.5.4.2 钢筋混凝土受弯构件的短期刚度Bs 253

4.6 预应力混凝土结构构件计算 254

4.6.1 一般规定 254

4.6.1.1 基本规定 254

4.6.1.2 预应力损失值计算 254

4.6.1.3 由预应力产生的混凝土法向应力及相应阶段预应力钢筋的应力计算 259

4.6.1.4 预应力钢筋和非预应力钢筋的合力及合力点的偏心距计算 260

4.6.1.5 相对界限受压区计算高度ξb和钢筋应力计算 260

4.6.1.6 后张法预应力混凝土超静定结构的次内力 261

4.6.1.7 先张法构件预应力钢筋的预应力传递长度ltr和锚固长度la 261

4.6.2 受弯构件正截面受弯承载力计算 262

4.6.2.1 矩形截面或翼缘位于受拉区的T形截面 262

4.6.2.2 翼缘位于受压区的T形截面 262

4.6.3 受拉构件正截面受拉承载力计算 263

4.6.3.1 轴心受拉构件 263

4.6.3.2 小偏心受拉构件 263

4.6.3.3 大偏心受拉构件 263

4.6.4 受弯构件斜截面受剪承载力计算 263

4.6.5 抗裂验算 264

4.6.5.1 正截面抗裂验算 264

4.6.5.2 斜截面抗裂验算 265

4.6.6 裂缝宽度验算 266

4.6.6.1 最大裂缝宽度计算公式 266

4.6.6.2 纵向受拉钢筋的等效应力计算 267

4.6.6.3 用名义拉应力控制裂缝宽度 267

4.6.7 受弯构件挠度验算 267

4.6.7.1 荷载产生的挠度计算 267

4.6.7.2 构件的刚度计算 268

4.6.7.3 预加压力产生的反拱计算 268

4.6.7.4 预应力混凝土受弯构件的挠度验算要求 268

4.6.8 施工阶段验算 268

4.6.8.1 截面混凝土法向应力的计算 268

4.6.8.2 混凝土法向应力的验算 269

4.6.8.3 后张法构件锚固区局部受压计算 269

4.7 构件构造规定 269

4.7.1 一般规定 269

4.7.1.1 永久缝及临时缝 269

4.7.1.2 混凝土保护层 269

4.7.1.3 钢筋的锚固 270

4.7.1.4 钢筋的接头 271

4.7.1.5 纵向受力钢筋的最小配筋率 272

4.7.2 板 272

4.7.2.1 板的厚度 272

4.7.2.2 板的最小支承长度 273

4.7.2.3 混凝土板的设计原则 273

4.7.2.4 受力钢筋的间距 273

4.7.2.5 分布钢筋 273

4.7.2.6 附加钢筋 274

4.7.2.7 板、墙开孔的构造处理 274

4.7.2.8 抗冲切箍筋及弯起钢筋的构造处理 274

4.7.3 梁 275

4.7.3.1 梁截面的选择 275

4.7.3.2 梁的最小支承长度 275

4.7.3.3 受力钢筋 275

4.7.3.4 箍筋 276

4.7.3.5 横向连系筋 276

4.7.3.6 受扭或受弯剪扭的梁 276

4.7.3.7 弯起钢筋 277

4.7.3.8 梁下部承受集中荷载时的附加横向钢筋 277

4.7.3.9 架立钢筋 278

4.7.3.10 纵向构造钢筋 278

4.7.4 柱 278

4.7.4.1 柱的截面 278

4.7.4.2 纵向受力钢筋 278

4.7.4.3 箍筋 278

4.7.5 梁、柱节点 279

4.7.5.1 连续梁中间支座或框架梁中间节点 279

4.7.5.2 框架中间层端节点 279

4.7.5.3 框架顶层端节点处 279

4.7.5.4 框架节点水平箍筋 280

4.7.6 预应力混凝土 280

4.7.6.1 一般规定 280

4.7.6.2 先张法预应力构件的构造措施 281

4.7.6.3 后张法预应力构件的构造措施 282

4.7.7 预制构件的接头、吊环和预埋件 283

4.7.7.1 预制构件的接头 283

4.7.7.2 预制构件的吊环 283

4.7.7.3 预埋件 283

4.8 结构构件计算 284

4.8.1 梁、板 284

4.8.1.1 单向板结构 284

4.8.1.2 双向板结构 285

4.8.2 叠合式受弯构件 285

4.8.2.1 叠合式受弯构件的特点 285

4.8.2.2 叠合式受弯构件的分类和设计原则 286

4.8.2.3 施工阶段不加支撑的叠合式受弯构件计算 286

4.8.2.4 施工阶段设有可靠支撑的叠合式受弯构件计算 288

4.8.2.5 构造要求 288

4.8.3 深受弯构件 288

4.8.3.1 一般规定 288

4.8.3.2 正截面受弯承载力计算 289

4.8.3.3 斜截面受剪承载力计算 289

4.8.3.4 局部受压承载力计算 290

4.8.3.5 正常使用性能验算 290

4.8.3.6 构造要求 290

4.8.4 牛腿 291

4.8.4.1 立柱独立牛腿 291

4.8.4.2 壁式连续牛腿 293

4.8.5 柱下独立基础 294

4.8.5.1 现浇柱基础的构造 294

4.8.5.2 现浇柱的基础计算 295

4.8.6 预应力混凝土锚固筋计算 297

4.8.7 弧形闸门支座 298

4.8.7.1 弧形闸门支座附近的闸墩受拉区配筋设计 298

4.8.7.2 弧形闸门支座结构设计 299

4.8.8 弧形闸门预应力混凝土闸墩 299

4.8.8.1 预应力混凝土闸墩设计基本规定 299

4.8.8.2 预应力混凝土闸墩设计计算 300

4.8.8.3 应力修正法 302

4.8.8.4 预应力张拉锚固体系选择 303

4.8.8.5 预应力混凝土闸墩施工 303

4.8.8.6 算例 304

4.8.9 钢筋混凝土蜗壳 308

4.8.9.1 适用范围 308

4.8.9.2 结构计算 309

4.8.9.3 结构配筋 309

4.8.10 钢筋混凝土尾水管 309

4.8.10.1 结构计算 309

4.8.10.2 结构配筋 309

4.8.11 平面闸门门槽 309

4.8.11.1 一般规定 309

4.8.11.2 局部受压承载力验算 310

4.8.11.3 斜截面承载力复核 310

4.8.11.4 按应力图形配筋 310

4.8.12 坝体内孔洞 310

4.9 温度作用设计原则 310

4.9.1 一般规定 310

4.9.1.1 设计的原则 310

4.9.1.2 温度作用的有关参数确定 311

4.9.2 大体积混凝土在温度作用下的裂缝控制 311

4.9.2.1 大体积混凝土温度应力计算 311

4.9.2.2 大体积混凝土温度控制标准 312

4.9.2.3 大体积混凝土温度构造钢筋的配置 313

4.9.3 考虑温度作用的钢筋混凝土框架计算 314

4.10 非杆件体系结构的配筋计算 314

参考文献 315

第5章 砌体结构 319

5.1 材料及基本设计规定 319

5.1.1 概述 319

5.1.2 材料分类和强度等级 319

5.1.2.1 块体 319

5.1.2.2 砂浆 319

5.1.2.3 强度等级 319

5.1.3 砌体的计算指标 319

5.1.3.1 砌体工程施工质量控制等级 319

5.1.3.2 砌体计算指标 319

5.1.4 基本设计规定 323

5.1.4.1 建筑结构的功能要求、安全等级和设计使用年限 323

5.1.4.2 砌体结构设计表达式 324

5.1.4.3 房屋的静力计算规定 324

5.2 砌体结构计算 325

5.2.1 受压构件 325

5.2.1.1 受压构件的承载力计算 325

5.2.1.2 算例 327

5.2.2 局部受压 328

5.2.2.1 非梁端支撑处砌体截面中受局部均匀压力 328

5.2.2.2 梁端支承处砌体截面中局部受压 329

5.2.2.3 在梁端设有刚性垫块的砌体局部受压 329

5.2.3 轴心受拉构件 330

5.2.3.1 轴心受拉构件的承载力 331

5.2.3.2 算例 331

5.2.4 受弯构件 331

5.2.4.1 受弯构件的承载力 331

5.2.4.2 受弯构件的受剪承载力 331

5.2.4.3 算例 331

5.2.5 受剪构件 331

5.2.6 圈梁 332

5.2.6.1 适用范围 332

5.2.6.2 设置规定 332

5.2.6.3 构造要求 333

5.2.7 过梁 333

5.2.7.1 适用范围 333

5.2.7.2 设计计算 333

5.2.7.3 构造要求 333

5.2.8 挑梁 334

5.2.8.1 挑梁的定义及适用范围 334

5.2.8.2 砌体墙中钢筋混凝土挑梁的抗倾覆 334

5.2.8.3 挑梁的计算倾覆力矩设计值 334

5.2.8.4 挑梁计算倾覆点至墙外边缘的距离x0 334

5.2.8.5 挑梁下砌体的局部受压承载力 334

5.2.8.6 挑梁的最大弯矩设计值Mmax与最大剪力设计值Vmax 334

5.2.8.7 挑梁设计其他要求 335

5.2.8.8 悬挑构件的抗倾覆验算 335

5.3 砌体结构的构造措施 336

5.3.1 砌体房屋墙、柱的高厚比限值 336

5.3.2 砌体房屋结构的一般构造要求 336

5.3.2.1 耐久性要求 336

5.3.2.2 整体性要求 337

5.3.3 砌体房屋结构防止或减轻墙体开裂的主要措施 338

5.3.3.1 砌体房屋设置伸缩缝的最大间距 338

5.3.3.2 防止或减轻裂缝的措施 338

5.3.3.3 防止或减轻房屋底层墙体裂缝的措施 338

5.3.3.4 防止或减轻混凝土砌块房屋顶层两端和底层第一、第二开间门窗洞处的裂缝的措施 339

5.3.3.5 其他措施 339

5.3.4 水工浆砌石坝构造规定 339

5.3.4.1 材料要求 339

5.3.4.2 坝体防渗 339

5.3.4.3 排水 340

5.3.4.4 坝内廊道和孔洞 340

5.3.4.5 分缝 340

5.3.4.6 砌缝 340

5.3.5 水工砌石挡土墙构造规定 340

5.3.5.1 浆砌石挡土墙 340

5.3.5.2 干砌石挡土墙 341

5.3.6 土石坝砌石护坡构造规定 341

5.3.6.1 干砌石护坡 341

5.3.6.2 浆砌石护坡 341

5.3.7 渠道（防渗）砌护构造规定 341

5.3.7.1 材料要求 341

5.3.7.2 水泥砂浆勾缝防渗 341

5.3.8 砌石基础构造规定 341

5.3.8.1 毛石砌体 341

5.3.8.2 料石砌体 342

5.3.9 浆砌涵洞、桥墩（台）构造规定 342

5.3.9.1 材料要求 342

5.3.9.2 构造要求 342

5.3.10 砌体房屋结构抗震构造措施 342

参考文献 344

第6章 水工钢结构 347

6.1 钢结构的材料和计算方法 347

6.1.1 水工钢结构常用钢的分类与性能 347

6.1.2 常用钢材及其规格 347

6.1.2.1 钢材的分类 347

6.1.2.2 常用钢材规格 348

6.1.2.3 钢筋 348

6.1.3 钢材的选用 348

6.1.3.1 选用原则 348

6.1.3.2 选用规定 349

6.1.4 计算方法和设计指标 349

6.1.4.1 计算方法 349

6.1.4.2 设计指标 349

6.2 钢结构的连接 352

6.2.1 对接焊缝连接 353

6.2.1.1 对接焊缝的构造 353

6.2.1.2 对接焊缝的计算 353

6.2.2 角焊缝连接 354

6.2.2.1 角焊缝的构造 354

6.2.2.2 角焊缝的计算 354

6.2.3 钢材的拼接 357

6.2.4 普通螺栓连接 358

6.2.4.1 普通螺栓连接的构造 358

6.2.4.2 普通螺栓连接的计算 358

6.2.5 高强度螺栓连接 359

6.2.5.1 高强度螺栓连接的构造 359

6.2.5.2 高强度螺栓连接的计算 360

6.3 受弯构件（梁）的设计 364

6.3.1 钢梁的计算公式 364

6.3.1.1 强度计算 364

6.3.1.2 刚度计算 364

6.3.1.3 整体稳定性计算 364

6.3.2 组合梁的截面选择和验算 365

6.3.2.1 梁高和腹板高度的选择 365

6.3.2.2 腹板厚度的选择 365

6.3.2.3 翼缘尺寸的选择 365

6.3.2.4 截面验算 365

6.3.3 组合梁腹板与翼缘间焊缝的计算 365

6.3.4 组合梁的局部稳定性和腹板加劲肋的配置 366

6.3.4.1 梁受压翼缘的局部稳定性 366

6.3.4.2 梁腹板的局部稳定性 366

6.4 轴心受力和压（拉）弯构件的设计 368

6.4.1 轴心受力构件的验算公式 368

6.4.1.1 强度和刚度验算公式 368

6.4.1.2 压杆整体稳定性验算公式 369

6.4.1.3 轴心受压构件的局部稳定计算公式 370

6.4.2 实腹式轴心压杆（或柱）的设计 371

6.4.2.1 截面形式 371

6.4.2.2 截面设计 372

6.4.3 格构式轴心压杆（或柱）的设计 372

6.4.3.1 截面形式 372

6.4.3.2 格构式压杆的换算长细比 372

6.4.3.3 格构式压杆的截面选择 373

6.4.3.4 缀材设计 374

6.4.4 拉弯和压弯构件的验算公式 374

6.4.4.1 强度和刚度计算公式 374

6.4.4.2 压弯构件的整体稳定计算公式 374

6.4.4.3 压弯构件的局部稳定计算公式 375

6.4.5 压弯构件（或柱）的设计 375

6.4.5.1 实腹式压弯构件的截面设计 375

6.4.5.2 格构式压弯构件的截面设计 376

6.4.6 梁与柱的连接 376

6.4.7 柱脚设计 377

6.4.7.1 铰接柱脚设计 377

6.4.7.2 刚接柱脚设计 378

6.5 普通型平面桁架设计 379

6.5.1 桁架的型式和尺寸 379

6.5.1.1 桁架的选型原则 379

6.5.1.2 桁架的主要尺寸 379

6.5.2 桁架的支承和桁架杆件的计算长度 379

6.5.2.1 桁架的支承 379

6.5.2.2 桁架杆件的计算长度 379

6.5.3 桁架的杆件设计 380

6.5.3.1 内力计算 380

6.5.3.2 杆件截面形式 380

6.5.3.3 杆件截面选择 380

6.5.4 桁架的节点设计 381

6.6 空间网架屋盖设计 382

6.6.1 网架的形式及选型原则 382

6.6.1.1 网架形式 382

6.6.1.2 网架的选型 383

6.6.2 网架几何尺寸的确定 384

6.6.2.1 上弦网格尺寸 384

6.6.2.2 网架高度 384

6.6.2.3 斜杆布置 385

6.6.3 网架设计的一般规定 385

6.6.3.1 网架起拱 385

6.6.3.2 允许挠度 385

6.6.3.3 网架的自重 385

6.6.3.4 杆件设计 385

6.6.4 网架的计算原则和方法 385

6.6.4.1 计算方法 385

6.6.4.2 地震、温度作用下的内力计算原则 386

6.6.5 典型节点构造 386

6.6.5.1 焊接钢板节点 387

6.6.5.2 焊接空心球节点 387

6.6.5.3 螺栓球节点 387

6.6.5.4 支座节点 388

6.7 钢结构防腐蚀措施 388

6.7.1 表面预处理 388

6.7.1.1 脱脂净化 388

6.7.1.2 除锈 389

6.7.2 涂料保护 390

6.7.2.1 涂层设计的一般要求 390

6.7.2.2 涂层配套及选择 390

6.7.3 热喷涂金属保护 396

6.7.3.1 热喷涂涂层设计的一般要求 396

6.7.3.2 热喷涂金属材料的选择 397

6.7.3.3 封闭处理与涂装涂料的选择 397

6.7.3.4 热喷涂金属涂层最小局部厚度推荐 397

附录 常用型钢规格表 398

参考文献 405

第7章 水工结构抗震 409

7.1 基本规定和要求 409

7.1.1 水工建筑物抗震设计的基本概念和基本规定 409

7.1.2 水工建筑物抗震设计的设防目标、设防水准和基本要求 409

7.2 场地和地基 410

7.2.1 场地 410

7.2.1.1 地质构造的影响 410

7.2.1.2 场址地形的影响 410

7.2.1.3 地基条件的影响 410

7.2.1.4 场地类别划分 411

7.2.1.5 水工建筑物的场地选择 413

7.2.2 地基 413

7.2.2.1 地基抗震设计的一般原则 413

7.2.2.2 地基土地震液化和软弱黏土层的判别 414

7.2.2.3 地基液化和软弱黏土层处理措施 414

7.3 地震作用和抗震计算原则 415

7.3.1 工程地震基本概念 415

7.3.1.1 地震分类和序列 415

7.3.1.2 地震烈度 415

7.3.1.3 地震动影响参数和影响场 416

7.3.2 地震动输入参数的选择 417

7.3.2.1 设计地震动峰值加速度 417

7.3.2.2 设计地震加速度反应谱 417

7.3.2.3 设计地震加速度时程 418

7.3.3 场址地震动输入机制 418

7.3.3.1 场址设计地震动峰值加速度的基本概念 418

7.3.3.2 坝址地震动输入方式 419

7.3.3.3 自由场入射地震动输入机制 419

7.3.4 地震动分量及其组合 419

7.3.5 结构计算模式和地震作用效应计算 420

7.3.5.1 结构计算模式 420

7.3.5.2 地震作用效应计算 420

7.3.6 承载能力分项系数极限状态抗震设计 421

7.3.7 附属结构的抗震计算 421

7.4 大坝筑坝材料动态性能 421

7.4.1 大坝混凝土动态性能 421

7.4.1.1 细观力学数值分析研究 421

7.4.1.2 大坝混凝土动态性能试验研究 422

7.4.1.3 大坝混凝土动态参数取值原则与规定 423

7.4.2 土石料的动态性能 423

7.4.2.1 土的动力变形特性 424

7.4.2.2 土的动力残余变形特性参数 424

7.4.2.3 土的动孔压和动强度（或抗液化强度）特性 424

7.4.2.4 土的液化特性 425

7.5 混凝土坝抗震设计 425

7.5.1 基本规定和要求 425

7.5.2 拱坝抗震设计 426

7.5.2.1 设计工况 426

7.5.2.2 抗震设计计算分析 426

7.5.2.3 坝肩稳定的刚体极限平衡法 429

7.5.2.4 拱坝 地基系统整体抗震稳定性分析 429

7.5.2.5 拱坝抗震安全评价 430

7.5.2.6 拱坝抗震措施 430

7.5.2.7 拱坝抗震设计实例——大岗山双曲拱坝 431

7.5.2.8 沙牌拱坝抗震设计和汶川地震对大坝的影响 433

7.5.3 重力坝抗震设计 433

7.5.3.1 设计工况 433

7.5.3.2 大坝地震反应分析 433

7.5.3.3 沿建基面和水平层面的抗滑稳定分析 435

7.5.3.4 深层抗滑稳定分析 435

7.5.3.5 重力坝抗震安全评价 436

7.5.3.6 重力坝抗震措施 436

7.5.3.7 重力坝抗震设计实例——官地碾压混凝土重力坝 437

7.5.3.8 宝珠寺重力坝抗震设计和汶川地震对大坝的影响 440

7.6 土石坝抗震设计 440

7.6.1 基本原则和要求 440

7.6.2 设计工况 441

7.6.3 动力反应分析方法 441

7.6.3.1 等效线性动力分析方法与真非线性动力分析方法 441

7.6.3.2 总应力法与有效应力法 443

7.6.4 土石坝抗震稳定分析 443

7.6.4.1 拟静力法 444

7.6.4.2 动力法 445

7.6.5 土石坝地震永久变形 446

7.6.5.1 滑动体位移分析法 446

7.6.5.2 整体变形分析法 446

7.6.5.3 真非线性分析法 446

7.6.6 土石坝抗震安全评价 447

7.6.6.1 抗震稳定性评价 447

7.6.6.2 土体液化可能性评价 447

7.6.6.3 地震永久变形评价 448

7.6.6.4 防渗体安全评价 448

7.6.7 土石坝抗震措施 449

7.6.8 土石坝抗震设计实例 452

7.6.8.1 紫坪铺面板堆石坝工程概况 452

7.6.8.2 紫坪铺面板堆石坝主要抗震设计工作 452

7.6.8.3 紫坪铺面板堆石坝主要震害及分析 453

7.6.8.4 紫坪铺面板堆石坝抗震设计的总结 455

7.6.8.5 紫坪铺面板堆石坝震后抗震复核与极限抗震能力分析 455

7.6.8.6 碧口心墙堆石坝工程震害 458

7.7 其他水工结构抗震设计 459

7.7.1 进水塔 459

7.7.1.1 概述 459

7.7.1.2 进水塔结构的一般特点 459

7.7.1.3 结构地震反应分析基本原则和方法 459

7.7.1.4 结构抗震设计计算基本要求 460

7.7.1.5 进水塔的动水压力 460

7.7.1.6 进水塔的抗震稳定分析 462

7.7.1.7 进水塔的抗震安全评价 463

7.7.1.8 进水塔抗震措施 463

7.7.2 水闸 464

7.7.2.1 概述 464

7.7.2.2 抗震设计方法 464

7.7.2.3 水闸抗震安全评价 465

7.7.2.4 水闸抗震措施 465

7.7.3 地下结构 466

7.7.3.1 概述 466

7.7.3.2 计算分析方法 466

7.7.3.3 提高地下结构抗震性能的主要措施 468

7.7.4 升船机 468

7.7.4.1 概述 468

7.7.4.2 升船机结构的抗震特点 469

7.7.4.3 升船机结构动力分析 469

7.7.4.4 升船机结构抗震安全评价 469

7.7.5 渡槽 469

7.7.5.1 渡槽结构特点 469

7.7.5.2 渡槽抗震设计现状 470

7.7.5.3 渡槽动力分析 470

7.7.5.4 渡槽隔震 470

7.7.6 框架结构 470

7.7.6.1 一般规定 470

7.7.6.2 框架梁 471

7.7.6.3 框架柱 472

7.7.6.4 框架梁柱节点 474

7.8 水工结构动力模型试验 475

7.8.1 动力模型试验原理 475

7.8.2 拱坝 477

7.8.3 重力坝 479

7.8.4 土石坝 480

7.8.5 其他水工结构 480

参考文献 481