水工結(jié)構(gòu)工程的現(xiàn)代計(jì)算方法及程序

黎傘傘

摘?要：水工結(jié)構(gòu)工程是我國建筑行業(yè)最基礎(chǔ)的工程設(shè)計(jì)，在我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中占有重要的地位。因此，整個(gè)水工結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)設(shè)計(jì)必須要依托精準(zhǔn)的計(jì)算設(shè)計(jì)程序與正確的方法，只有這樣結(jié)構(gòu)工程才會(huì)滿足基本的適用性和安全性的要求。由于水工結(jié)構(gòu)涉及的層面比較廣泛，而且部分結(jié)構(gòu)極具復(fù)雜性，因此在整個(gè)工程設(shè)計(jì)過程中，必須遵守相關(guān)的現(xiàn)代計(jì)算程序，要重視采用最適宜的計(jì)算方法，有效地規(guī)避水工結(jié)構(gòu)工程中不必要的問題。本文旨在研究，水工結(jié)構(gòu)工程的現(xiàn)代計(jì)算方法和程序。

關(guān)鍵詞：水工結(jié)構(gòu)工程;現(xiàn)代;計(jì)算方法;程序

文章編號(hào)：2095-4085（2020）06-0102-02

我國人均水資源呈現(xiàn)普遍的不協(xié)調(diào)分布狀態(tài)，水資源大部分分布在西南地區(qū)，為了滿足內(nèi)陸人們的生活需求，國家和政府通過一系列計(jì)劃調(diào)控機(jī)制，建立了一批水工結(jié)構(gòu)工程。目前這些水工工程在我國居民生活方面起著重要的作用，給我國國民經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的社會(huì)效益，是我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)展的關(guān)鍵因素。然而，可持續(xù)性發(fā)展的水工結(jié)構(gòu)工程，需要遵循相應(yīng)的現(xiàn)代計(jì)算方法和程序。

1?水工結(jié)構(gòu)工程的現(xiàn)代計(jì)算方法分析

1.1?混凝土壩應(yīng)力分析

20世紀(jì)70年代開始，我國水工工程就開始采用有限元法計(jì)算混凝土中土壩應(yīng)力分析。通過有限元法對(duì)各種水土建筑物進(jìn)行系統(tǒng)分析，分析它們?cè)诓煌o力荷載和動(dòng)力荷載的銜接作用中的穩(wěn)定、應(yīng)力和變形等問題。在重力壩和拱壩設(shè)計(jì)時(shí)，采用的是拱橋分載法和材料力學(xué)法進(jìn)行應(yīng)力分析，并根據(jù)不同的情況制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。后來，研究人員又對(duì)有限元法進(jìn)行了改良，改良成了典型的無單位法，該方法是將接點(diǎn)信息和一些處于局部的支撐點(diǎn)函數(shù)實(shí)行了精準(zhǔn)評(píng)估，再通過配點(diǎn)法對(duì)其中的偏微分函數(shù)進(jìn)行求值，這種方法的好處就是擺脫了工程單元的束縛。到了現(xiàn)代，我們更多的是采用有限元法，有限元法的出現(xiàn)，將混凝土壩的應(yīng)用進(jìn)行了模擬分析，使得應(yīng)用更加地貼近實(shí)際，而且數(shù)據(jù)估量更加具有真實(shí)性。

1.2?面板堆石壩應(yīng)用分析

面板堆石壩的計(jì)算一般是通過統(tǒng)計(jì)數(shù)值計(jì)算方面、材料面板和堆石體之間接觸面單元面積和面板和防滲墻應(yīng)力值過大的問題，其中堆石流變對(duì)面板的應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)組成的影響力是最大的，特別是在高面板石壩中表現(xiàn)得最顯著，需要計(jì)算面板之間的拉應(yīng)力，根據(jù)拉應(yīng)力推算出設(shè)計(jì)施工時(shí)需要注意的堆石流面板河谷部分軸向拉應(yīng)力。

1.3?土石壩應(yīng)力分析

土石壩的變形和應(yīng)力計(jì)算有很多方法，其中工程中常用到的模型如下。（1）K-G模型?該模型主要是通過了解土的剪切和壓縮性質(zhì)，掌握了內(nèi)在的理論進(jìn)行分析評(píng)估，但過程較為復(fù)雜，所涉及的工作量太大。（2）雙曲線模型?該模型相對(duì)于K-G模型來說，實(shí)驗(yàn)程序較為簡(jiǎn)便一些，但其本身考慮的因素會(huì)多一些，和K-該模型一樣，它的系統(tǒng)理論也是很完善。只是考慮的因素參數(shù)多了，需要去確定變化駝峰在剪切曲線和建脹曲線之后的殘余參數(shù)的體變，想要運(yùn)用到實(shí)際生活上去，還是存在著一些問題。（3）線彈性模型?此模型的優(yōu)勢(shì)就是簡(jiǎn)易，并且一般都能得到較為滿意的數(shù)據(jù)，但因?yàn)榭紤]的因素少，也存在準(zhǔn)確的實(shí)用性。

1.4?混凝土壩裂縫計(jì)算方法的分析

混凝土壩裂縫分析，主要是用于判斷水利工程結(jié)構(gòu)是否牢固。但要想通過裂縫發(fā)展數(shù)值模型來做準(zhǔn)確的判斷還是有一定差距的，不過目前我國關(guān)于這方面還是有一些研究。主要是做了大壩粘塑性分析和因公非線性理念研究混凝土壩的演變規(guī)律。通過對(duì)大壩的安全檢測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制定了大壩安全監(jiān)控指標(biāo)，分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)，其中一級(jí)和二級(jí)指標(biāo)已經(jīng)投入市場(chǎng)應(yīng)用中。

2?水工結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)代計(jì)算的發(fā)展方向與程序

基于目前高壩與特高壩應(yīng)力分析的現(xiàn)狀，針對(duì)高壩與特高壩的水工工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以預(yù)測(cè)我國水工結(jié)構(gòu)工程的研究發(fā)展方向和所采用的程序。

2.1?高壩與特高壩計(jì)算程序

高壩和特高壩的計(jì)算主要分為混凝土、面板堆石壩和土石壩。首先，混凝土壩的計(jì)算程序分為采用誤差分析的自適應(yīng)算法;收集樣本材料，對(duì)其等效性和應(yīng)力分布情況作出綜合評(píng)估分析，通過概率分析掌握應(yīng)力的控制因素;運(yùn)用合理的應(yīng)力模擬實(shí)驗(yàn);通過三維結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)分析大壩變形機(jī)理的同時(shí)，提高有限元法結(jié)論的精確度，也可以優(yōu)化其有限元法的算法。其次，面板堆石是通過數(shù)值計(jì)算分析和離心模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行評(píng)估，特別在模擬材料和數(shù)據(jù)采集時(shí)一定要最大化地切近實(shí)際，只有這樣的模擬實(shí)驗(yàn)才具有可參考性。在采用原型檢測(cè)資料時(shí)，可以利用反分析的計(jì)算方法，通過對(duì)現(xiàn)有模型的修正和改進(jìn)，可以使數(shù)據(jù)更具真實(shí)性。最后，也要考慮高壩和特高壩的應(yīng)力水平的裂縫特點(diǎn)，采用普通的應(yīng)力分析計(jì)算方法很難得到分析，所以必須采用融合微納米尺度的力學(xué)模型。

2.2?高壩與特高壩的極限承載力計(jì)算程序

目前，對(duì)大壩結(jié)構(gòu)面的控制，只能通過掌握大壩的受力、變形和穩(wěn)定性的程序計(jì)算進(jìn)行評(píng)估，因此抗滑穩(wěn)定分析是計(jì)算其結(jié)構(gòu)面的最佳計(jì)算方式。

2.3?高壩和特高壩非線性問題

考慮到混凝土力學(xué)具有歸納性和不協(xié)調(diào)性的特點(diǎn)，需要結(jié)合更加系統(tǒng)、更多信息化和可控制性的先進(jìn)理論，才是材料的破壞機(jī)制。一般的材料損害機(jī)制都會(huì)經(jīng)歷四個(gè)時(shí)期，但在實(shí)際工程實(shí)踐中，我們常常會(huì)將其劃分為疲勞破裂期和擴(kuò)裂期。根據(jù)損害機(jī)制所處的時(shí)期，進(jìn)行非線性耦合分析。

3?結(jié)?語

針對(duì)高壩和特高壩的特點(diǎn)，對(duì)所采用的水工工程進(jìn)行了應(yīng)力分析、承載能力分析，在總結(jié)了決定高壩和特高壩的計(jì)算方法的同時(shí)，對(duì)后期計(jì)算程序發(fā)展方向做了一些評(píng)估。然而，對(duì)高壩與特高壩的盈利水平所引起的材料或者是裂縫問題，并沒有具體的計(jì)算方法，因?yàn)槟壳八こ趟婕暗膽?yīng)用是瞬息萬變的，沒有辦法設(shè)立統(tǒng)一的模型分析，而且在實(shí)際操作過程中存在太多的可變因素。

從以上水工工程計(jì)算方法與程序的分析中，可以了解到現(xiàn)代化水工工程在施工過程中的程序是非常復(fù)雜，并且具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和銜接性。因此要結(jié)合水工工程本身所含的環(huán)境因素，設(shè)置相對(duì)應(yīng)的工程管理方案，在方案中采用高效的計(jì)算方法和計(jì)算程序。在保證施工質(zhì)量和施工進(jìn)程的情況下，不斷對(duì)其計(jì)算方式進(jìn)行優(yōu)化，從而使得水利工程管理工作更加地精確化、細(xì)致化和全面化。

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