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《水利水电工程设计计算程序集》适用于新规范的情况


    《水利水电工程设计计算程序集》是全行业数十名专家的著作汇集,具有水工手册式的内容设置,可以完成中小型工程的绝大部分常规计算,经过20余年的运行考验,证明其成果可靠。最近,经过了中国水利水电勘测设计协会的登录审查,已经向全国推荐使用。与ZDM图形软件联合运用,提供工程CAD较为完美的解决方案。

    《程序集》3.0版的发行通知中说,‘视窗版不但进一步订正了老版的缺陷,对绝大多数程序按照新规范的要求,进行了修改。’最近几年,若干新规范陆续颁布,《程序集》适用新规范的情况究竟如何?以下就这一问题加以说明。

 

关于水工结构计算

 

一、水工钢筋混凝土规范的变化情况。

水工钢筋混凝土规范曾经有以下几个版本:

《水工钢筋混凝土结构设计规范 SDJ 20-78》(以下简称‘78版本’)

《水工混凝土结构设计规范SL/T  191-96》(以下简称‘96版本’)

《水工混凝土结构设计规范SL 191-2008》(以下简称‘SL 2008版本’)

《水工混凝土结构设计规范DL/T 5057-2009》(以下简称‘DL 2009版本’)

 

关于结构设计,90年代以前,我国一直实行的是安全系数法,94年颁布了《水利水电工程结构可靠度设计统一标准GB 50199-94》,97年颁布了《水工建筑物荷载设计规范DL 5073-1997》,设计依据有了较大的变动。‘78版本’是按照安全系数法编制的,2009年2月以前,一直没有宣布作废,‘96版本’也规定为“水利行业推荐性标准”,所以一直是两个规范并行。而且2002年《水工隧洞设计规范 SL279-2002》颁布,点名执行钢筋混凝土的‘78版本’,所以‘78版本’一直延续至今。直至‘SL 2008版本’发布,才明确替代‘78版本’和‘96版本’。

    与钢筋混凝土规范的情况相应,《程序集》一直提供了各种版本的程序,有些地下结构的内力计算还附加了‘78版’的配筋计算。现在,新规范又颁布了,我们将在《程序集》的4.1版中陆续提供钢筋混凝土的新规范的计算程序。

 

二、在具体的设计计算中,你可以用《水利水电工程结构可靠度设计统一标准GB 50199-94》和《水工建筑物荷载设计规范DL 5073-1997》的方法,确定结构所承受的荷载(即作用的设计值),采用G、H软件包的适当程序(包括G-12、G-13、G-14、G-15等)算出结构的内力,然后用相应的钢筋混凝土计算程序进行配筋计算。这是完全新规范的做法。

 

三、《程序集》的计量单位除个别程序外,都改为新的计量单位。为了与旧的计量单位相应,采用如下的换算关系:   (9.8≈10)

 

          旧单位        新单位

力:

        1  kg     =   10    N  (牛顿)

        1  t      =   10    kN  (千牛)

应力:(包括弹性模量,一律不用兆帕,只用N/mm2)

        1  kg/cm2  =   0.1   N/mm2  (兆帕)  

        1  t/m2    =   0.01  N/mm2   (兆帕)

        1  t/m2    =   10    kN/m2   

弯矩:

        1  t·m    =   10    kN·m   

     1  kg·cm  =   104  kN·m    

        其它单位均化为 kN·m

其它:

        1  t/m     =   10    kN/m

        1  t/m3     =   10   kN/m3

----------------------------------------------------------------

另有:   1兆帕(N/mm2) = 1000 千帕(kN/m2)

       1  Mpa       = 1000  kpa

       1  N/mm2 (兆帕)= 10  kg/cm2  =100  t/m2  = 1000  kN/m2(千帕)

       1  N/mm2 (兆帕) = 10.1937 kg/cm2  =101.937 t/m2 =1000 kN/m2(千帕)   

 

四、新旧抗震规范中,结构计算的拟静力法,所选参数(地震设防烈度、地震加速度、影响系数等)没有改变。

    《程序集》的水工结构计算程序中都是采用拟静力法,其抗震部分是符合新规范的。

 

五、结构力学的分析方法,不涉及新旧规范的替代问题,《程序集》中的结构力学程序是传统的结构力学加上先进的数学方法用计算机来实现,比之若干手算的简化方法更为先进,这是不会过时的。

旧的《水工隧洞设计规范 SD134-84》作为附录,列出了很多的结构分析方法,这是非常成熟的结构力学计算的方法,《程序集》的G-12就是其附录之一改编的。

新的《水工隧洞设计规范 SL279-2002》的条文说明中说,‘以衬砌为承载结构的传统结构力学方法在我国隧洞设计中运用了几十年,已经形成一套完整的计算体系,设计实践证明。对Ⅳ、Ⅴ类围岩隧洞和无压洞的衬砌结构设计,只要荷载作用分析合理,计算边界清楚,采用结构力学方法则力学概念明确、计算简单、经验较成熟,工程中多在应用并运行良好。

‘考虑到有关结构力学的计算机程序已经普遍使用,附录中不宜再列出结构力学计算公式。此外国内在隧洞设计中采用不同力学模型的有限元程序很多,各有特点,不同工程都有应用,但还没有经过鉴定的水工隧洞计算专用程序,故也不在附录中推荐。’

但在《水工隧洞设计规范》DL/T 5195-2004》中又列出了若干资料性的计算方法,还将边值法作为规范性的附录列入。《程序集》的G-12就是边值法的程序。

《程序集》中的结构计算程序,经过了十多年的运行、考验,证明其计算的成果是可靠的。下面列表说明程序集中一些程序的情况。

 

程序代码

G-12

G-13

G-14

G-15

H-2A

H-12、H-13

程序名

隧洞衬砌内力及配筋通用计算程序

多孔方形方圆涵洞内力及配筋计算程序

地下结构内力及配筋计算程序

平面杆系有限元程序

平面框架内力计算程序

弹性地基上的框架内力计算程序(两跨)(三跨)

地基反力力学假定

文克尔假定

文克尔假定

文克尔假定

文克尔假定

半无限大各项同性均质弹性体

数学模型

衬砌边值数值解法,解6阶偏微分方程

平面杆系有限元引入拱单元和弹性地基梁单元

平面杆系有限元引入弹性地基梁单元

平面杆系有限元加弹簧支座

平面杆系有限元

主元消去法解线性方程组

适用范围

水工隧洞13种断面

方形方圆形涵洞

地下结构地面结构

地下结构地面结构

地面结构

2孔3孔方形涵洞

使用情况

运行20多年,用于全国的众多工程

运行20多年,用于新疆和全国的众多工程

运行20年,用于新疆和全国的众多工程,用于黄河小浪底工程的隧洞

运行20多年,用于湖北和全国的众多工程

运行20多年,用于安徽和全国的众多工程

运行20多年,用于全国的众多工程

    检验情况:

       1、用不同程序计算同一结构结果相近。

       2、用G-12和G-14程序计算同一圆形隧洞,内力误差在小数位。

关于水文、水利、水力学程序

    水文、水利、水力学的计算方法,多是传统的常用算法,不涉及新老规范的替代问题。

关于水力学计算,国内进行过多种的实验,同一类课题,曾经提出过多种的计算公式和参数选取。程序集中的不同程序,可能选取不同的计算公式和参数,在使用说明中都进行了说明,在使用时可以选用新规范推荐的算法,也可以用多种公式计算,作为参考。D-29程序完全按照新规范的推荐公式进行编制,选用的公式也都在使用说明中列出,

关于坝工方面的程序

    土石坝边坡稳定分析程序K-1经过多年的使用和考证,证明其计算结果还是可靠的。它有多种方法,你可以选用适合你工程的方法。其抗震采用拟静力法,新老规范的这一部分没有变动,因而是适用新规范的。

    重力坝软件包中的一些程序是按照老规范SDJ21-78的单一安全系数的参数选取来编制的,重力坝新规范是按照可靠度统一标准编制,但水利部发布的《混凝土重力坝设计规范 SL 319-2005》仍然按照单一安全系数的方法,仅对SDJ21-78进行了修订,因而这些程序仍能用于混凝土重力坝的设计。浆砌石重力坝新的设计规范仍然沿用以前的单一安全系数的方法,因而这些程序仍然可以用于浆砌石重力坝的计算。

 

    综上所述,规范的修改,不一定是计算方法和计算公式的修改,有些传统的计算方法,在大家的有生之年,也许都不会修改。在每个程序的使用说明中,一般都有计算方法或者计算公式的说明,使用者应该完全理解和掌握这些计算方法和计算公式的细节,并且用新的规范加以衡量,然后决定取舍。完全符合新规范的,可以正式采用,不太符合的,也可以作为参考。

 

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