水工結構工程的現代計算方法及程序

黎傘傘

摘?要：水工結構工程是我國建筑行業最基礎的工程設計，在我國基礎設施建設中占有重要的地位。因此，整個水工結構工程的建設設計必須要依托精準的計算設計程序與正確的方法，只有這樣結構工程才會滿足基本的適用性和安全性的要求。由于水工結構涉及的層面比較廣泛，而且部分結構極具復雜性，因此在整個工程設計過程中，必須遵守相關的現代計算程序，要重視采用最適宜的計算方法，有效地規避水工結構工程中不必要的問題。本文旨在研究，水工結構工程的現代計算方法和程序。

關鍵詞：水工結構工程;現代;計算方法;程序

文章編號：2095-4085（2020）06-0102-02

我國人均水資源呈現普遍的不協調分布狀態，水資源大部分分布在西南地區，為了滿足內陸人們的生活需求，國家和政府通過一系列計劃調控機制，建立了一批水工結構工程。目前這些水工工程在我國居民生活方面起著重要的作用，給我國國民經濟帶來了巨大的社會效益，是我國經濟結構發展的關鍵因素。然而，可持續性發展的水工結構工程，需要遵循相應的現代計算方法和程序。

1?水工結構工程的現代計算方法分析

1.1?混凝土壩應力分析

20世紀70年代開始，我國水工工程就開始采用有限元法計算混凝土中土壩應力分析。通過有限元法對各種水土建筑物進行系統分析，分析它們在不同靜力荷載和動力荷載的銜接作用中的穩定、應力和變形等問題。在重力壩和拱壩設計時，采用的是拱橋分載法和材料力學法進行應力分析，并根據不同的情況制定了相關的標準。后來，研究人員又對有限元法進行了改良，改良成了典型的無單位法，該方法是將接點信息和一些處于局部的支撐點函數實行了精準評估，再通過配點法對其中的偏微分函數進行求值，這種方法的好處就是擺脫了工程單元的束縛。到了現代，我們更多的是采用有限元法，有限元法的出現，將混凝土壩的應用進行了模擬分析，使得應用更加地貼近實際，而且數據估量更加具有真實性。

1.2?面板堆石壩應用分析

面板堆石壩的計算一般是通過統計數值計算方面、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力值過大的問題，其中堆石流變對面板的應力對結構組成的影響力是最大的，特別是在高面板石壩中表現得最顯著，需要計算面板之間的拉應力，根據拉應力推算出設計施工時需要注意的堆石流面板河谷部分軸向拉應力。

1.3?土石壩應力分析

土石壩的變形和應力計算有很多方法，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，掌握了內在的理論進行分析評估，但過程較為復雜，所涉及的工作量太大。（2）雙曲線模型?該模型相對于K-G模型來說，實驗程序較為簡便一些，但其本身考慮的因素會多一些，和K-該模型一樣，它的系統理論也是很完善。只是考慮的因素參數多了，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的體變，想要運用到實際生活上去，還是存在著一些問題。（3）線彈性模型?此模型的優勢就是簡易，并且一般都能得到較為滿意的數據，但因為考慮的因素少，也存在準確的實用性。

1.4?混凝土壩裂縫計算方法的分析

混凝土壩裂縫分析，主要是用于判斷水利工程結構是否牢固。但要想通過裂縫發展數值模型來做準確的判斷還是有一定差距的，不過目前我國關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律。通過對大壩的安全檢測和標準規范，制定了大壩安全監控指標，分為一級、二級、三級，其中一級和二級指標已經投入市場應用中。

2?水工結構工程現代計算的發展方向與程序

基于目前高壩與特高壩應力分析的現狀，針對高壩與特高壩的水工工程結構特點，可以預測我國水工結構工程的研究發展方向和所采用的程序。

2.1?高壩與特高壩計算程序

高壩和特高壩的計算主要分為混凝土、面板堆石壩和土石壩。首先，混凝土壩的計算程序分為采用誤差分析的自適應算法;收集樣本材料，對其等效性和應力分布情況作出綜合評估分析，通過概率分析掌握應力的控制因素;運用合理的應力模擬實驗;通過三維結構模型實驗分析大壩變形機理的同時，提高有限元法結論的精確度，也可以優化其有限元法的算法。其次，面板堆石是通過數值計算分析和離心模擬實驗相結合的方式進行評估，特別在模擬材料和數據采集時一定要最大化地切近實際，只有這樣的模擬實驗才具有可參考性。在采用原型檢測資料時，可以利用反分析的計算方法，通過對現有模型的修正和改進，可以使數據更具真實性。最后，也要考慮高壩和特高壩的應力水平的裂縫特點，采用普通的應力分析計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模型。

2.2?高壩與特高壩的極限承載力計算程序

目前，對大壩結構面的控制，只能通過掌握大壩的受力、變形和穩定性的程序計算進行評估，因此抗滑穩定分析是計算其結構面的最佳計算方式。

2.3?高壩和特高壩非線性問題

考慮到混凝土力學具有歸納性和不協調性的特點，需要結合更加系統、更多信息化和可控制性的先進理論，才是材料的破壞機制。一般的材料損害機制都會經歷四個時期，但在實際工程實踐中，我們常常會將其劃分為疲勞破裂期和擴裂期。根據損害機制所處的時期，進行非線性耦合分析。

3?結?語

針對高壩和特高壩的特點，對所采用的水工工程進行了應力分析、承載能力分析，在總結了決定高壩和特高壩的計算方法的同時，對后期計算程序發展方向做了一些評估。然而，對高壩與特高壩的盈利水平所引起的材料或者是裂縫問題，并沒有具體的計算方法，因為目前水利工程所涉及的應用是瞬息萬變的，沒有辦法設立統一的模型分析，而且在實際操作過程中存在太多的可變因素。

從以上水工工程計算方法與程序的分析中，可以了解到現代化水工工程在施工過程中的程序是非常復雜，并且具有較強的系統性和銜接性。因此要結合水工工程本身所含的環境因素，設置相對應的工程管理方案，在方案中采用高效的計算方法和計算程序。在保證施工質量和施工進程的情況下，不斷對其計算方式進行優化，從而使得水利工程管理工作更加地精確化、細致化和全面化。

參考文獻：

[1]本刊編輯部.水工結構工程與巖土工程的現代計算方法及程序[J].河海科技進展，1992，（03）：27.

[2]謝能剛，邵韋循，孫林松.遺傳算法在大型水工結構優化設計中的應用[J].安徽工業大學學報，2001，18（2）：121-124.