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水工结构学

研究各种水利工程建筑物的形式、功能及其内部结构的学科。水工结构学又称水工建筑学

研究各种水利工程建筑物的形式、功能及其内部结构的学科。水工结构学又称水工建筑学,分通用和专门两类。通用水工建筑包括挡水(闸、坝)、输水(渠、管道、隧洞)、取水(进水闸、孔、塔)、泄水(闸、堰、陡槽)等类。专门水工建筑包括灌溉排水(灌溉渠系及其建筑物、泵站等)、治河防洪(堤防及河流治导工程)、水力发电(水库、压力管道、电站厂房、调压井)、水运(船闸、码头、船坞、航渠)等。

研究内容 水工结构学属于应用学科,它以水力学结构力学、岩土力学等为其基础,根据水工建筑物的功能和工作条件,掌握基本资料,研究确定总体布置、各个建筑物的尺寸,进行应力、应变、地基沉陷、防渗、稳定、耐久性的分析计算,并借助于模型试验和原型观测,加以验证和改进。在前期工作和施工及管理过程中,要在过去经验积累的基础上,运用学科技术的成果,不断提高改进。技术实践的成果,又反过来丰富本学科的内容。

发展概况水工建筑物是适应水利建设的需要不断发展起来的。约在四千年前中国已有修堤、防洪、浚河、排水的传说。秦统一中国后,有了黄河的堤防体系。大约同一时期,先后有了都江堰、灵渠、郑国渠、大运河以及期思陂等代表性的航运、灌溉工程,经历汉、唐、宋各代而有更大的发展。

东汉(公元60年),是大规模的治理黄河工程,利用汴渠作为分洪、通航、供水的水道,成功地维持了一个长时期。古代的埃及、印度等国,在防洪和发展灌溉方面,也修建了大量的水工建筑。古代的水工建筑,利用土石、圬工等当地材料,辅以少量铁件,结构也比较简单,但它们的广泛应用,为近代水工建筑的发展,积累了丰富的实践经验。

18世纪以来,随着新型建筑材料的发展,特别是水泥、钢材的出现,水工建筑也很快地改变面貌。作为标志的是混凝土坝和土石坝、地下工程、基础工程、金属结构等方面的成就。到20世纪30~40年代,有关的理论和实践更趋成熟,各种类型的大坝达到更大的规模。美国的波尔德(Boulder Dam)和大古力(Grand Coulee Dam)等大坝,发展了试荷载分析方法和柱状浇筑施工工艺。前者的坝高达221米。

1949年以来,修建的各类水库有8.6万多座,包括新安江、三门峡、丹江口、刘家峡等一大批大型水利枢纽水电站。目前已建、在建的混凝土坝坝高已达178米,土石坝高114米。

发展趋势 进入20世纪70~80年代,水工建筑规模又有新的发展。世界上大坝高度已超过300米,规划中的超过400米。

中国在水工结构科学技术方面,计算机已广泛应用于工程设计计算和施工质量控制,向程序化、优化方向发展。施工机械化已普遍应用,并达到相当高的水平,但在一些中小型工程及分散型工程(如堤防),机械化程度较低,今后将逐渐提高。新材料如高分子材料,聚合物混凝土碾压混凝土及其他复合材料,尚处在边试验边推广阶段,今后将加快步伐。防渗材料和结构形式的研究应用,亦将导致高土石坝、堤防工程以及泄水建筑物的重大改变。