注册土木工程师(水利水电)专业案例习题

2007年度全国注册土木工程师（水利水电工程）（水工结构）执业资格考试专业案例试卷（上午）第1页共24页4～6.某大型工程，位于8度地震区。主坝为粘土均质坝，受地形的限制，为满足泄洪要求，在主、副坝联接处建有溢洪道，设计洪水泄流量为8300m3/s，溢洪道基础位于第三纪砂层上。溢洪道采用直线布置，由驼峰堰进水闸、泄槽、一级消力池、二级消力池、三级消力池以及海漫等几部分组成。堰体为驼峰堰型，长28m，上游设壤土铺盖，厚2～3m，长250m，渗透系数为1×10-6cm/s，铺盖下砂层渗透系数为3×10-3cm/s。堰体下设两条横向（垂直水流）排水管，并与堰体两侧边边墙外纵向排水管相联，横向排水管内地下水位高程为134.5m。堰体结构简图及设计洪水过水时的受力状态见附图。泄槽两侧挡墙为直墙式，并对称扩散，进口堰末泄槽起点宽131.5m，流速为13.15m/s，水深4.8m；泄槽末端处宽170m，流速为21.23m/s，水深2.3m。泄槽底板下设有反滤层和网状排水沟，纵横向排水沟布置在泄槽底板下，横向排水沟自溢洪道中心向两侧以5%的坡度引边墙外排水廊道内。第三纪砂层相对密度为0.80。由颗粒级配曲线查得小于各粒径重量占总重量的百分数如下表：砂的粒径di（mm）0.0140.0300.0500.0600.1200.1700.250.301.051.001.408.00对应粒径占（%）5101520304050607080851004.判断溢洪道泄槽（陡槽）满足水流扩散所需要的沿水流方向的最小水平投影长度，下列哪一项能满足最低要求?（A）190m（B）170m（C）150m（D）130m答案：(B)主要解答过程：溢洪道泄槽边墙扩散角可按《溢洪道设计规范》附录A.3中公式A.3.2-2计算，tgQ=(g*h)1/2/k/v式中：h—扩散段首、未端平均水深；v—扩散段首、未端平均流速；k—经验系数，取3.0；h=0.5(4.8+2.3)=3.55mv=0.5(13.15+21.23)=17.19m/stgQ=(g*h)1/2/k/v=(9.81*3.55)1/2/3/17.19=0.1142007年度全国注册土木工程师（水利水电工程）（水工结构）执业资格考试专业案例试卷（上午）第2页共24页溢洪道泄槽满足水流扩散所需要的沿水流方向的最小水平投影长度L：L=0.5(170-131.5)/0.114=168.9m5.当设计洪水泄洪，闸门全开堰体过水时，（顺水流方向）影响堰体（单宽）稳定的除有结构自重及其上的永久设备重量、土压力外，还有哪些基本荷载？（A）设计洪水位时的扬压力和地震荷载（B）设计洪水位时的扬压力和泄流时的水压力（C）设计洪水位时的静水压力和地震荷载（D）设计洪水位时的静水压力和波浪压力答案：(B)主要解答过程：6.由上述条件，下列哪一选项最接近高程134.5m以上堰体上游面(单宽)所作用的水平水推力的计算值？（按时均压强计算，忽略铺盖厚度，堰趾至横向排水沟的渗径长度按20m计，堰体过水如图示）。下列选项中水平水推力计算值，哪一项是比较正确的？2007年度全国注册土木工程师（水利水电工程）（水工结构）执业资格考试专业案例试卷（上午）第3页共24页（A）780kN（B）460kN（C）420kN（D）1360kN答案：（B）主要解答过程：铺盖首部的渗透压力=(151.0-134.5)*10=165KN铺盖尾部的渗透压力＝165*24.5/274.5=14.72KN堰底板上游的渗透压力＝165*20/274.5=12.02KN排水管的渗透压力为0(1)上游止水以上水压力H1H1=0.5(80+120)*4=400KN(2)上游止水以下水压力H2H2=0.5(14.72+12.02)*4.5=60.1KN堰体上游面(单宽)所作用的水平水推力=400+60.1=460KN2007年度全国注册土木工程师（水利水电工程）（水工结构）执业资格考试专业案例试卷（上午）第4页共24页7.某装机450MW的坝后水电站内有2500kN/300kN的桥机，桥机轨道梁采用钢筋混凝土T形梁。在进行吊车梁计算配筋时，需要确定T形梁的结构重要性系数γ0，桥机竖向荷载的动力系数γQ，结构系数γd。以下哪一选项是正确的？（A）γ0=1.1，γQ=1.05，γd=1.3（B）γ0=1.0，γQ=1.05，γd=1.2（C）γ0=1.0，γQ=1.2，γd=1.2（D）γ0=1.0，γQ=1.1，γd=1.2答案：（B）主要解答过程：《水利水电工程第级划分与洪水标准》规定装机450MW为大(Ⅱ)型工程，厂房是主要建筑物，应为2级建筑物。《水电站厂房设计规范》第4.1.3条规定，2级建筑物结构重要性系数γ0=1.0；第4.1.8条规定，桥机竖向荷载的动力系数γQ=1.05；《水工混凝土结构设计规范》第4.2.1条规定，结构系数γd=1.2。2007年度全国注册土木工程师（水利水电工程）（水工结构）执业资格考试专业案例试卷（上午）第5页共24页8.有一素混凝土柱，混凝土强度等级C15，计算长度l0=3.6m，截面尺寸b×h=300×500mm2，轴向力设计值N=480kN，轴向力作用点至截面重心作用点距离e0=100mm，如图所示。经复核，该柱截面安全。以下哪一个数值最接近该素混凝土柱的受压承载力？（A）600kN（B）710kN（C）480kN（D）520kN答案：（C）主要解答过程：《水工混凝土结构设计规范SL/T191-96》条文5.2.1，5.2.2公式5.2.2～1，5.2.2～4专业案例，水工结构篇，第二章，第三节(1)有关系数γd=1.3，fc=10N/mm2，e0=100mm，yc’=500/2=250mm(2)判别是否要考虑受拉区混凝土的作用0.4yc’=0.4×250=100mm0.8yc’=0.8×250=200mm故0.4yc’=e0≤0.8yc’，按不考虑混凝土受拉区的作用计算承载力。（3）弯矩平面内的受压承载力l/h=3600/500=7.2，查表5.2.2-1得，φ=0.93N=)1002500(3005.73.193.0)2(10ehbfdc=482884N=483kN（4）垂直弯矩作用平面的受压承载力l/h=3600/300=12，查表5.2.2-1得，φ=0.82N=5003005.73.182.01bhfdc=709615N=710kN应取（483kN，710kN）的小值，故受压承载力为483kN。2007年度全国注册土木工程师（水利水电工程）（水工结构）执业资格考试专业案例试卷（上午）第6页共24页注：(A)未计φ=0.93的影响，483/0.93=520kN；(B)错误地取用（483kN，710kN）的大值710kN；(D)错误地取用γd=1.2(钢筋混凝土构件)，483/1.2×1.3==523kN。2007年度全国注册土木工程师（水利水电工程）（水工结构）执业资格考试专业案例试卷（上午）第7页共24页9.某厂房（3级建筑物）房内有T形吊车梁，截面尺寸为梁高500mm，腹板宽200mm，翼缘厚度100mm，翼缘宽度400mm，计算跨度l0=6m，经计算跨中弯矩设计值M=210kN·m(包括自重)，已配有受压钢筋2根直径16的Ⅲ级钢筋（As’=402mm2），采用C20混凝土，受拉钢筋也采用Ⅲ级钢筋，2排布置，（c=25mm），以下哪个数值最接近需要配置的受拉钢筋面积？（A）2000mm2（B）1800mm2（C）1950mm2（D）1845mm2答案：（D）主要解答过程：《水工混凝土结构设计规范SL/T191-96》条文6.2.2公式5.2.2～1，5.2.2～4专业案例，水工结构篇，第二章，第四节(1)确定有关系数ψ=1.0，γd=1.2，γ0=1.0（安全级别Ⅱ级），γG=1.05，γQ=1.20，fc=10N/mm2，fy=fy’=360N/mm2，c=25mm(2)翼缘宽度计算假定受拉筋直径20mm,2排钢筋间间距为50mm，则a=25+20/2+50/2=60mmh0=500-60=440mm，a’=25+16/2=33mm，hf’=100mm对于独立的T形梁，hf/h0=100/440=0.2270.1,b+12hf’=200+12×100=1400mml0/3=6000/3=2000mm取（400，1400，2000）的最小值，故bi’=400mm，（3）T形截面类型判断γdM=1.2×210=252kN·mfcbi’hi’(h0-hi’/2)+fy’As’(h0-a’)=10×400×100×(440-100/2)+360×402×（440-33）=2.149×108N·mm=214.9kN·mγdM=252kN·m＞214.9kN·m，该梁属第二类T形截面（4）配筋量计算As3=fc(bi’-b)hi’/fy=10×(400-200)×100/360=555.6mm2M3=fc(bi’-b)hi’(h0-hi’/2)=10×(400-200)×100×(440-100/2)=7.8×1072007年度全国注册土木工程师（水利水电工程）（水工结构）执业资格考试专业案例试卷（上午）第8页共24页N·m=78kN·mAs1=fy’As’/fy=360×402/360=402mm2M1=fy’As’(h0-a’)=360×402×(440-33)=5.89×107N·mm=58.9kN·mM2=γdM-M1-M3=252-58.9-78=115.1kN·mξ=.44020010101.11526202bhfMc=0.297αs=1-528.0363.0297.021121bsAs2=203.887360440200363.010mmfbhfycAs=As1+As2+As3=402+555.6+887.3=1844.9mm2%15.0%142.24402009.1844min0bhAs注：(A)按一类截面计算配筋量时：ξ=.44020010102102.12620bhfMcd=0.3524αs=1-528.0409.03524.021121bsAs=206.1999360440400409.010''mmfhbfyic；2007年度全国注册土木工程师（水利水电工程）（水工结构）执业资格考试专业案例试卷（上午）第9页共24页10.某中型泵站内有矩形混凝土柱，经计算，控制截面中作用的轴心压力设计值N=905kN，弯矩设计值M=375kN·m，柱在两个方向的计算长度l0=7.2m。设计时混凝土采用C25，Ⅱ级钢筋，截面为矩形b×h=400mm×600mm，取a=a’=40mm。不对称配筋时，所需的纵向钢筋面积As和As’最为接近以下哪一项？（A）As=448mm2，As’=1079mm2（B）As=2489mm2，As’=1079mm2（C）As=1079mm2，As’=1079mm2（D）As=2489mm2，As’=448mm2答案：（B）主要解答过程：《水工混凝土结构设计规范SL/T191-96》条文6.5.3，10.2.4公式6.5.3-1～3，6.5.3-3专业案例，水工结构篇，第二章，第四节(1)求初始偏心距e0,e0=M/N=375/905=0.414m=414mm(2)求偏心距增大系数ηl0/h=7200/600=128需要考虑纵向弯曲的影响，由于l0/h=1215，故取ζ2=1ζ1=NAfdc5.0=0.5×12.5×400×600/（1.2×905×1000）=1.381〉1,故取ζ1=1η=1+21000)/(/14001hlhe=1+(12×12×1×1)/(1400×414/560)=1.139（3）判断大小偏心受压ηe0=1.139×414=4720.4h0-0.3×560=168mm，故按大偏心受压计算，属大偏心受压的第一种情况。（4）求轴向作