NGUYEN HUNG NGUYEN
Electric Power University， Ha Noi City 11210
摘要：我国经济建设最近几年之所以发展如此迅速，离不开各行业的支持和国家政策的扶持，才有今天的局面和规模。水工建筑物的设计和建设质量对于建筑行业的良好发展具有重要意义，因此水工建筑需要设计人员以及水利部门相关工程师进行提前规划，提高结构设计的合理性。
关键词：水工结构工程；现代计算方法及程序
引言
科学技术的快速发展使我国各行业有了新的发展机遇和发展空间，使我国提前进入现代化科学技术发展阶段。水工结构工程是我国建筑行业最基础的工程设计，在我国基础设施建设中占有重要的地位。因此，整个水工结构工程的建设设计必须要依托精准的计算设计程序与正确的方法，只有这样结构工程才会满足基本的适用性和安全性的要求。由于水工结构涉及的层面比较广泛，而且部分结构极具复杂性，因此在整个工程设计过程中，必须遵守相关的现代计算程序，要重视采用最适宜的计算方法，有效地规避水工结构工程中不必要的问题。
1水工建筑结构设计的意义
水工建筑结构需要从短期以及长期规划进行分析，不仅要加强对设计质量的重视，同时要从长远的角度考虑，确保水工建筑物符合未来发展趋势，遵循未来发展导向。水工建筑物结构设计是水利工程中一项重要的研究内容，对于设计人员的要求较高，需要从多方面对结构设计进行规划。结构设计从实际出发，对于传统设计中存在的问题需要从现代技术方面进行思考和改进，在整体的设计过程中，以国家标准为基础实行规范化设计。水工建筑物的设计和建设与周围环境相融合，因此要对周围环境进行勘察，考虑环境多样性，不仅要提高结构设计的质量，同时要考虑降低施工成本以及使用成本，确保水工建筑可以突出结构设计的优势，推动城市的发展，实行更加全面、高效的管理。
2水工结构工程的现代计算方法分析
1.混凝土坝应力分析，20世纪70年代开始，我国水工工程就开始采用有限元法计算混凝土中土坝应力分析。通过有限元法对各种水土建筑物进行系统分析，分析它们在不同静力荷载和动力荷载的衔接作用中的稳定、应力和变形等问题。在重力坝和拱坝设计时，采用的是拱桥分载法和材料力学法进行应力分析，并根据不同的情况制定了相关的标准。后来，研究人员又对有限元法进行了改良，改良成了典型的无单位法，该方法是将接点信息和一些处于局部的支撑点函数实行了精准评估，再通过配点法对其中的偏微分函数进行求值，这种方法的好处就是摆脱了工程单元的束缚。到了现代，我们更多的是采用有限元法，有限元法的出现，将混凝土坝的应用进行了模拟分析，使得应用更加地贴近实际，而且数据估量更加具有真实性。2.面板堆石坝应用分析，面板堆石坝的计算一般是通过统计数值计算方面、材料面板和堆石体之间接触面单元面积和面板和防渗墙应力值过大的问题，其中堆石流变对面板的应力对结构组成的影响力是最大的，特别是在高面板石坝中表现得最显著，需要计算面板之间的拉应力，根据拉应力推算出设计施工时需要注意的堆石流面板河谷部分轴向拉应力。3.土石坝应力分析，土石坝的变形和应力计算有很多方法，其中工程中常用到的模型如下。(1)K-G模型该模型主要是通过了解土的剪切和压缩性质，掌握了内在的理论进行分析评估，但过程较为复杂，所涉及的工作量太大。(2)双曲线模型该模型相对于K-G模型来说，实验程序较为简便一些，但其本身考虑的因素会多一些，和K－该模型一样，它的系统理论也是很完善。只是考虑的因素参数多了，需要去确定变化驼峰在剪切曲线和建胀曲线之后的残余参数的体变，想要运用到实际生活上去，还是存在着一些问题。
(3)线弹性模型此模型的优势就是简易，并且一般都能得到较为满意的数据，但因为考虑的因素少，也存在准确的实用性。
3水工结构工程现代计算的发展方向与程序
3.1Hypermesh建模
有限元方法大致由前处理、有限元计算和后处理3部分组成。前处理程序的主要功能是为有限元计算提供离散模型的有关数据，包括结点数、结点编码、结点坐标以及单元数、单元结点编码等。Hypermesh具备多样的网格生成算法并提供人机交互控制网格划分的可视化操作模式以高效高质量生成离散模型。根据不同的网格划分对象，网格生成算法可分成基于规则形状的网格生成算法和基于原始实体的网格划分算法两类。前者需要较多人为干预，容易控制网格分布与单元质量;后者多为全自动化剖分。水工建模主要使用规则形状的网格生成算法以控制模型网格质量，其常见算法有映射法和扫描法。映射法主要是根据某种映射函数将不规则形体映射为参数空间中的规则形体，然后在其上划分网格，并由映射函数计算结点的真实坐标值，同时记录单元的结点号;扫描法主要步骤是先在基平面上生成平面网格，然后通过沿某曲线的空间扫描运动生成三维网格。另外，网格自动生成技术节省时间、建模效率高，是目前网格生成的主要发展方向。在利用网格自动生成技术划分二维平面网格的基础上应用扫描法等人为干预的算法生成三维网格的半自动化方法可以充分发挥两类算法的优势，在实际水工结构建模过程中使用较多。
3.2水工结构中的不确定性
随机性处理不确定性问题为概率可靠度模型的主要方法，在存在大量实测结构自身荷载与抗力参数的条件下，利用β度量结构可靠性具有明显的优越性。然而，在水工结构中遇到的不确定性问题通常不能利用较为精确的概率理论处理分析。基岩中的渗水压力与大坝排水系统、帷幕灌浆质量以及地质结构等因素相关，也是一种具有较大变化区间的荷载。在设计阶段因缺乏相应的实测资料，因此较难对统计参数与概率分布进行计算。温度荷载与日照、水温与气温等变化相关，通常难以准确估计该参数数值，因此也作为变量处理。在大坝设计阶段利用极限拉伸与弹性模量试验设计混凝土配合比，由于样本较少所以只能给定平均值。在施工阶段对混凝土强度进行取样测试，可获得充分的数据资料，因此可统计分析其力学参数。而在实际过程中影响坝体质量的关键因素为平仓振捣，因此所选择的力学参数并不能真实、客观反映坝体质量状况，概率可靠度理论在一定程度上受到限制。
3.3制定结构等级标准
水利工程结构等级标准的制定符合设计需求，以等级标准作为参考，可以提高设计水平。因此制定结构等级标准是一项重要环节，需要对实际情况进行分析，结合工程的规模以及建设环境等对标准进行适度调整，对结构设计进行合理划分，避免出现漏洞，缺乏参考性。制定结构等级标准是企业长远发展的必然要求，通过合理的标准制定可以制定预算，控制成本，提高工程质量。
3.4高坝和特高坝非线性问题
考虑到混凝土力学具有归纳性和不协调性的特点，需要结合更加系统、更多信息化和可控制性的先进理论，才是材料的破坏机制。一般的材料损害机制都会经历四个时期，但在实际工程实践中，我们常常会将其划分为疲劳破裂期和扩裂期。根据损害机制所处的时期，进行非线性耦合分析。
结语
从以上水工工程计算方法与程序的分析中，可以了解到现代化水工工程在施工过程中的程序是非常复杂，并且具有较强的系统性和衔接性。因此要结合水工工程本身所含的环境因素，设置相对应的工程管理方案，在方案中采用高效的计算方法和计算程序。
参考文献
［1］本刊编辑部．水工结构工程与岩土工程的现代计算方法及程序［J］．河海科技进展，1992，(03):27．
［2］谢能刚，邵韦循，孙林松．遗传算法在大型水工结构优化设计中的应用［J］．安徽工业大学学报，2001，18(2):121－124．
［3］黄晓锋.探讨水工建筑物结构设计中的相关问题[J].建材与装饰，2019（5）：295-296.