侧压力.ppt

张丽丁以兵安徽工业大学,工程结构荷载与设计方法（侧压力）,Chapter3,1,侧压力,2,3,4,第一节、土的侧压力,一、土侧压力的分类土的侧压力挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力土侧压力的大小及其分布规律挡土墙可能的运动方向；墙后填土的种类；填土面的形式；墙的截面刚度；地基的变形等土压力分类（墙的位移情况及墙后填土所处的状态）静止土压力E0主动土压力Ea被动土压力Ep,5,1、静止土压力(earthpressureatrest)如果挡土墙在土压力作用下不发生移动或转动而保持原来位置，则墙后土体处于弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力称为静止土压力以符号E0表示2、主动土压力(activeearthpressure)当挡土墙在填土产生的土压力作用下向墙前移动和转动时，随着位移量的增大，作用于墙后的土压力逐渐减少，当位移量达某一（微量）值时，墙后土体处于主动极限平衡状态，此时作用于墙背上的土压力称为主动土压力以符号Ea表示3、被动土压力(passiveearthpressure)当挡土墙在外荷载作用下推向土体时，随着墙向后位移量的增加，土体对墙背的反力也逐渐增加，当位移量足够大，直到土体在墙的推压下达到被动极限平衡状态时，作用于墙背上的土压力称为被动土压力以符号Ep表示,6,土的侧压力,7,二、土压力的计算1、静止土压力（E0）在填土表面下任意深度z处取出一微元体M，作用的应力（如图）：竖向的土自重应力z=z静止土压力强度0=k0z=k0z式中，k0静止土压力系数，可近似按k0=1-sin/（/为土的有效内摩擦角）计算；墙后填土容重，kN/m3。,大小：,方向:,作用点：,静止土压力沿墙高为三角形分布,8,竖向的土自重应力z=z静止土压力强度0=k0z=k0zzzM0HdzE01/3Hk0H静止土压力0的分布,9,2、主动土压力Ea、被动土压力Ep朗金土压力理论（Rankinesearthpressuretheory）朗金土压力理论是根据半空间内的应力状态和土的极限平衡理论而得出的土压力计算方法。基本假定对象为弹性半空间土体填土面无限长不考虑挡土墙及回填土的施工因素挡土墙的墙背竖直（=0）、光滑（=0）、填土面水平（=0）、无超载墙背与填土之间无摩擦力，因而无剪力，即墙背为主应力面,10,由土力学的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态时，大主应力1和小主应力3之间应满足以下关系式：粘性土1=3tg2(450+/2)+2Ctg(450+/2)或3=1tg2(450-/2)-2Ctg(450-/2)无粘性土1=3tg2(450+/2)或3=1tg2(450-/2)土体达主动极限平衡状态时，z=z不变，也即大主应力不变，而水平应力x是小主应力a，即1=z=z、3=a无粘性土a=ztg2(450-/2)或a=zka粘性土a=ztg2(450-/2)-2Ctg(450-/2),11,ka主动土压力系数，ka=tg2(450-/2)；墙后填土的容重，kN/m3，地下水位以下用浮容重；C填土的粘聚力，kN/m2；z所计算的点离填土面的深度。,Ea通过三角形的形心，即作用在离墙底H/3处。,粘性土的主动土压力强度包括两部分（如图）：,无粘性土的主动土压力强度与高度成正比，沿高度的压力分布为三角形（如图），单位墙长的主动土压力为：,12,土的侧压力,13,粘性土的侧压力分布仅是abc部分实际上墙与土在很小的拉应力作用下就会分离，故在计算土压力时可略去不计。a点离填土面的深度常称为临界深度，在填土面无荷载的条件下，可令式为零求得z0值，即：,主动土压力Ea通过在三角形abc压力分布图的形心，即作用在离墙底(H-z0)/3处,如取单位墙长计算，则主动土压力Ea为：,14,当墙受到外力作用而推向土体时，填土中任意一点的竖向应力z=z仍不变，而水平应力x却逐渐增大（），直至出现被动朗金状态，此时，x是最大限值p，因此p是大主应力，也就是被动土压力强度，而z则是小主应力，即3=z=z、1=p挡土墙土压力演示无粘性土：p=ztg2(450+/2)=zkp粘性土：p=z3tg2(450+/2)+2Ctg(450+/2),式中，kp被动土压力系数，kp=tg2(450+/2),其余符号同前。,15,16,无粘性土的被动土压力强度p呈三角形分布（如图）,粘性土的被动土压力强度p呈梯形分布（如图）,如取单位墙长计算，则被动土压力Ep可由下式计算：,无粘性土：,粘性土：,被动土压力Ep通过三角形或梯形分布图的形心,17,第二节、水压力和流水压力,一、水压力水对结构物的作用化学作用对结构物的腐蚀或侵入物理作用力学作用（结构物表面产生的静水压力和动水压力）静水压力符合阿基米德定律静水压力水平分量、竖向分量水平分量wz水深的直线函数竖向分量结构物承压面和经过承压面底部的母线到自由水平面之间的“压力体”体积的水重水压力总是作用于结构物表面的法线方向,18,水压力和流水压力,静水压力静水压力是指静止液体对其接触面产生的压力，在建造水闸、堤坝、桥墩、围堰和码头等工程时，必须考虑水在结构物表面产生的静水压力。静水压强具有两个特征：一是静水压强指向作用面内部并垂直于作用面；二是静止液体中任一点处各方向的静水压强都相等，与作用面的方位无关。静止液体任意点的压强由两部分组成：一部分是液体表面压强，另一部分是液体内部压强，在重力作用下，静止液体中任一点的静水压强p等于液面压强加上该点在液面以下深度h与液体重度的乘积，即任意点静水压强可用静止液体的基本方程表示：说明，静止液体某点的压强p与该点在液面以下的深度成正比。,19,二、流水压力结构物表面上某点的水压力P=P静+P动瞬时的动水压力P动,作用于结构物上的总动水压力（按面积F取平均值）：,式中：Cp压力系数；脉动系数；水的密度（kg/m2）；v平均流速（m/s）。,20,水压力和流水压力,流体流动特征在某等速平面流场中，如图1一组流线互相平行的水平线，若在流场中放置一个固定的圆柱体，则流线在接近圆柱体时流动受阻，流速减小，压强增大。在到达圆柱体表面时，该流线流速为零，压强达到最大；随后从a点开始形成边界层内流动，即继续流来的流体质点在a点较高压强作用下，改变原来流动方向沿圆柱面两侧向前流动；在圆柱面a点到点b区间，柱面弯曲导致该区段流线密集，边界层内流动处于加速减压状态。过b点后流线扩散，边界层内流动呈现相反势态，处于减速加压状态。过c点后继续流来的流体质点脱离边界向前流动，出现边界层分离现象。边界层分离后，c点下游水压较低，必有新的流体反向回流，出现漩涡区，如图2所示。,21,三、作用于桥墩上的流水压力计算,流水压力合力的作用点：假定在设计水位线以下0.3倍水深处,22,设计水位0.3HFwH桥墩桥墩上的流水压力作用点位置示意,23,波浪的破坏力-海啸,24,波浪的破坏力-海啸,25,波浪荷载,26,波浪荷载,27,波浪荷载,28,波浪荷载,29,波浪荷载,30,波浪荷载,31,波浪荷载,32,波浪荷载,33,波浪荷载,34,第四节冻胀力,一、冻土的概念具有负温或零温度（00c），其中含有冰，且胶结着松散固体颗粒的土体冻土的分类（按冻土存在的时间）多年冻土（或永冻土）冻结持续时间3年的土层约占全国总面积的21.5%季节冻土每年冬季冻结，夏季全部融化的土层约占全国总面积的75%瞬时冻土冬季冻结状态仅持续几个小时至数日的土层二、冻土的性质冻土的基本成分固态的土颗粒+冰+液态水+气体、水气复杂的多相天然复合体结构构造：非均质、各相异性的多孔介质,35,三、季节冻土与结构的关系冬季低温时结构物冻胀破坏开裂、断裂、严重者造成结构物倾覆等春季融化期间，由于冰层及冰透镜体分布的不均匀，形成土层不均匀沉降是导致各类建筑物变形和破坏的重要原因。四、土的冻胀原理土体冻胀三要素：水分+土质+负温度冰夹层、冰透镜层（聚冰现象）土体冻结不均匀膨胀向四面扩张的内应力（即冻胀力）（在封闭体系中）,36,H,五、冻胀力的分类,切向冻胀力作用于结构物基础侧面使基础产生向上拔力,法向冻胀力no垂直于基底冰结面和基础底面,水平冻胀力ho垂直于基础或结构物侧表面,水平冻胀力ho,法向冻胀力no,切向冻胀力,冻胀力,37,六、冻胀力的计算1、切向冻胀力-按单位切向冻胀力取值单位切向冻胀力：平均单位切向冻胀力（kpa）相对平均单位冻胀力Tk(kN/m)一般按平均单位切向力计算（按建筑桩基技术规范JGJ94-94）与基础接触的冻深（m）总的切向冻胀力T=UH与冻土接触的基础周长（m）,冻胀力,38,2、法向冻胀力no-影响因素复杂，随诸因素变化而变化影响因素：冻土的各种特性；冻土层底下未冻土的压缩性；作用于冻土层上的外部压力；结构物抗变形能力等日本：no=E=Eh/Hh冻胀量；H冻结深度；E冻土弹性模量,冻胀力,39,3、水平冻胀力ho-没有确定的计算公式，按基于现场或室内测试给出的经验值细粒土的最大冻胀力：100150kpa粗粒土的最大冻胀力：50100kpa,冻胀力,40,冰压力,一、冰压力的概念位于冰凌河流和水库中的结构物（如桥墩等），由于冰层的作用对结构产生的压力二、冰压力的计算对具有竖向前棱的桥墩，冰压力可按下述规定取用：冰对桩或墩产生的冰压力标准值,41,注(1)列表冰温系数可线性内插；(2)对海冰，冰温取结冰期最低冰温；对河冰,取解冻期最低冰温。,冰压力的合力作用于计算结冰水位以下0.3倍冰厚处。,冰压力,42,撞击力,位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台,设计时应考虑船舶或漂流物的撞击作用撞击作用标准值取用或计算当缺乏实际调查资料时，内河上船舶撞击作用标准值可按下表采用；四、五、六、七级航道内的钢筋混凝土桩墩，顺桥向撞击作用标准值可按下表所列数值的50%考虑。,43,当缺乏实际调查资料时，海轮撞击作用标准值可按下表采用。,可能遭受大型船舶撞击作用的桥墩，应根据桥墩的自身抗撞击能力、桥墩的位置和外形、流水流速、水位变化、通航船舶类型和碰撞速度等因素做桥墩设施的设计。当设有与墩台分开的防撞击的防护结构时，桥墩可不计船舶的撞击作用。,漂流物横桥向撞击力标准值,撞击力,44,单墩防撞装置效果图,45,撞击作用点内河船舶的撞击作用点，假定为计算通航水位线以上2m的桥墩宽度或长度的中点。海轮船舶撞击作用点需视实际情况而定。漂流物的撞击作用点假定在计算通航水位线上桥墩宽度的中点桥梁结构必要时可考虑汽车的撞击作用汽车撞击力标准值在车辆行使方向取1000kN，在车辆垂直方向取500kN，两个方向的撞击力不同时考虑，撞击力作用于行车道以上1.2m处，直接分布于撞击涉及的构件上。对于设有防撞设施的结构构件，可视防撞设施的防撞能力，对汽车撞击力标准值予以折减，但折减后汽车撞击力标准值不应低于上述规定取值的1/6。,撞击力,46,知识点（1994年2月21日水利部水管1994106号通知）河道的等级划分，主要依据河道的自然规模及其对社会、经济发展影响的重要程度等因素确定。河道划分为五个等级，即一级河道、二级河道、三级河道、四级河道、五级河道。河道等级划分程序：一、二、三级河道由水利部认定；四、五级河道由省、自治区、直辖市水利（水电）厅（局）认定。,撞击力,47,在河道分级指标表中满足（1）和（2）项或（1）和（3）项者，可划分为相应等级；不满足上述条件，但满足（4）、（5）、（6）项之一，且（1）、（2）或（1）、（3）项不低于下一个等级指标者，可划为相应等级。