《支挡结构计算》PPT课件

2020/5/16,1,5.7支挡结构计算,1.引道引道是城市道路中立交地道、水底隧道的洞门与地面的连接段，也是地下铁道车辆引出线的重要组成部分，其作用是挡土、挡水（地下水）和防洪（地面水）。,2020/5/16,2,（1）结构的分类,根据使用要求、地形、地质和水文地质及施工条件等因素来决定。大体上可分为：墙式（亦称分离式引道）；槽式（亦称整体式引道）。,2020/5/16,3,墙式支挡结构,a.重力型、半重力型挡墙。b.薄壁式钢筋混凝土挡墙。c.加筋土挡墙（图5.7.2）、锚定板挡墙（图5.7.3）和土钉墙（图5.7.4）。d.板桩-拉锚型支挡结构（图5.7.5）,2020/5/16,4,加筋土挡墙、锚定板挡墙和土钉墙,锚定板档墙,加筋土档墙,土钉墙,2020/5/16,5,d.板桩-拉锚型支挡结构,2020/5/16,6,槽式支挡结构,2020/5/16,7,（2）支挡结构的设计步骤,工程类比初步拟定结构物的尺寸，并满足基本构造要求；确定其上作用的荷载；进行结构物的稳定及其地基应力验算，并达到一定的安全系数；进行结构物的强度验算，并达到一定的安全系数；若稳定或强度验算不能满足安全系数的要求时，则要重新拟定截面尺寸，或改进结构形式，反复计算直至达到要求为止。,2020/5/16,8,（3）墙式支挡结构的计算,墙式支挡结构构造要求,2020/5/16,9,薄壁式挡墙尺寸的确定为悬壁式和扶壁式等先按构造要求确定，再通过检算墙体的稳定性主要是依靠底板上的填土重力保证，属于轻型结构,2020/5/16,10,作用于挡墙上的外部荷载,a.土压力的计算公式一般采用库仑理论计算的主动土压力比较接近实际，但计算较繁。当墙后填土表面水平、内摩擦角小、墙背垂直而光滑的情况下，朗肯理论也能接近实际，计算也简便。,2020/5/16,11,当挡墙背后土种类不一，可近似地按加权平均公式求出与的平均值也可较精确地分层计算出每种土层交界处的水平压力，以得到分层处的荷载图式。当墙背后为粘性土时，要考虑粘结系数的影响。,2020/5/16,12,当墙背后作用着匀布荷载q时，可将此匀布荷载化为等效土厚h0，将此土厚加在土压力计算公式中，其形式为在地下水面以下的土中，公式中的土体重度应采用其浮重度，因土体受水的浮力而减轻。在此情况下，除土压力作用在墙上外，还有静水压力的作用。,2020/5/16,13,b.作用在挡土墙上的外部荷载,竖直荷载；墙身自重N1；墙后填土重力（包括地面匀布荷载）N2；墙后地下水重力N3；底板下向上的浮力和渗透压力的合力N4；土压力的竖直分力Ey。,2020/5/16,14,荷载图示,2020/5/16,15,水平荷载：墙后填土水平土压力E1（主动土压力，包括地面匀布荷载）；墙前填土压力的合力E2（被动土压力，一般情况下数值较小，同时因其对结构稳定有利，可予以忽略）；墙后水压力E3；墙前水压力E4。在地震区还要考虑按特殊荷载作用的地震力等,2020/5/16,16,挡土墙的稳定验算,在验算稳定时，要计算上述荷载的各种最不利的组合。检验：不倾覆、不滑动，基底最大应力不超过地基承载力。,2020/5/16,17,a.抗倾覆验算,A点不发生旋转倾覆力矩M0抗倾覆力矩My保证：注意荷载的取值范围,2020/5/16,18,b.抗滑动验算在所有水平外力作用下，挡土墙不应向外滑动，且满足：如果抗倾覆和抗滑动不能满足时，一般可采取加宽墙底板、增加底板上的质量；将墙底板做成倾斜面或锯齿提高挡土墙抗滑动的能力；墙后排水，减少水平土压力等措施。,2020/5/16,19,c.基底应力的验算,直线分布，由静力平衡方程求出：合力的作用点与A点的距离a，对挡土墙外缘A点取矩：,2020/5/16,20,基底应力的分布情况,2020/5/16,21,因而合力作用点与墙底面中心的距离为基底应力的公式为,2020/5/16,22,最大的地基应力不大于地基容许承载力，最小地基应力不应小于零，即地基全部受压，此时在特殊荷载作用下才允许：,2020/5/16,23,基底有效宽度则等于检验地基承载力,2020/5/16,24,挡土墙的强度计算,a.悬臂式挡土墙立板及底板都被视为悬臂板，其计算原则相同立板按受弯构件计算，除强度验算外，立板底端还应验算抗裂。高度上分别计算几个截面注意其上的荷载，受拉钢筋布置的位置。,2020/5/16,25,立板强度检算,注意荷载的取值范围与计算截面的位置对应,2020/5/16,26,底板强度检算,2020/5/16,27,b.扶壁式挡土墙,立板及底板的计算支承条件,2020/5/16,28,在离底板顶面1.5L1高度以下的立板，按三边固定一边自由的双向板进行计算，在此以上的部分则按单向连续板计算。,2020/5/16,29,外底板按悬臂板来计算。内底板以扶臂板为支承，考虑2种情况：当内底板净宽与扶壁净距之比1.5L1时，按三边固定一边自由的双向板计算；若1.5L1时，则仅在离立板内侧1.5L1范围内的底板按三边固定一边自由的双向板计算，其余部分仍按单向连续板计算。为简化，在这些板带上可近似地取其荷载平均值作为均布荷载计算。,2020/5/16,30,扶壁计算,和墙板一起受弯和受剪：扶壁在水平的土、水压力作用下，在墙身自重及扶壁宽度上的土柱重力作用下受压，由于压力影响比弯矩小得多，往往可略去不计；扶壁受水平方向上的剪力，如正向力和这个剪力产生的主拉应力超过了混凝土的容许应力，则需计算水平抗剪钢筋的用量。,2020/5/16,31,水平方向的轴向拉力，布置水平筋：立板承受水平方向上的压力后，使其与扶壁有脱开的趋势，因而在扶壁与立板连接处产生水平方向的轴向拉力。配置竖直方向的连接钢筋，有架立钢筋的作用：因内底板与扶壁亦有脱开的趋势。计算方法同水平分布连接钢筋。因竖直方向连接钢筋同时有竖直箍筋的作用，其直径宜粗些。,2020/5/16,32,（4）整体式引道的计算,引道截面尺寸的选择结构的抗浮稳定验算,2020/5/16,33,抗浮稳定验算结构纵向取1m长度计算,2020/5/16,34,抗浮力中稳定土与滑动土间的摩擦阻力很难给出，在生产实践中，往往根据经验或通过实践确定摩擦阻力。对一般饱和粘性土可取为20kPa，或者在抗浮计算中偏安全地不计入这部分摩擦阻力。通过实践体会到，在某些地质条件下，地下水所产生的浮力与地面水对结构产生的浮力（即静止水压力）不同，因此有的设计部门将计算理论值进行折减，其折减值视土的性质不同可取0.71.0。,2020/5/16,35,引道结构的强度计算,引道沿纵向由浅入深，侧墙的高度与厚度以及底板的厚度取决于引道的埋深。引道的设计计算是以沉降缝间为一段；每段截取埋置最深的单位长度的截面进行结构设计；有时为使设计更为经济合理，在每段中央再取单位长度的截面进行计算。,2020/5/16,36,引道结构的荷载,一般为水、土压力和地面附加荷载。在工程竣工初期，挡土墙所受的压力是主动压力，最终将为静止土压力。因此，在设计时应考虑下列2种组合：高水位时的水压力、浮力静止土压力；低水位时的水压力、浮力主动土压力。,2020/5/16,37,2020/5/16,38,引道的内力计算,将侧墙与底板分开计算；侧墙视为下端固定的悬臂梁；底板则按弹性基础梁分开计算。如需精确结果，也可作为整体的倒形地基框架进行计算。,2020/5/16,39,a.侧墙的计算,作为下端固定的悬臂梁，荷载如图（不考虑自重的影响）：,2020/5/16,40,b.底板的计算,底板系放置在一个有矩形缺口的半无限体上，作用在底板上的荷载,2020/5/16,41,近似计算方法,当底板抗弯刚度较大，地下水位很高，抗浮稳定系数较小，而地基土体又很松软的情况下，往往近似地假定地基反力为直线分布（图5.7.14）。实质上是将基础梁作为静定结构,2020/5/16,42,弹性基础梁法计算,局部变形原理和共同变形原理参考有关弹性基础梁的各种计算方法选用,2020/5/16,43,地基反力问题,对底板而言，地基反力是在上部荷载作用下引起的。由地基反力pR和地下水的浮力组成的，亦可称为总的地基反力（图5.7.15），并由此计算衬板内力。但对地基而言，决定地基沉陷主要是由外荷载作用引起的地基反力pR，而不是总地基反力。pR出现负值时，说明梁与地基间出现拉应力。如果拉应力出现的范围较大，这时往往需要修改设计，重新假定底板截面尺寸进行计算。必要时需要设置抗拉桩。,2020/5/16,44,2.洞门,洞门：交通隧道两端的出入口要修筑洞门，洞门是防护隧道洞口的工程结构，是隧道（包括明洞）的重要组成部分。洞门的作用保持洞口仰坡和路堑边坡的稳定，防止车辆不受崩塌、落石等威胁；减少边坡、仰坡的开挖高度；可以截拦、汇集、排除地表水；还可以起到装饰洞口的作用。,2020/5/16,45,接长明洞减光、遮光构造物水底隧道和公路隧道的洞门常常与附属建筑物,2020/5/16,46,洞门分类,从受力特征来看，洞门结构有端墙式（图5.7.16）和翼墙式（图5.7.17）2种基本类型。,2020/5/16,47,（1）尺寸拟定（2）压力计算公式作用在洞门背后的土压力可按库仑理论进行计算（3）洞门的检算方法,2020/5/16,48,（3）洞门的检算方法,端墙式部分为柱的检算部位部分为端墙的检算部位。当无柱时，只检算如所示的端墙部位即可。不考虑埋入部分及洞门墙和衬砌连接部分,2020/5/16,49,端墙式洞门,2020/5/16,50,带翼墙的洞门翼墙：取洞门端墙墙址前之翼墙宽1m的条带，验算墙身的强度、稳定性、基底的偏心及应力验算。端墙的检算最不利的部分，取0.5m宽，检算强度及偏心。端墙与翼墙共同作用的检算，主要是检算端墙部分的自重和翼墙全部重