【《重力式码头结构的常规设计与计算》2700字】

重力式码头结构的常规设计与计算目录TOC\o"1-3"\h\u3577重力式码头结构的常规设计与计算 138491.1重力式码头土压力计算简述 1252001.1.1朗肯土压力计算 1248681.1.2库伦土压力计算 3174681.2重力式码头结构概化模型算例 5244601.1.1基本设计资料 5228521.1.2主动土压力计算 6319541.1.3稳定性验算 6根据与重力式码头结构设计及计算相关的教材和规范，本章将简述重力式码头结构中的土压力计算方法和相关算例稳定性校核的计算结果。1.1重力式码头土压力计算简述1.1.1朗肯土压力计算朗肯理论假设墙背竖直、光滑且墙后填土表面水平，此时墙后土体可看做半无限空间体。主动朗肯状态是当挡墙背离土体方向移动土体达到极限平衡状态时，土体形成一组滑裂面，水平向应力达到最小值，如图1.1所示，此时滑裂面方向与水平面夹角为45°+φ/2。被动朗肯状态是当挡墙朝向土体移动达到极限平衡状态时，土体形成一组滑裂面，水平向应力达到最大值，如图1.2所示，此时滑裂面方向与水平面夹角为45°−φ/图1.1主动朗肯状态图1.2被动朗肯状态无粘性填土面以下任意深度z处朗肯主动土压力计算为σa=γzKKa——朗肯主动土压力系数；γ——土的容重，kN/m³；c——土的粘聚力，kPa；φ当墙后填土为无粘性土时，主动土压力强度与深度成正比，沿墙高呈三角形分布，如图1.3所示，主动土压力作用在挡土墙以上H/3处，值按式（2-3）计算：Ea式中H——挡土墙高度，m。图1.3朗肯主动土压力分布当挡土墙向土压力方向位移达极限平衡状态时，同理根据土的强度理论，无粘性填土面以下任意深度z处朗肯被动土压力强度σp为：σKp式中Kp被动土压力合力作用点通过三角形压力分布图的形心如图1.4所示，如取单位墙长计算，总被动土压力为：Ep图1.4朗肯被动土压力分布1.1.2库伦土压力计算库伦理论假设墙后土体位理想无粘性土体，滑动破坏面为通过墙踵的平面，滑动楔体为刚性体。如图1.5（a）所示，挡土墙墙背倾角为α，墙后填土为无粘性土，填土面的倾角为β，填土的重度为γ、内摩擦角为φ，墙背与填土间的外摩擦角为δ。假定土体达到极限平衡状态时形成滑动平面AM，它与水平面的夹角为θ。(a)土楔体上的作用力(b)力矢三角形图1.5库伦主动土压力计算图以滑动楔体ABM为研究对象，当它处于极限平衡状态时，作用在楔体上的力为楔体自重G，大小方向均已知；墙背的反作用力E，作用方向与墙背的法线成δ角；滑动面AM上的反作用力R，与滑动面AM的法线成φ角。根据静力平衡条件，G、E、R构成力三角形，如图1.5（b）所示，由正弦定理有：Gsin(90°+α+δ+φ−θ)其中：G=1整理得：E=1由于滑动面AM的倾角是任意假定的，因此E是θ的函数。对应于不同的θ，有一系列的滑动面和E值。与主动土压力Ea相应的是其中的最大反力Emax，对应的滑动面为最危险滑动面。令dEdθ=0，可得墙背反力为Emax时最危险滑动面的倾角θEa=式中Ka——库伦主动土压力系数，通过式（2-11）计算：Ka式中α——挡土墙墙背与竖直线的夹角；β——墙后填土面的倾角；δ——墙背与填土面间的外摩擦角；γ——墙后填土的容重；φ——墙后填土的内摩擦角。Ea对z求导，可得沿墙高的库伦主动土压力分布强度：σz如图1.6所示，库伦主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在距墙底H/3高度处，作用方向指向墙背，与墙背法线成δ角且在法线上方。土压力分布只表示大小，不代表方向。图1.6库伦主动土压力分布图如图1.7所示，当挡土墙在外力作用下挤压土体时，分析过程同库伦主动土压力。被动土压力Ep由式（2-13）计算。Ep其中Kp——库伦被动土压力系数，通过式（2-14）计算：Kp(a)土楔体上的作用力(b)力矢三角形图1.7库伦被动土压力计算图Ep对z求导数，可得沿墙高的库伦被动土压力分布强度：σp如图1.8所示，库伦主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在距墙底H/3高度处，作用方向指向墙背，与墙背法线成δ角且在法线下方。同样，土压力分布只表示大小，不代表方向。图1.8库伦被动土压力分布图1.2重力式码头结构概化模型算例为模型试验的计算完整性和可比性，将重力式码头结构概化为图1.9所示重力式挡墙结构，其墙背垂直，墙背光滑与填土之间无摩擦力，墙后填土表面水平且与墙顶在同一高度，外部荷载只有土压力。由于以上条件，计算土压力时采用朗肯土压力理论即可。计算时主要依照SL379-2007《水工挡土墙设计规范》。图1.9重力式挡土墙概化模型图1.1.1基本设计资料（1）设置挡土墙级别为3级，此时抗滑稳定安全系数不小于1.25，抗倾覆稳定安全系数不小于1.5，挡土墙基底应力的最大值与最小值之比不大于2。（2）墙身构造：采用混凝土普通重力式挡土墙，填土高5m。（3）填砂：砂土，容重18kN/m³，内摩擦角φ=34°。（4）地基情况：中密砾石土，地基允许承载力f=500kPa，基底与地基间摩擦系数μ=0.4。（5）墙身材料：素混凝土，容重γa=24kN/m³。（6）挡土墙尺寸设计：拟墙高H=5m，墙背垂直，墙面坡度为1：0.3，墙顶宽b=1m，墙底宽B=1.5m。如图1.9所示。1.1.2主动土压力计算由式（2-2）得K由式（2-3）得E因填土无粘聚性，所以主动土压力作用在挡土墙以上H/3处。1.1.3稳定性验算验算皆取墙长1m计算。（1）挡土墙基底应力按式（2-16）计算：PminPminmax——挡土墙基底应力的最大值或最小值（kPa）；G——作用在挡土墙上全部垂直于水平面荷载（kN）；M——作用在挡土墙上的全部荷载对于水平面平行前墙墙面方向形心轴的力矩之和（kN·m）；A——挡土墙基底面面积（㎡）；W——挡土墙基底面对于基底面平行前墙墙面方向形心轴的截面距的截面距（mGM=63.61×0.476+210×0.5=135.278kN∙mA=2.5×1=2.5m²w=2.5×2.143=5.357Pmax=PminPmax（2）抗滑稳定安全系数，按式（2-17）计算：KcKc——挡土墙沿基底面的抗滑稳定安全系数；f——挡土墙基底面与地基之间的摩擦系