地下结构与设计-2地下建筑结构的荷载

2 地下建筑结构的荷载
水工隧洞荷载组合表 荷载
完建期 有压 衬砌自重 山岩压力 内水压力 外水压力 灌浆压力 温度应力 地震力 弹性抗力 必有 可有 无 可有 可有 不计 不计 可有 无压 必有 可有 无 可有 可有 不计 不计 可有 有压 必有 可有 必有 可有 可有 可有 不计 可有 正常组合 运行期 无压 必有 可有
地下建筑结构的荷载?
西安理工大学城市地下空间工程专业课程-地下结构与设计2014
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2 地下建筑结构的荷载
主要内容 2.1 荷载种类和组合 2.2 荷载确定方法 2.3 岩土体压力的计算 2.4 初始地应力、释放荷载与开挖效应 2.5 地层弹性抗力 2.6 结构自重及其他荷载
pa po


pa po
z

Kaz
朗肯主动土压力系 数
z

朗肯主动极限平衡状态
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2 地下建筑结构的荷载
v
2 地下建筑结构的荷载
900
v
朗肯主动土压力计算
土压力作用方向垂直于墙背，沿 墙高呈三角形分布，作用单位长 度墙体上的总土压力为
朗肯被动土压力系数


po
z
pp
朗肯被动极限平衡状态
主讲：张志强；制作：张志强
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2 地下建筑结构的荷载
朗肯被动土压力计算
K p H
K p tan 2 450 / 2
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2 地下建筑结构的荷载
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2 地下建筑结构的荷载
2.2 荷载确定方法
2 地下建筑结构的荷载
2.3 岩土体压力 应按 A 设计规范 B 设计标准
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2 地下建筑结构的荷载
(2)动荷载 瞬时作用的荷载 地震
爆炸
2 地下建筑结构的荷载
(3)活荷载 是指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大 小和作用位置都可能变化，但变化速度相对较慢 实例：地下建筑物内部的楼地面荷载、吊车荷载、落石荷载、 地面附近的堆积物和车辆对地下结构作用的荷载等
要求具有一定防护能力的地下建筑物，需考虑原子武 器和常规武器(炸弹、火箭)爆炸冲击波压力荷载 在抗震区进行地下结构设计时，应按不同类型计算地 震波作用下的动荷载作用 实例：武器的冲击、地震等
2 地下建筑结构的荷载
库伦主动土压力分析
C
A
库伦土压力理论
假设条件

W

1、滑动面呈平面 2、滑动体为刚体运动 3、滑体整体上处于极限平衡状态
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2 地下建筑结构的荷载
2 地下建筑结构的荷载
墙体位移与土压力关系曲线
E0
2.3.1 土压力
有一部份
2 地下建筑结构的荷载
2.2 荷载确定方法
偶然组合 特殊时期 有压 必有 可有 必有 可有 可有 不计 可有 可有 无压 必有 可有
有一部份
大小？ 方向？ 作用位置？
可有 可有 可有 不计 可有
可有 可有 不计 可有 可有
主讲：张志强；制作：张志强
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2 地下建筑结构的荷载
2.1 荷载种类和组合 荷载种类 按其存在状态
2 地下建筑结构的荷载
(1)静荷载 又称恒载，是指长期作用在结构上且大小、方向和作用 点不变的荷载
静荷载 动荷载 活荷载
实例：结构自重、岩土体压力和地下水压力等
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( K o ) ocr ( K o ) nc (OCR ) m
墙体为刚性体、墙背为铅直的光滑平面 填土表面为水平面 当达到主动和被动土压力状态时，墙背的土体处于极限 平衡状态
主讲：张志强；制作：张志强
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土压力类型

Ep
Ea

静止土压力
H

主动土压力

E0
H
Ea

1 ~ 50 / 00
H

被动土压力
EP
1 ~ 5%
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2 地下建筑结构的荷载
墙体位移与土压力关系曲线
2 地下建筑结构的荷载
2 地下建筑结构的荷载
对大多数地下工程而言，地层压力(包括土压力和围岩压力) 是至关重要的荷载
2 地下建筑结构的荷载
土压力
一：地层压力往往成为地下结构设计计算的控制因素 二：地层压力计算的复杂性和不确定性，应慎重对待 作用于地下建筑结构的地层压力包括竖向压力和水平压力 1. 土压力的分类及形成原因 2. 主、被动土压力形成过程中 土层中的应力路径 3. 郎肯和库仑土压的区别 4. 特殊情况有哪些 5. 土压力计算一般步骤
2 地下建筑结构的荷载
朗肯土压力理论 基本原理 朗肯土压力理论研究自重作用下，半无限土体内各 点的应力从弹性状态发展为极限平衡状态的土压力
2 地下建筑结构的荷载
朗肯主动土压力计算

v h
)450 / 2
900

v
900
无粘性土
h
)45 / 2
0
pa z tan2 450 / 2
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2 地下建筑结构的荷载
地下结构与设计
2 地下建筑结构的荷载
主讲人：张志强
2014年9月～ 2014年11月
地面建筑结构的荷载?
v h v
2 地下建筑结构的荷载
静止土压力 总土压力
po h K oz
h
Eo

Eo
1 K oH 2 2
K oH
Eo
H
H /3
H
H /3
K oH
po
z

K o 静止土压力系数
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主动土压力与被动土压力则均属于极限平衡状态的土压力
土压力的类型及大小变化取决于墙体位移的发展 土压力的大小并不是一个常数；挡土墙保持静止时承受静 止土压力 随着墙体向临空面运动，土压力不断减小，在很小的位移 条件下即达到了最小值，为主动土压力 随着墙体背向临空面运动，土压力不断增大，在较大的位 移条件下才能达到最大值，为被动土压力 主动土压力与被动土压力则均属于极限平衡状态的土压力。
朗肯被动土压力系数
z
pp
K p tan 45 / 2
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2 地下建筑结构的荷载
朗肯被动土压力计算
土压力作用方向垂直于墙背， 作用单位长度墙体上的总土 压力为
H
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2
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2 地下建筑结构的荷载
2 地下建筑结构的荷载
2.1 荷载种类和组合
(4)其他荷载 材料收缩 温度变化 结构沉降 装配式结构尺寸制作上的误差引起的荷载

pa
po
z
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2 地下建筑结构的荷载
静止土压力
当挡土墙完全没有侧向位移、偏转和自身弯曲变形时， 作用在其上的土压力即为静止土压力
900
h
)450 / 2
朗肯主动土压力计算
粘性土
h
)450 / 2

2
H
Ea H /3 K aH
pa z tan 45 / 2 2c tan 45 / 2
0 0




pa
Ea
1 K a H 2 2
Kaz 2c Ka
朗肯主动土压力系 数
po
z

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2 地下建筑结构的荷载
朗肯主动土压力计算
2c K a
2 地下建筑结构的荷载
朗肯主动土压力计算 土压力作用方向垂直于墙背，沿墙高呈三角形分

z0
z0
布，作用单位长度墙体上的总土压力为
1 K a H 2 2 cH 2 2c 2
H

Ea
1 ( H z0 ) 3
Ea
Ka
HK a
HK a 2c K a

H
z0
可由下式求得
z0 K a 2c K a 0
z0
2c Ka
K a tan 2 450 / 2
Ea H /3
K aH
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2 地下建筑结构的荷载
朗肯被动土压力计算

v
900
2 地下建筑结构的荷载
朗肯被动土压力计算
无粘性土

h
)450 / 2
po
z
pp

p p z tan2 450 / 2 K pz
土压力作用方向垂直于墙背，沿 墙高呈三角形分布，作用单位长 度墙体上的总土压力为
H
K p H E
2 地下建筑结构的荷载
朗肯被动土压力计算
粘性土

pp z tan2 450 / 2 2c tan 450 / 2
p



百度文库
po
Ep
1 K p H 2 2
2 0
H /3
K pz 2c K p
E
2 地下建筑结构的荷载
库伦土压力理论 Coulomb
基本原理 库伦土压力理论不是研究墙背一点土单元的应力状态的
p
Ep
1 K p H 2 2 cH 2
Kp
H /3
极限平衡条件，从而求得作用于墙背上的土压力强度，而是 从考虑墙背某个滑动楔形体的整体平衡条件出发，直接求出 作用于墙背上的总土压力。
2 地下建筑结构的荷载
本章重点
各荷载确定方法 岩土体压力 地层弹性抗力
衬砌 拉力区 变形后外轮廓线 脱离区
主讲：张志强；制作：张志强
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西安理工大学城市地下空间工程专业课程-地下结构与设计2014 西安理工大学城市地下空间工程专业课程-地下结构与设计2014
2 地下建筑结构的荷载
静止土压力 静止土压力系数 对于无粘性土及正常固结土
2 地下建筑结构的荷载
朗肯土压力理论 基本假定
v h
Rankine
K o sin '
经验系数，砂土、粉土取1.0，粘性土、淤泥质土取0.95 对于超固结土
K o R ( sin ') R Pc P
荷载组合 先计算某一荷载单独作用下的结构各部件截面的内力 再进行最不利的内力组合，得出各设计控制截面的最大内力
(1)静载 (2)静载+活载 (3)静载+动载(原子爆炸动载、炮(炸)弹动载)
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