挡土墙极限状态验算
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浸水挡土墙墙背土压 力可用不浸水时的土压力 扣除计算水位以下因浮力 影响而减小的土压力:
Ea:未浸水的主动土压力; △Eb:浸水部分因浮力影响而减小的土压力; r,rf:填料的干容重及浮重度; Hb:浸水部分墙高; Ka:土压力系数; rw,r0:水及填料的重度。
抗滑动稳定系数按下式计算:
Kc
[N + (E =
' ' − E p tan α 0 µ + E p x
E x − N tan α 0
)
]
N:作用于基底合力的竖向分力,浸水挡土墙计入 N 浸水部分的浮力 Ep‘:墙前被动土压力水平分量的0.3倍 Kc:取值取表4-17的规定值
2)抗倾覆稳定性验算 满足下式:
4)墙身截面强度和稳定性验算
根据《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》(JTJ 02285)的规定,荷载效应不利组合的设计值应小于或等于结 构抗力效应的设计值。 重力式挡土墙按承载能力极限状态设计时,在某一类 荷载(或作用)效应组合下,荷载(或作用)效应的组合 值按下式计算:
S = ψ ZL (γ G ∑ S Gik + ∑ γ Qi S Qik )
出现下列之一认为出现了承载力极限状态: • (1)影响正常使用或外观变形; • (2)影响正常使用或耐久性的局部破坏; • (3)影响正常使用的其他特定状态。
1)设计原则
极限状态的设计原则为荷载效应的不利组 合的设计值小于或等于结构抗力效应的设计值。 不同荷载组合采用相应的不同荷载系数和抗 力安全系数。
3)基底应力及合力偏心距计算 基底合力的偏心距按下式计算: e0=Md/Nd Md:作用于基底形心的弯矩组合设计值,MPa, Nd:作用于基底上的垂直力组合设计值,kN/m kN/m 对于土质地基不应大于B/6,对于岩石地基 不应大于B/4。
基底应力按下式计算:
B 当 e≤ 时, σ 1 = N d 2 6 A
Leabharlann Baidu
6e 1 + B
B − e0 2
位于岩石地基上的挡土墙, 当e >
B 时, σ 1 = 2 N d 3a 3a1 6
σ2 = 0
a1 =
基底应力不应大于基底的容许承载力,基底容许承载 力值可按现行《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ 024)的规定采用,当为荷载(或作用)组合Ⅲ及施工荷 载,且大于150kPa时,可提高25%。 上面的挡土墙计算中,各类荷载(或作用)组合下, 作用组合设计值计算式中的分项系数,除被动土压力系数 取0.3外,其余作用(或荷载)的分项系数均为1。
2)设计荷载分类及荷载组合 计算时,作用在一般地区挡土墙上的力可只 计算永久荷载(或作用)和基本可变荷载(或作 用); 浸水地区、地震动峰值加速度值为0.2g及以 上的地区、产生冻胀力的地区,还应计算其他可 变荷载(或作用)和偶然荷载(或作用)。
说明: 挡土墙墙背为岩块或粗粒土(粉砂除外)时, 可以不计墙身两侧静水压力和墙背动水压力、墙 身所受浮力,应根据地基地层的浸水情况按下列 计算: • 砂类土、碎石类土和节理很发育的岩石地基,按 计算水位的100%计算; • 岩石地基,按计算水位的50%计算。
0.8GZ G + γ Q1 (E y Z y − E x Z x ) + γ Q 2 E p Z p > 0
抗倾覆稳定系数按下式计算:
Kc =
GZ G + E y Z y + E Z p
' p
Ex Z x
设置于不良土质地基、表土下为倾斜基岩地 基及斜坡上的挡土墙,应进行挡土墙地基及填土 的整体稳定性验算,其稳定系数不应低于1.25。
①强度验算 挡土墙构件偏心受压时,正截面强度按下式计算:
γ 0 Nd ≤
ak ARa
γf
Nd:验算截面上的轴向力组合设计值; r0:重要性系数; rf:圬工构件后材料的抗力分项系数,按表4-18采用; Ra:材料抗压极限强度; A:挡土墙构件的计算截面面积;
ak:轴向力偏心影响系数,按下式计算:
五、极限状态法验算挡土墙的稳定性
1、极限状态法的设计原则 定义:当结构的整体或一部分超过某一特定状态时,结构就 不能满足所规定的功能要求。 挡土墙设计极限状态分构件承载力极限状态和正常使用极限 状态。 出现下列之一认为出现了承载力极限状态: • 1)整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平衡; • 2)挡土墙构件或连接构件因材料承受的强度超过极限而 破坏,或因过量塑性变形而不适合继续承载; • 3)挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。
填料的物理力学指标可通过试验确定,当缺少试验 资料时,填料的内摩阻角可从表4-14选用。 挡土墙的被动土压力可不计算,当基础埋置较深,且 地层稳定、不受水流冲刷和扰动破坏时,可计入被动土压 力,但相应的荷载(或作用)分项系数要计入。 3)设计状态与荷载系数 按承载能力极限状态设计:各项荷载效应分项系数按 表4-15取值。 4)车辆荷载作用在挡土墙墙背土的附加土体侧压力,可按 式(4-23)或式(4-24)换算为等代均布土层厚度。
§4.5 浸水挡土墙设计
浸水挡土墙:设置于河滩、沿河路堤等处的挡土墙, 受经常性或季节性浸水的影响。 与一般挡土墙的区别: 1)土压力因填料受浮力影响而降低; 2)除作用与一般挡土墙的力系外,还受到动水压力和静水 压力作用; 3)由于上面因素的影响,挡土墙的抗滑动与抗倾覆稳定性 降低。
一、浸水挡土墙的土压力计算 作用于整个墙背的总土压力受水的浮力作用而降低, 降低的大小由填料的性质确定。 1、填料为砂性土 计算前提: 1)浸水前后内摩阻角不变; 2)破裂面为一平面,由于浸水后破裂面位置的变动对计算 土压力的影响不大,因而不考虑浸水的影响; 3)浸水部分容重采用浮容重。
ak =
e0 1 − 256 B e0 1 + 12 B
8
2
e0要满足表4-20的偏心距的要求。
②稳定性验算 重力式挡土墙的墙身截面尺寸较大,一般情况下不受 稳定性控制,但对于细高(高宽比大于等于10)的挡土墙 截面,应按下端固定、上端自由的计算图式进行计算:
ψ k ak ARa γ 0 Nd ≤ γf
2、挡土墙的稳定性计算 1)抗滑稳定性验算 抗滑稳定性满足下式的要求:
G:作用于基底以上的重力,kN,浸水挡土墙的浸水部分要 计浮力 Ey,Ex:墙后主动土压力的竖向和水平分量,kN; Ep:墙前被动土压力的水平分量,当为浸水挡土墙时为0, a0:基底倾斜角 r Q1, r Q2:主动土压力分项系数、墙前被动土压力分项系数 u: 基底与地基间的摩擦系数,当缺乏可靠试验资料时,可查 表4-16。
ψk :偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数,按下式
计算:
ψk =
1
2 e0 1 + α s β s (β s − 3)1 + 16 B
2H βs = B
α s :与材料有关的系数,按表4-22采用。
轴心受压构件的纵向弯曲系数,按表4-21采用。 偏心受压构件除验算弯曲平面内的纵向稳定外,还应按轴心受压 构件验算非弯曲平面内的稳定。
γ 0 S ≤ R(•)
R(•) = R(
γf
Rk
,α d )
γ0
r0:结构重要性系数
S:作用(或荷载)效应的组合设计值 R( ):挡土墙结构抗力系数 Rk:抗力材料的强度标准值 rf:结构材料、岩土性能的分项系数 ad:结构或结构构件几何参数的设计值,当无可靠 设计数据时,可采用几何参数标准值。
S:荷载(或作用)效应的组合设计值; γ G , γ Qi :荷载(或作用)的分项系数,按下表采用;
S:荷载(或作用)效应的组合设计值; S:荷载(或作用)效应的组合设计值; :第i sGik :第i个垂直恒载的标准值效应;
sQik :侧向土压力、水浮力、静水压力和其他可变荷 载(或作用)的标准值效应; :荷载效应组合系数,按表4 19采用。 ψ ZL :荷载效应组合系数,按表4-19采用。