水工建筑物荷载计算讲稿定稿.ppt

水工建筑物荷载计算; 荷载是工程结构设计计算的基础，荷载计算是否正确直接关系到结构的安全适用性和经济合理性。; 荷载的定义 荷载是指直接作用于结构上，使结构或构件产生内力（如轴力，弯矩，剪力，扭矩等）和变形（如转角，裂缝）的外力及其它因素，或者说，荷载指的是施加在工程结构上使工程结构或构件产生效应的各种直接作用。常见的有：结构自重、土压力、水压力、楼面及屋面活荷载、屋面积灰荷载、车辆荷载、吊车荷载、设备动力荷载以及风、雪、冰、波浪等自然荷载。 ;作用—使结构产生效应（结构或构件的内力和变形）的各种原因的总称，有直接作用和间接作用之分。 直接作用—作用在结构上的各种力的集合，包括集中力和分布力，习惯上统称为荷载。 间接作用—不是直接以力集的形式出现的作用，如地基变形、混凝土收缩和徐变、焊接变形、温度变化以及地震等引起的作用。鉴于设计人员的习惯和使用方便，在《建筑结构荷载规范GB50009-2012》中，对于温度作用，不再区分作用与荷载，统一用荷载来表述 ;一、水工结构荷载分类;（二）可变作用;（三）偶然作用;二、荷载取值;2、可变荷载分项系数 (1) 一般可变荷载 1.20 (2) 可控可变荷载 1.10 3、偶然荷载分项系数采用1.0;三、荷载计算;（二）土压力 1、定义 挡土结构墙后填土因自重和外荷载作用对墙背产生的侧压力，其大小与挡墙的位移、挡墙形状和填土的性质等因素有关。 2、土压力的种类 根据挡土墙位移情况和墙后土体所处的应力状态分为三种典型的土压力-静止土压力、主动土压力和被动土压力。 ;静止土压力 挡土结构在压力作用下不发生任何变 形和位移（移动或转动），背后土体不 产生剪切破裂，处于弹性平衡状态，此 时作用在挡土结构背面上的土压力称为静 止土压力，用E0表示。 作用在下列挡土建筑物上的土压力均应按静止土压力计算： 建在岩基上不产生倾斜和位移的挡土墙； 地下室的外墙； 地下水池的外壁； 埋在地下的涵洞侧壁； 其他不产生位移的挡土构筑物，如与闸（槽）底板连成整体的闸（槽）边墙等。; 如图所示，当挡墙在墙后填土压力作用下向前位移时，作用在墙上的土压力随之减小，直至墙后土体沿破裂面下滑而处于极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力称为主动土压力，用Ea表示。 ; 如图所示，当挡土墙在外力作用下推挤墙填土向后位移，土压力随之增大，当位移至一定数值时，墙后土体刚好被挤破达到向上滑动的极限平衡状态时，土压力达最大值。此时土体对墙背的抗力称为被动土压力，用Ep表示。;3、静止土压力计算 作用在挡土墙背静止土压力的分布如图所示,图中σz为作用于深度z处的水平面上的应力，σz=γz； 作用于任意深度z处的侧压力强度（即静止土压力）为： σx=K0γz ;式中： σx-计算点处的侧压力强度，kN/m2； γ-墙后填土重度，kN/m3； z-计算点在填土面下的深度，m。 K0-静止土压力系数，其大小与墙后填土土类有关，其值按下列方法确定: 通过侧限条件下的试验确定—结果可靠； 采用经验公式： —较适合于砂土； 采用如下表所示的经验值;静止土压力系数K0值表; 由上图可知，静止土压力沿墙高呈三角形分布，作用于单位墙长上的静止土压力为： 式中： E0-单位墙长的静止土压力，kN/m； h-挡土墙高度，m。 静止土压力作用点位于距墙底三分之一墙高（h/3）处。;例一、俯斜式挡土墙静止土压力计算;1）土体自重W0, ,作用方向垂直向下; 2）AC面上的静止土压力 ： 3）墙背AB面上对土楔体的反力E0，可根据土楔体 ABC的静力平衡条件求得： E0与水平方向的夹角α+δ由下式求得： 由此即可求得E0与墙背AB面法线之间的夹角δ： ;例二、填土面倾斜的俯斜式挡土墙静止土压力计算;22;4、主动土压力计算 （1）重力式挡土墙 计算土压力的理论和方法很多，目前应用广的是 库伦理论和公式。库伦理论假定墙后土体处于极限 平衡状态并形成一滑动楔体，然后从楔体的静力平 衡条件导出土压力计算公式，其计算简图如下图所 示。库伦理论的基本假设是： ①墙后填土为均值散粒体，仅有内摩擦力，无粘聚力（c=0）； ②滑动破坏面为通过墙踵的平面； ③滑动楔体视作刚性体，即土楔体滑动时本身无变形。;库伦主动土压力计算简图; 库伦主动土压力（Ea）的一般公式 ： 主动土压力系数Ka: 当墙背铅直(α=0