衡重式挡土墙计算书.docx
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衡重式挡土墙计算书
衡重式挡土墙计算书
项目名称_____________日期_____________
设计者_____________校对者_____________
一、示意图:
二、基本资料:
1.依据规范及参考书目:
《水工挡土墙设计规范》(SL379-2007>,以下简称《规范》
《水工建筑物荷载设计规范》(DL5077-1997>
《水工挡土墙设计》(中国水利水电出版社>
2.断面尺寸参数:
墙顶宽度B1=0.60m,前趾宽度B2=0.40m,衡重台宽度B3=2.90m
墙身高度H=4.70m,上墙高度H1=3.60m,墙趾高H2=0.70m
上墙背坡比=1:
0.300,下墙背坡比=1:
0.750,墙面坡比=1:
0.250
挡土墙底板前趾高程=0.00m,底板底部坡比=0.000:
1
墙前填土顶面高程▽前地=4.00m,墙前淤沙顶面高程▽沙=3.00m
3.设计参数:
挡土墙的建筑物级别为4级。
抗震类型:
非抗震区挡土墙。
水上回填土内摩擦角φ=32.00度,水下回填土内摩擦角φ'=32.00度
墙背与填土摩擦角δ=17.50度
回填土凝聚力C=15.00kN/m2
采用等代内摩擦角法计算粘性填土土压力。
地基土质为:
松软
墙底与地基间摩擦系数f=0.30
4.回填土坡面参数:
回填土表面折线段数为:
0段
折线起点距墙顶高差=0.00m
填土面与水平面夹角β=0.00度
原地面线水平角θ=30.00度,原地面与填土摩擦角δr=18.00度
5.材料参数:
回填土湿容重γs=18.00kN/m3,回填土浮容重γf=10.00kN/m3
墙身材料容重γq=24.00kN/m3
墙身材料容许压应力[Ra]=500.00kPa,墙身材料容许剪应力[Rj]=110.00kPa
墙身材料容许拉应力[Rl]=150.00kPa,地基允许承载力[σo]=350.00kPa
6.荷载计算参数:
冰层厚度Tb=0.00m,静冰压力系数=0.000
计算浪压力时采用的位置类型:
内陆峡谷水库
风区长度D=0.000m,墙前河<库)底坡度i=1:
100.00
重现期为50年的年最大风速vo=24.000m/s
多年平均的最大风速vo'=30.000m/s
冻胀墙体变形系数mo=0.700,冻胀量Δhd=30.00mm
地震动态分布系数为梯形分布,最大值αm=2.00
7.附加荷载:
编号
类型
荷载值 距墙顶右侧水平距 线载长 1 集中 3.00 0.00 2.00 三、计算参数: 1.荷载组合: 组合名称 类型 扬压 淤沙 浪压 冰压 冻胀 地震 正常挡水位 基本 √ √ √ × × × 设计洪水位 基本 √ √ √ × × × 施工情况 特殊 × × × × × × 校核洪水位 特殊 √ √ √ × × × 2.荷载组合下水位及附加荷载信息: 组合名称 墙前水位 墙后水位 附加荷载 附载编号 墙前水深 正常挡水位 5.400 1.500 √ 4.300 设计洪水位 5.000 2.000 √ 4.800 施工情况 0.000 0.000 √ 0.000 校核洪水位 8.000 2.400 √ 5.600 3.计算公式: 程序采用库伦主动土压力公式计算土压力,计算公式如下: E=0.5×γ×H2×Ka Ex=E×cos(ε+δ> Ey=E×sin(ε+δ> Ka=cos2(φ-ε>/cos2ε/cos(ε+δ> /{1+[sin(φ+δ>sin(φ-β>/cos(ε+δ>/cos(ε-β>]0.5}2<《规范》式A.0.1-2) 式中: E为作用于墙背的主动土压力,作用点为距墙底1/3高处, 方向与水平面成(ε+δ>夹角 Ka为主动土压力系数 ε为墙背与铅直面的夹角,ε=36.87度 当墙后填土为黏性土,粘聚力C=15.00kN时: 采用等值内摩擦角法计算主动土压力。 等值内摩擦角φD计算公式如下: tan(45°-φD/2>={[γH2tan2(45°-φ/2>-4HCtan(45°-φ/2>+4C2/γ]/γ/H2}1/2 四、第1种荷载组合: 正常挡水位 1.总水平力、总竖向力及各力对前趾力矩计算: 程序算得上墙主动土压力系数Ka=0.008 程序算得下墙水上的主动土压力系数Ka=0.000 程序算得下墙水下的主动土压力系数K'a=0.000 单位: 水平力、竖向力为kN;力臂为m;弯矩为kN·m。 力 水平力 竖向力 力臂 正力矩 负力矩 上墙水平土压力 0.97 6.60 -6.42 上墙垂直土压力 0.00 5.73 墙上土重 222.91 5.32 1186.09 竖直外荷载Fy1 6.00 4.08 24.45 下墙水平土压力 0.00 0.00 下墙垂直土压力 0.00 0.00 墙身自重 677.87 3.03 2055.27 墙前土压力 -80.00 1.33 106.67 墙前土重 26.81 0.44 11.83 墙后水压力 11.25 0.50 -5.63 墙后水重 -8.44 3.38 -28.52 墙前水压力 -11.25 0.50 5.63 墙前水重 4.00 0.25 1.01 扬压力 -103.67 1.22 -126.42 ∑ -79.03 825.49 3390.94 -166.99 所有垂直荷载之和∑G=825.49kN 所有水平荷载之和∑H=-79.03kN 所有对墙前趾的稳定力矩之和∑MV=3390.94kN·m 所有对墙前趾的倾覆力矩之和∑MH=-166.99kN·m 所有对墙前趾的力矩之和∑M=3223.95kN·m 所有对墙底板形心的力矩之和∑Mo=1983.65kN·m 2.抗滑稳定验算: 抗滑稳定安全系数计算公式为: Kc=f×∑G/∑H<规范式6.3.5-1) 从《规范》中表3.2.7查得,抗滑稳定安全系数[Kc]=1.20 Kc=0.300×825.489/79.027=3.13 Kc=3.13≥[Kc]=1.20,故抗滑稳定安全系数满足要求 3.抗倾覆稳定验算: 从《规范》中表3.2.12、3.2.13条查得,抗倾覆稳定安全系数[Ko]=1.40 抗倾覆稳定安全系数计算公式为: Ko=∑MV/∑MH Ko=3390.937/166.988=20.31 Ko=20.31≥[Ko]=1.40,故抗倾覆稳定安全系数满足要求 4.地基承载力验算: 地基承载力按《规范》中第6.3.1、6.3.2条进行校核。 按照规范式6.3.3,基底应力计算公式为: Pmax=∑G/A+∑M/W Pmin=∑G/A-∑M/W 挡土墙底板面积A=3.00m2,底板截面抵抗矩W=1.51m3 Pmax=825.49/3.00+1983.65/1.51=1592.74kPa Pmin=825.49/3.00-1983.65/1.51=-1043.33kPa Pmax=1592.74>1.2[σo]=420.00 故地基承载力不满足要求! (Pmin+Pmax>/2=274.70≤[σo]=350.00,满足要求 5.前趾根部截面应力验算: 前趾根部截面高度h=0.70m。 作用在根部截面的弯矩M=110.74kN·m,剪力Q=548.76kN 截面的弯曲应力σw=M/W=110.74/0.08=1355.96kPa 截面的剪应力σj=Q/h=548.76/0.70=783.94kPa a、截面拉应力验算: σw=1355.96>[σl]=150.00kPa。 故截面拉应力验算不满足要求! b、截面剪应力验算: σj=783.94>[σj]=110.00kPa。 故截面剪应力验算不满足要求! 6.距挡土墙底部高度Hs=0.70m水平截面应力验算: 总水平力、总竖向力及各力对截面形心的力矩计算: 单位: 水平力、竖向力为kN;力臂为m;弯矩为kN·m。 力 水平力 竖向力 力臂 正力矩 负力矩 上墙水平土压力 0.97 5.90 -5.74 上墙垂直土压力 0.00 3.76 墙上土重 222.91 3.36 748.06 竖直外荷载Fy1 6.00 2.11 12.66 下墙水平土压力 0.00 -0.70 下墙垂直土压力 0.00 -1.97 墙身自重 622.98 1.19 741.24 墙前土压力 -54.45 1.10 59.89 墙前土重 13.61 -1.29 -17.56 墙后水压力 3.20 0.27 -0.85 墙后水重 -2.40 1.77 -4.24 墙前水压力 -3.20 0.27 0.85 墙前水重 0.80 -1.50 -1.20 ∑ -53.48 863.90 1562.71 -29.59 截面以上所有垂直荷载之和∑G=863.90kN 截面以上所有水平荷载之和∑H=-53.48kN 对截面面坡侧点的力矩之和∑M=1533.12kN·m 按照规范式C.1.2-2,截面应力计算公式为: σmax=∑G/Ao+∑M/W σmin=∑G/Ao-∑M/W 截面剪应力τ=H/Ao<规范式C.1.2-3) 计算截面积Ao=3.13m2,计算截面抵抗矩W=1.63m3 σmax=1214.95kPa,σmin=-662.93kPa,σj=-17.09kPa a、截面拉应力验算: |σmin|=662.93>[σl]=150.00kPa。 故截面拉应力验算不满足要求! b、截面压应力验算: σmax=1214.95>[σy]=500.00kPa。 故截面压应力验算不满足要求! c、截面剪应力验算: σj=17.09≤[σj]=110.00kPa,满足要求。 7.距挡土墙底部高度Hs=5.40m水平截面应力验算: 力 水平力 竖向力 力臂 正力矩 负力矩 上墙水平土压力 0.97 1.20 -1.17 上墙垂直土压力 0.29 0.93 0.27 墙上土重 34.99 0.93 32.54 竖直外荷载Fy1 3.24 1.21 3.92 墙身自重 137.38 -0.04 -4.90 ∑ 0.97 175.90 36.73 -6.07 截面以上所有垂直荷载之和∑G=175.90kN 截面以上所有水平荷载之和∑H=0.97kN 对截面面坡侧点的力矩之和∑M=30.67kN·m 按照规范式C.1.2-2,截面应力计算公式为: σmax=∑G/Ao+∑M/W σmin=∑G/Ao-∑M/W 截面剪应力τ=H/Ao<规范式C.1.2-3) 计算截面积Ao=2.58m2,计算截面抵抗矩W=1.11m3 σmax=95.82kPa,σmin=40.53kPa,σj=0.38kPa a、截面拉应力验算: σmin=40.53>0,没有出现拉应力,满足要求。 b、截面压应力验算: σmax=95.82≤[σy]=500.00kPa,满足要求。 c、截面剪应力验算: σj=0.38≤[σj]=110.00kPa,满足要求。 五、第2种荷载组合: 设计洪水位 1.总水平力、总竖向力及各力对前趾力矩计算: 程序算得上墙主动土压力系数Ka=0.008 程序算得下墙水上的主动土压力系数Ka=0.000 程序算得下墙水下的主动土压力系数K'a=0.000 单位: 水平力、竖向力为kN;力臂为m;弯矩为kN·m。 力 水平力 竖向力 力臂 正力矩 负力矩 上墙水平土压力 0.97 6.60 -6.42 上墙垂直土压力 0.00 5.73 墙上土重 222.91 5.32 1186.09 竖直外荷载Fy1 6.00 4.08 24.45 下墙水平土压力 0.00 0.00 下墙垂直土压力 0.00 0.00 墙身自重 677.87 3.03 2055.27 墙前土压力 -80.00 1.33 106.67 墙前土重 26.81 0.44 11.83 墙后水压力 20.00 0.67 -13.33 墙后水重 -15.00 3.51 -52.57 墙前水压力 -20.00 0.67 13.33 墙前水重 7.31 0.29 2.11 扬压力 -105.17 1.29 -135.45 ∑ -79.03 820.74 3399.75 -207.78 所有垂直荷载之和∑G=820.74kN 所有水平荷载之和∑H=-79.03kN 所有对墙前趾的稳定力矩之和∑MV=3399.75kN·m 所有对墙前趾的倾覆力矩之和∑MH=-207.78kN·m 所有对墙前趾的力矩之和∑M=3191.96kN·m 所有对墙底板形心的力矩之和∑Mo=1958.81kN·m 2.抗滑稳定验算: 抗滑稳定安全系数计算公式为: Kc=f×∑G/∑H<规范式6.3.5-1) 从《规范》中表3.2.7查得,抗滑稳定安全系数[Kc]=1.20 Kc=0.300×820.736/79.027=3.12 Kc=3.12≥[Kc]=1.20,故抗滑稳定安全系数满足要求 3.抗倾覆稳定验算: 从《规范》中表3.2.12、3.2.13条查得,抗倾覆稳定安全系数[Ko]=1.40 抗倾覆稳定安全系数计算公式为: Ko=∑MV/∑MH Ko=3399.746/207.782=16.36 Ko=16.36≥[Ko]=1.40,故抗倾覆稳定安全系数满足要求 4.地基承载力验算: 地基承载力按《规范》中第6.3.1、6.3.2条进行校核。 按照规范式6.3.3,基底应力计算公式为: Pmax=∑G/A+∑M/W Pmin=∑G/A-∑M/W 挡土墙底板面积A=3.00m2,底板截面抵抗矩W=1.51m3 Pmax=820.74/3.00+1958.81/1.51=1574.65kPa Pmin=820.74/3.00-1958.81/1.51=-1028.41kPa Pmax=1574.65>1.2[σo]=420.00 故地基承载力不满足要求! (Pmin+Pmax>/2=273.12≤[σo]=350.00,满足要求 5.前趾根部截面应力验算: 前趾根部截面高度h=0.70m。 作用在根部截面的弯矩M=109.70kN·m,剪力Q=542.64kN 截面的弯曲应力σw=M/W=109.70/0.08=1343.24kPa 截面的剪应力σj=Q/h=542.64/0.70=775.20kPa a、截面拉应力验算: σw=1343.24>[σl]=150.00kPa。 故截面拉应力验算不满足要求! b、截面剪应力验算: σj=775.20>[σj]=110.00kPa。 故截面剪应力验算不满足要求! 6.距挡土墙底部高度Hs=0.70m水平截面应力验算: 总水平力、总竖向力及各力对截面形心的力矩计算: 单位: 水平力、竖向力为kN;力臂为m;弯矩为kN·m。 力 水平力 竖向力 力臂 正力矩 负力矩 上墙水平土压力 0.97 5.90 -5.74 上墙垂直土压力 0.00 3.76 墙上土重 222.91 3.36 748.06 竖直外荷载Fy1 6.00 2.11 12.66 下墙水平土压力 0.00 -0.70 下墙垂直土压力 0.00 -1.97 墙身自重 622.98 1.19 741.24 墙前土压力 -54.45 1.10 59.89 墙前土重 13.61 -1.29 -17.56 墙后水压力 8.45 0.43 -3.66 墙后水重 -6.34 1.89 -11.98 墙前水压力 -8.45 0.43 3.66 墙前水重 2.11 -1.46 -3.08 ∑ -53.48 861.28 1565.52 -42.02 截面以上所有垂直荷载之和∑G=861.28kN 截面以上所有水平荷载之和∑H=-53.48kN 对截面面坡侧点的力矩之和∑M=1523.50kN·m 按照规范式C.1.2-2,截面应力计算公式为: σmax=∑G/Ao+∑M/W σmin=∑G/Ao-∑M/W 截面剪应力τ=H/Ao<规范式C.1.2-3) 计算截面积Ao=3.13m2,计算截面抵抗矩W=1.63m3 σmax=1208.22kPa,σmin=-657.88kPa,σj=-17.09kPa a、截面拉应力验算: |σmin|=657.88>[σl]=150.00kPa。 故截面拉应力验算不满足要求! b、截面压应力验算: σmax=1208.22>[σy]=500.00kPa。 故截面压应力验算不满足要求! c、截面剪应力验算: σj=17.09≤[σj]=110.00kPa,满足要求。 7.距挡土墙底部高度Hs=5.40m水平截面应力验算: 力 水平力 竖向力 力臂 正力矩 负力矩 上墙水平土压力 0.97 1.20 -1.17 上墙垂直土压力 0.29 0.93 0.27 墙上土重 34.99 0.93 32.54 竖直外荷载Fy1 3.24 1.21 3.92 墙身自重 137.38 -0.04 -4.90 ∑ 0.97 175.90 36.73 -6.07 截面以上所有垂直荷载之和∑G=175.90kN 截面以上所有水平荷载之和∑H=0.97kN 对截面面坡侧点的力矩之和∑M=30.67kN·m 按照规范式C.1.2-2,截面应力计算公式为: σmax=∑G/Ao+∑M/W σmin=∑G/Ao-∑M/W 截面剪应力τ=H/Ao<规范式C.1.2-3) 计算截面积Ao=2.58m2,计算截面抵抗矩W=1.11m3 σmax=95.82kPa,σmin=40.53kPa,σj=0.38kPa a、截面拉应力验算: σmin=40.53>0,没有出现拉应力,满足要求。 b、截面压应力验算: σmax=95.82≤[σy]=500.00kPa,满足要求。 c、截面剪应力验算: σj=0.38≤[σj]=110.00kPa,满足要求。 六、第3种荷载组合: 施工情况 1.总水平力、总竖向力及各力对前趾力矩计算: 程序算得上墙主动土压力系数Ka=0.008 程序算得下墙水上的主动土压力系数Ka=0.000 程序算得下墙水下的主动土压力系数K'a=0.000 单位: 水平力、竖向力为kN;力臂为m;弯矩为kN·m。 力 水平力 竖向力 力臂 正力矩 负力矩 上墙水平土压力 0.97 6.60 -6.42 上墙垂直土压力 0.00 5.73 墙上土重 222.91 5.32 1186.09 竖直外荷载Fy1 6.00 4.08 24.45 下墙水平土压力 0.00 0.00 下墙垂直土压力 0.00 0.00 墙身自重 677.87 3.03 2055.27 墙前土压力 -144.00 1.33 192.00 墙前土重 48.26 0.44 21.29 ∑ -143.03 955.05 3479.09 -6.42 所有垂直荷载之和∑G=955.05kN 所有水平荷载之和∑H=-143.03kN 所有对墙前趾的稳定力矩之和∑MV=3479.09kN·m 所有对墙前趾的倾覆力矩之和∑MH=-6.4
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