精品衡重式挡土墙计算书.docx
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精品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(kN)
距墙顶右侧水平距(m)
线载长(m)
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=-6.42kN·m
所有对墙前趾的力矩之和∑M=3472.67kN·m
所有对墙底板形心的力矩之和∑Mo=2037.71kN·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]=1.05
Kc=0.300×955.049/143.027=2.00
Kc=2.00≥[Kc]=1.05,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]=1.30
抗倾覆稳定安全系数计算公式为:
Ko=∑MV/∑MH
Ko=3479.095/6.423=541.62
Ko=541.62≥[Ko]=1.30,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=955.05/3
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