荷载与结构设计方法3PPT课件

1、土的侧压力土的侧压力第1页/共58页土的侧压力土的侧压力第2页/共58页土的侧压力土的侧压力第3页/共58页土的侧压力土的侧压力第4页/共58页土的侧压力土的侧压力 试验研究表明： 在相同条件下，主动土压力Ea小于静止土压力E0 ，而静止土压力E0又小于被动土压力Ep ，即 EaE0 Ep ，而且产生被动土压力所需的位移量 p大大超过产生主动土压力所需的位移量 a 。第5页/共58页土的侧压力土的侧压力第6页/共58页土的侧压力土的侧压力第7页/共58页土的侧压力土的侧压力第8页/共58页土的侧压力土的侧压力第9页/共58页土的侧压力土的侧压力第10页/共58页土的侧压力土的侧压力第11页/共

2、58页土的侧压力土的侧压力第12页/共58页土的侧压力土的侧压力第13页/共58页土的侧压力第14页/共58页土的侧压力第15页/共58页土的侧压力第16页/共58页土的侧压力第17页/共58页土的侧压力第18页/共58页土的侧压力第19页/共58页水压力和流水压力水压力和流水压力第20页/共58页水压力和流水压力水压力和流水压力第21页/共58页水压力和流水压力水压力和流水压力静水压力静水压力 静水压力是指静止液体对其接触面产生的压力，在建造水闸、堤坝、桥墩、静水压力是指静止液体对其接触面产生的压力，在建造水闸、堤坝、桥墩、围堰和码头等工程时，必须考虑水在结构物表面产生的静水压力。围堰和码头

3、等工程时，必须考虑水在结构物表面产生的静水压力。 静水压强具有两个特征：一是静水压强指向作用面内部并垂直于作用面；静水压强具有两个特征：一是静水压强指向作用面内部并垂直于作用面；二是静止液体中任一点处各方向的静水压强都相等，与作用面的方位无关。二是静止液体中任一点处各方向的静水压强都相等，与作用面的方位无关。 静止液体任意点的压强由两部分组成：一部分是液体表面压强，另一部分静止液体任意点的压强由两部分组成：一部分是液体表面压强，另一部分是液体内部压强，在重力作用下，静止液体中任一点的静水压强是液体内部压强，在重力作用下，静止液体中任一点的静水压强p等于液面压等于液面压强强 加上该点在液面以下深

4、度加上该点在液面以下深度h与液体重度与液体重度 的乘积，即任意点静水压强可用静止的乘积，即任意点静水压强可用静止液体的基本方程表示：液体的基本方程表示： 说明，静止液体某点的压强说明，静止液体某点的压强p与该点在液面以下的深度成正比。与该点在液面以下的深度成正比。 0pph第22页/共58页水压力和流水压力水压力和流水压力第23页/共58页水压力和流水压力水压力和流水压力流体流动特征流体流动特征 在某等速平面流场中，如图在某等速平面流场中，如图1一组流线互相平行的水平线，若在流场中放置一个固定一组流线互相平行的水平线，若在流场中放置一个固定的圆柱体，则流线在接近圆柱体时流动受阻，流速减小，压强

5、增大。在到达圆柱体表面的圆柱体，则流线在接近圆柱体时流动受阻，流速减小，压强增大。在到达圆柱体表面时，该流线流速为零，压强达到最大；随后从时，该流线流速为零，压强达到最大；随后从a点开始形成边界层内流动，即继续流来的点开始形成边界层内流动，即继续流来的流体质点在流体质点在a点较高压强作用下，改变原来流动方向沿圆柱面两侧向前流动；在圆柱面点较高压强作用下，改变原来流动方向沿圆柱面两侧向前流动；在圆柱面a点到点点到点b区间，柱面弯曲导致该区段流线密集，边界层内流动处于加速减压状态。过区间，柱面弯曲导致该区段流线密集，边界层内流动处于加速减压状态。过b点点后流线扩散，边界层内流动呈现相反势态，处于减

6、速加压状态。过后流线扩散，边界层内流动呈现相反势态，处于减速加压状态。过c点后继续流来的流体点后继续流来的流体质点脱离边界向前流动，出现边界层分离现象。边界层分离后，质点脱离边界向前流动，出现边界层分离现象。边界层分离后，c点下游水压较低，必有点下游水压较低，必有新的流体反向回流，出现漩涡区，如图新的流体反向回流，出现漩涡区，如图2所示。所示。 (a) 截面突变截面突变 (b) 遭遇桥墩遭遇桥墩图图1 边界层分离边界层分离 图图2 漩涡区的产生漩涡区的产生第24页/共58页水压力和流水压力水压力和流水压力第25页/共58页水压力和流水压力水压力和流水压力第26页/共58页波浪的破坏力波浪的破坏

7、力-海啸海啸第27页/共58页波浪的破坏力波浪的破坏力-海啸海啸第28页/共58页波浪荷载波浪荷载第29页/共58页波浪荷载第30页/共58页波浪荷载第31页/共58页波浪荷载第32页/共58页波浪荷载第33页/共58页波浪荷载第34页/共58页波浪荷载第35页/共58页波浪荷载第36页/共58页波浪荷载波浪荷载第37页/共58页波浪三要素波浪三要素第38页/共58页水面波的分类水面波的分类第39页/共58页波浪的利用波浪的利用-TLD第40页/共58页冻胀力冻胀力第41页/共58页冻胀力冻胀力第42页/共58页 冰夹层、冰透镜层（聚冰现象）冰夹层、冰透镜层（聚冰现象） 冰夹层、冰透镜层冰夹层

8、、冰透镜层( (聚冰现象聚冰现象) ) 冻层膨胀冻层膨胀 冻结峰面冻结峰面 （水分迁移）（水分迁移） 水分水分 土的冻胀原理土的冻胀原理冻胀力第43页/共58页 H 五、冻胀力的分类五、冻胀力的分类切向冻胀力切向冻胀力 作用于结构物基础侧面使基础产生向上拔力作用于结构物基础侧面使基础产生向上拔力法向冻胀力法向冻胀力 nono垂直于基底冰结面和基础底面垂直于基底冰结面和基础底面水平冻胀力水平冻胀力 hoho垂直于基础或结构物侧表面垂直于基础或结构物侧表面水平冻胀力水平冻胀力 ho法向冻胀力法向冻胀力 no切向冻胀力切向冻胀力 冻胀力第44页/共58页六、冻胀力的计算六、冻胀力的计算1 1、切向冻

9、胀力切向冻胀力 -按按单位切向冻胀力单位切向冻胀力取值取值 单位切向冻胀力：单位切向冻胀力：平均单位切向冻胀力平均单位切向冻胀力 （k kp pa a） 相对平均单位冻胀力相对平均单位冻胀力T Tk k(kN/m)(kN/m) 一般按平均单位切向力计算（按一般按平均单位切向力计算（按建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范JGJ94-94JGJ94-94） 与基础接触的冻深（与基础接触的冻深（m m） 总的切向冻胀力总的切向冻胀力 T T= = U U H H 与冻土接触的基础周长（与冻土接触的基础周长（m m） 冻胀力第45页/共58页2 2、法向冻胀力法向冻胀力 nono- - 影响因素复杂，随诸

10、因素变化而变化影响因素复杂，随诸因素变化而变化 影响因素：冻土的各种特性；影响因素：冻土的各种特性； 冻土层底下未冻土的压缩性；冻土层底下未冻土的压缩性； 作用于冻土层上的外部压力；作用于冻土层上的外部压力； 结构物抗变形能力等结构物抗变形能力等日本：日本： nono= = E E =E =E h/H h/H h h冻胀量；冻胀量； H H冻结深度；冻结深度； E E冻土弹性模量冻土弹性模量 冻胀力第46页/共58页3 3、水平冻胀力水平冻胀力 hoho - 没有确定的计算公式，按基于现场或室内测试给出的经验值没有确定的计算公式，按基于现场或室内测试给出的经验值 细粒土的最大冻胀力：细粒土的最

11、大冻胀力： 100100 150kpa150kpa 粗粒土的最大冻胀力：粗粒土的最大冻胀力： 5050 100kpa100kpa冻胀力第47页/共58页冰冰 压压 力力 一、冰压力的概念一、冰压力的概念 位于冰凌河流和水库中的结构物（如桥墩等），由于冰层的作用对位于冰凌河流和水库中的结构物（如桥墩等），由于冰层的作用对结构产生的压力结构产生的压力二、冰压力的计算二、冰压力的计算 对具有竖向前棱的桥墩，冰压力可按下述规定取用：对具有竖向前棱的桥墩，冰压力可按下述规定取用： 冰对桩或墩产生的冰压力标准值冰对桩或墩产生的冰压力标准值iktibtRmCF m桩桩或或墩墩迎迎冰冰面面形形状状系系数数 尖

12、尖角角形形的的迎迎冰冰面面角角度度 迎迎冰冰面面形形状状 系系数数 平平面面 圆圆弧弧形形 45 度度 60 度度 75 度度 90 度度 120 度度 m 1.0 0.90 0.54 0.59 0.64 0.69 0.77 第48页/共58页tC- -冰温系数冰温系数 冰温冰温C 0 -10 及以下及以下 tC 1.0 2.0 注注(1)(1)列表冰温系数可线性内插；列表冰温系数可线性内插； (2)(2)对对海冰，冰温取结冰期最低冰温海冰，冰温取结冰期最低冰温；对；对河冰河冰, ,取解冻期最低冰温取解冻期最低冰温。 b桩或墩迎冰面投影宽度桩或墩迎冰面投影宽度 t计算冰厚（计算冰厚（m m）

13、，可取实际调查的最大冰厚；） ，可取实际调查的最大冰厚； ikR冰的抗压强度标准值（冰的抗压强度标准值（2mkN） ，可取当地冰温） ，可取当地冰温C0时的冰抗压强时的冰抗压强度；当缺乏实测资料时，对海冰可取度；当缺乏实测资料时，对海冰可取2750mkNRik；对河冰，流冰；对河冰，流冰开始时开始时2750mkNRik， 最高流冰水位时可取， 最高流冰水位时可取2450mkNRik。 冰压力的合力作用于计算结冰水位以下冰压力的合力作用于计算结冰水位以下0.30.3倍冰厚处。倍冰厚处。冰 压 力 第49页/共58页撞撞 击击 力力 位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台位于通航河流或有漂流物的

14、河流中的桥梁墩台, ,设计时应考虑船舶或漂流设计时应考虑船舶或漂流物的撞击作用物的撞击作用 撞击作用标准值取用或计算撞击作用标准值取用或计算 当缺乏实际调查资料时，内河上船舶撞击作用标准值可按下表采用；当缺乏实际调查资料时，内河上船舶撞击作用标准值可按下表采用； 四、五、六、七级航道内的钢筋混凝土桩墩，顺桥向撞击作用标准值可按四、五、六、七级航道内的钢筋混凝土桩墩，顺桥向撞击作用标准值可按下表所列数值的下表所列数值的50%50%考虑。考虑。内内河河船船舶舶撞撞击击作作用用标标准准值值 内内河河航航道道等等级级 船船舶舶吨吨位位 D DW WT T（t t） 横横桥桥向向撞撞击击作作用用（k k

15、N N） 顺顺桥桥向向撞撞击击力力（k kN N） 一一 3 30 00 00 0 1 14 40 00 0 1 11 10 00 0 二二 2 20 00 00 0 1 11 10 00 0 9 90 00 0 三三 1 10 00 00 0 8 80 00 0 6 65 50 0 四四 5 50 00 0 5 55 50 0 4 45 50 0 五五 3 30 00 0 4 40 00 0 3 35 50 0 六六 1 10 00 0 2 25 50 0 2 20 00 0 七七 5 50 0 1 15 50 0 1 12 25 5 第50页/共58页 当缺乏实际调查资料时，海轮撞击作用标

16、准值可按下表采用。当缺乏实际调查资料时，海轮撞击作用标准值可按下表采用。海轮撞击作用的标准值海轮撞击作用的标准值（kNkN） 船舶吨位船舶吨位 DWTDWT（t t） 30003000 50005000 75007500 1000010000 2000020000 3000030000 4000040000 5000050000 横桥向撞击作用横桥向撞击作用 1960019600 2540025400 3100031000 3580035800 5070050700 6210062100 7170071700 8020080200 顺桥向撞击作用顺桥向撞击作用 98009800 1270012

17、700 1550015500 1790017900 2535025350 3105031050 3585035850 4010040100 可能遭受大型船舶撞击作用的桥墩，应根据桥墩的自身抗撞击能力、桥可能遭受大型船舶撞击作用的桥墩，应根据桥墩的自身抗撞击能力、桥墩的位置和外形、流水流速、水位变化、通航船舶类型和碰撞速度等因素做墩的位置和外形、流水流速、水位变化、通航船舶类型和碰撞速度等因素做桥墩设施的设计桥墩设施的设计。当设有与墩台分开的。当设有与墩台分开的防撞击的防护结构防撞击的防护结构时，桥墩可不计船时，桥墩可不计船舶的撞击作用。舶的撞击作用。 漂流物横桥向撞击力标准值漂流物横桥向撞击力

18、标准值 TVgWF W漂流物重力（漂流物重力（kNkN）, ,河流中漂流物情况，按实际调查确定河流中漂流物情况，按实际调查确定 V水流速度（水流速度（m/sm/s） T撞击时间（撞击时间（s s） ，应根据实际资料估计，在无实际资料时，可用） ，应根据实际资料估计，在无实际资料时，可用 1s;1s; g重力加速度，重力加速度，281. 9smg 撞撞 击击 力力第51页/共58页 撞击作用点撞击作用点 内河船舶的撞击作用点，假定为内河船舶的撞击作用点，假定为计算通航水位线计算通航水位线以上以上2m2m的桥墩宽度或长度的桥墩宽度或长度的中点。的中点。 海轮船舶撞击作用点需视实际情况而定。海轮船舶

19、撞击作用点需视实际情况而定。 漂流物的撞击作用点假定在漂流物的撞击作用点假定在计算通航水位线计算通航水位线上桥墩宽度的中点上桥墩宽度的中点 桥梁结构必要时可考虑汽车的撞击作用桥梁结构必要时可考虑汽车的撞击作用 汽车撞击力标准值在车辆行使方向取汽车撞击力标准值在车辆行使方向取1000kN1000kN，在车辆垂直方向取，在车辆垂直方向取500kN500kN，两个方向的撞击力不同时考虑，撞击力作用于行车道以上两个方向的撞击力不同时考虑，撞击力作用于行车道以上1.2m1.2m处，直接分处，直接分布于撞击涉及的构件上。布于撞击涉及的构件上。 对于设有防撞设施的结构构件，可视防撞设施的防撞能力，对汽车撞击

20、力对于设有防撞设施的结构构件，可视防撞设施的防撞能力，对汽车撞击力标准值予以折减，但折减后汽车撞击力标准值不应低于上述规定取值的标准值予以折减，但折减后汽车撞击力标准值不应低于上述规定取值的1/61/6。撞撞 击击 力力第52页/共58页第53页/共58页河道分级指标表河道分级指标表 分级指标分级指标 影响范围影响范围 级级 别别 流域面积流域面积 ( (万万 km2)km2) (1)(1) 耕地耕地( (万亩万亩) ) (2)(2) 人口人口( (万人万人) ) (3)(3) 城市城市 (4)(4) 交通及厂矿企业交通及厂矿企业 (5)(5) 可能开发水力资源可能开发水力资源 ( (万万 k

21、W)kW) 一一 5.05.0 500500 500500 特大特大 特别重要特别重要 500500 二二 1 15 5 100100500500 100100500500 大大 重要重要 100100500500 三三 0.10.11 1 3030100100 3030100100 中等中等 中等中等 1010100100 四四 0.010.010.10.1 3030 3030 小小 一般一般 1 1 五五 0.010.01 注：注：1.1.影响范围中影响范围中耕地及人口，指一事实上标准洪水可能淹没范围；城市、交通及工矿企业指洪水淹没严重或耕地及人口，指一事实上标准洪水可能淹没范围；城市、交通及工矿企业指洪水淹没严重或供水中断对生活、生产产生严重影响的。供水中断对生活、生产产生严重影响的。 2.2.特大城市指市区非农业人口大于特大城市指市区非农业人口大于 100100 万；大城市人口万；大城市人口 5050100100 万；中等城市人口万；中等城市人口 20205050 万；小城镇人口万；小城镇人口10102020 万。万。