地下建筑结构的荷载ppt（图文丰富共46）

第2章地地下建筑筑结构的的荷载本讲内容容荷载种类类和组合合荷载确定定方法岩土体压压力的计计算方法法初始地应应力、释释放荷载载与开挖挖效应弹性抗力力其他荷载载1234561.荷载种类类和组合合荷载种类类按存在状状态可分分为：静静荷载、、动荷载载和活荷荷载等静荷载：又称恒恒载；动荷载：这是瞬瞬时作用用的动荷荷载活荷载：是指在在结构物物施工和和使用期期间可能能存在的的变动荷荷载，其其大小和和作用位位置都可可能变化化。其它荷载载：混凝土土材料收收缩（包包括早期期混凝土土的凝缩缩与日后后的干缩缩）受到到约束而而产生的的内力；；1.荷载种类类和组合合荷载组合合各种荷载载对结构构可能不不是同时时作用，，需进行行最不利情情况的组组合。先计算算个别荷荷载单独独作用下下的结构构各部件件截面的的内力，，再进行行最不利利的内力力组合，，得出各各设计控控制截面面的最大大内力。。最不利的的荷载组组合一般般有以下下几种情情况：（一）静静载；（二）静静载+活载；（三）静静载+动载（原原子爆炸炸动载、、炮（炸炸）弹动载））2.荷载的确确定方法法确定依据据.1、依据规规范：当当前在地地下建筑筑结构设设计中试试行的规规范、技技术措施施、条例例等有多多种。有有的仍沿沿用地面面建筑的的设计规规范，设设计时应应遵守各各有关规规范。。2.荷载的确确定方法法.2、设计标标准（1）根据建建筑用途途、防护护等级、、地震等等级等确确定。（2）地下建建筑结构构材料的的选用（3）地下衬衬砌结构构一般为为超静定定结构，，其内力力在弹性性阶段可可按结构构力学计计算。（4）截面计计算原则则（5）安全系系数（6）材料强强度指标标3.计算理论论计算原理理.地下结构构的计算算理论较较多地应应用以文克尔尔假定为基础的的局部变形形理论以及以弹性理论论为基础的的共同变形形理论。地层对结结构的弹弹性抗力力限制了了结构的的变形，，故改善善了结构构的受力力情况。。3.计算理论论地下结构构在主动动荷载作作用下会会发生变变形，而而地层阻阻止这种种变形发发展，给给结构一一定的弹弹性抗力力，如下下图所示示：拱形、圆圆形等有有跨变结结构的弹弹性抗力力作用显显著。而矩形结结构的抗抗力作用用较小，，在软土土中常忽忽略不计计。3.计算理论论计算方法法土层地下下建筑结结构的计计算方法法有：一一般结构构力学法法，弹性性地基梁梁法（见见本书第第3章），矩矩阵分析析法，荷荷载――结构法，，地层――结构法（（见本书书第4章）。近近来发展展用连续续介质力力学的有有限单元元法来计计算结构构与地层层的内力力，并进进而考虑虑弹塑性性、非线线性、粘粘弹性的的计算方方法。荷载的计计算地下建筑筑结构上上所承受受的荷载载有结构构自重、、地层压压力、弹弹性抗力力、地下下静水压压力、车车辆和设设备重量量及其他他使用荷荷载等。。其中地层层压力（（包括土土压力和和围岩压压力）是是至关重重要的荷荷载。墙体位移移与土压压力类型型E静止土压压力E0主动土压压力Ea被动土压压力Ep1.静止土压压力的计计算岩土体压压力的计计算a---经验系数数，砂土土，粉土土取1.0；黏性土、、淤泥质质土取0.95。￠‘－－－－通过CU试验测定定。岩土体压压力的计计算2.库伦土压压力理论论库伦理论论的基本本假定库伦理论论是由法法国科学学家库伦伦（Coulomb,C.A.）于1773年发表的的，主要要是针对对挡土墙墙的计算算，其计计算的基基本假定定为（图图2.4）①挡土墙墙墙后土土体为均均质各向向同性的的无粘性土土；②挡土墙墙是刚性性的且长长度很长长，属于于平面应变变问题；③挡土墙墙后土体体产生主主动土压压力或被被动土压压力时，，土体形形成滑动楔体体，滑裂面面为通过过墙踵的的平面；；④墙顶处处土体表表面可以以是水平平面，也也可以为为倾斜面面，倾斜斜面与水水平面的的夹角为为β角；⑤在滑裂裂面和墙墙背面上上的切向向力分别别满足极极限平衡衡条件ACHB无粘性土土的主动动土压力力WER－WRE-=90--、E2.库伦土压压力理论论EEa－库仑主动动土压力力系数Ea土压力分分布：三角形分分布2.库伦土压压力理论论ABCH无粘性土土的被动动土压力力WRE+=90+-WER－库仑被动动土压力力系数2.库伦土压压力理论论说明：1、根据库库仑土压压力理论论，计算算土压力力的关键键是如何何确定主主动土压压力系数数和被被动土压压力系数数。2、3.朗肯土压压力理论论1朗肯极限限平衡应应力状态态自重应力力作用下下，半无无限土体体内各点点的应力力从弹性性平衡状状态发展展为极限限平衡状状态的情情况。3fv=zK0v主动极极限平平衡应应力状状态s1s345+f/22.朗肯土土压力力理论论1fv=zK0v被动极极限平平衡应应力状状态s1s3s3s145-f/22.朗肯土土压力力理论论主动土土压力力系数数被动土土压力力系数数静止土土压力力系数数2.朗肯土土压力力理论论在库仑仑理论论中：：===0，即墙墙背垂垂直光光滑，，填土土表面面水平平时，，与朗朗肯理理论等等价1、分层层土的的土压压力计计算2、不同同地面面超载载作用用下的的土压压力计计算与与图式式3、考虑地地下水水时水水土压压力计计算水土压压力合合算（（砂土土，粉粉土））、水水土压压力分分算（（黏性性土））特殊情情况下下的土土压力力f2<f1f2>f1分层土土的土土压力力计算算g2f2H1H2g1f1f1=f2时g2>g1g2<g1g1=g2时1填土上上有荷荷载s145+f/2pa=3fv=z+qK0vzpa=s3q朗肯土土压力力理论论地面上上有超超载时时的土土压力力计算算局部荷荷载——朗肯理理论地面上上有超超载时时的土土压力力计算算名称指标应用不排水剪(快剪)cu、ucq、q软土地基快速施工固结不排水剪(固结快剪)ccu、cuccq、cq固结完成后受突然荷载固结排水剪(慢剪)cd、dcs、s地基透水性强施工较慢或正常运行期土的抗抗剪强强度试试验方方法与与指标标问题题三种三三轴试试验的的结果果对比比饱和粘粘土的的固结结排水水剪（（CD）的强强度>固结不不排水水剪(CU)强度>不固结结不排排水剪剪(UU)强度剪切破破坏强强度是是发生生剪切切变形形破坏坏时的的强度度。围岩压压力的的计算算（一））围岩岩压力力及其其影响响因素素1、围岩岩压力力的概概念即所谓谓由于于洞室室围岩岩的变变形和和破坏坏而作作用在在支护护或衬衬砌上上的压压力的围岩岩压力力。。围岩压压力可可分为为围岩垂垂直压压力、、围岩岩水平平压力力及围围岩底底部压压力。2、影响响围岩岩压力力的因因素影响山山岩压压力的的因素素(1)洞室的的形状状和大大小(2)地质构构造(3)支护的的型式式和刚刚度(4)洞室深深度(5)时间(6)施工方方法围岩压压力及及其影影响因因素（二））围岩岩压力力的计计算方方法1、按松松散体体理论论计算算围岩岩压力力1）垂直直围岩岩压力力①浅浅埋结结构上上的垂垂直围围岩压压力②深深埋结结构上上的垂垂直围围岩压压力2）水平平围岩岩压力力3）底部部围岩岩压力力2、按弹弹塑性性体理理论计计算围围岩压压力1、按松松散体体理论论计算算围岩岩压力力由于岩岩体一一般总总是有有一定定的裂裂隙节节理，，又由由于洞洞室开开挖施施工的的影响响，其其围岩岩不可可能是是一个个非常常完整整的整整体，，而松松散体体理论论中假假定岩岩石为为散粒粒体，，并具具有一一定的的凝聚聚力，，所以以用这这一理理论计计算松松动围围岩压压力有有时也也可以以得到到较好好的效效果。。①浅浅埋结结构上上的垂垂直围围岩压压力作用在在地下下结构构上的的围岩岩压力力为岩岩石柱柱重量量与两两侧所所提供供摩擦擦力之之差。。从洞洞室底底面的的两端端起可可能形形成伸伸延到到地面面的倾倾斜破破裂面面，见见下图图中的的AB和CD。从上式式可以以看出出随着着深度度的增增加，，围岩岩压力力逐渐渐减小小，这这与实实际不不符。。该式仅仅适用用于浅浅埋结结构。。随着深深度的的增加加，两两侧摩摩阻力力超过过了滑滑移柱柱的重重量。。只有AEB以下岩岩体重重量对对结构构产生生压力力，又又称为为压力拱拱压力拱拱能够够自然然稳定定平衡衡，其其上任任何一一点均均无力力矩。。只要确确定压压力拱拱的形形状及及高度度就可可以确确定出出围岩岩压力力q=γh1②深深埋结结构上上的垂垂直围围岩压压力2）水平平围岩岩压力力3）底部部围岩岩压力力1、按松松散体体理论论计算算围岩岩压力力只是对对较松松软的的岩石石才考考虑计算时时先求求出垂垂直围围岩压压力的的集度度，而后乘乘以侧侧压力力系数数Ka(主动土土压力力)通常不不计算算2、按弹弹塑性性体理理论计计算围围岩压压力从理论论k讲，弹弹塑性性理论论比前前面的的理论论要严严密些些，但但是弹弹塑性性理论论的数数学运运算较较复杂杂，公公式也也较繁繁。在r=R的可变变范围围内出出现了了塑性性区。。这就是是著名名的修修正了了的芬诺公公式。它表示示当岩岩体性性质、、埋深深等确确定的的情况况下，，非弹弹性变变形区区大小小与支支护对对围岩岩提供供的反反力间间的关关系在弹性性区和和塑性性区的的交界界处分分别满满足弹弹性解解和塑塑性解解，据此推推导出出围岩岩压力力的计计算公公式2、按弹弹塑性性体理理论计计算围围岩压压力3、按围围岩分分级和和经验验公式式确定定围岩岩压力力初始地地应力力、释释放荷荷载与与开挖挖效应应初始地地应力力一般般包括括自重重应力力场和和构造造应力力场，，但土土层中中仅有有自重重应力力场存存在，，岩层层中对对于Ⅳ级以下下围岩岩，喷喷射混混凝土土层将将在同同围岩岩共同同变形形的过过程中中对围围岩提提供支支护抗抗力，，使围围岩变变形得得到控控制，，从而而使围围岩保保持稳稳定。。与此此同时时，喷喷层将将受到到来自自围岩岩的挤挤压力力。这这种挤挤压力力由围围岩变变形引引起，，常称称作““形变变压力力”。。时间效效应：：Ⅳ级以下下围岩岩一般般呈现现塑性性和流流变特特性1、初始地地应力力的确确定初始地地应力力{0}的确定定常需需专门门研究究。对对岩石石地层层，初初始地地应力力可分分为自自重地地应力力和构构造地地应力力两部部分,而土层一般般仅有自重重地应力。。其中自重重地应力可可由有限元元法求得，，构造地应应力可由位位移