地下建筑结构的荷载t图文丰富共46

第2章地下建筑结构的荷载

本讲内容荷载种类和组合荷载确定方法岩土体压力的计算方法初始地应力、释放荷载与开挖效应弹性抗力其他荷载1234561.荷载种类和组合荷载种类按存在状态可分为：静荷载、动荷载和活荷载等

静荷载：又称恒载；动荷载：这是瞬时作用的动荷载活荷载：是指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化。其它荷载：混凝土材料收缩（包括早期混凝土的凝缩与日后的干缩）受到约束而产生的内力；

1.荷载种类和组合荷载组合

各种荷载对结构可能不是同时作用，需进行最不利情况的组合。先计算个别荷载单独作用下的结构各部件截面的内力，再进行最不利的内力组合，得出各设计控制截面的最大内力。最不利的荷载组合一般有以下几种情况：（一）静载；（二）静载+活载；（三）静载+动载（原子爆炸动载、炮（炸）弹动载）2.荷载的确定方法确定依据.1、依据规范：当前在地下建筑结构设计中试行的规范、技术措施、条例等有多种。有的仍沿用地面建筑的设计规范，设计时应遵守各有关规范。2.荷载的确定方法.2、设计标准（1）根据建筑用途、防护等级、地震等级等确定。（2）地下建筑结构材料的选用（3）地下衬砌结构一般为超静定结构，其内力在弹性阶段可按结构力学计算。（4）截面计算原则（5）安全系数 （6）材料强度指标3.计算理论计算原理.地下结构的计算理论较多地应用以文克尔假定为基础的局部变形理论以及以弹性理论为基础的共同变形理论。

地层对结构的弹性抗力限制了结构的变形，故改善了结构的受力情况。3.计算理论地下结构在主动荷载作用下会发生变形，而地层阻止这种变形发展，给结构一定的弹性抗力，如下图所示：拱形、圆形等有跨变结构的弹性抗力作用显著。而矩形结构的抗力作用较小，在软土中常忽略不计。

3.计算理论计算方法土层地下建筑结构的计算方法有：一般结构力学法，弹性地基梁法（见本书第3章），矩阵分析法，荷载――结构法，地层――结构法（见本书第4章）。近来发展用连续介质力学的有限单元法来计算结构与地层的内力，并进而考虑弹塑性、非线性、粘弹性的计算方法。

荷载的计算地下建筑结构上所承受的荷载有结构自重、地层压力、弹性抗力、地下静水压力、车辆和设备重量及其他使用荷载等。其中地层压力（包括土压力和围岩压力）是至关重要的荷载。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被动土压力Ep1.静止土压力的的计算岩土体压力的的计算a---经验系数，砂砂土，粉土取取1.0；黏性土、淤泥泥质土取0.95。￠‘－－－通过CU试验测定。岩土体压力的的计算2.库伦土压力理理论库伦理论的基基本假定库伦理论是由由法国科学家家库伦（Coulomb,C.A.）于1773年发表的，主主要是针对挡挡土墙的计算算，其计算的的基本假定为为（图2.4）①挡土墙墙后后土体为均质质各向同性的的无粘性土；②挡土墙是刚刚性的且长度度很长，属于于平面应变问题；③挡土墙后土土体产生主动动土压力或被被动土压力时时，土体形成成滑动楔体，滑裂面为通通过墙踵的平平面；④墙顶处土体体表面可以是是水平面，也也可以为倾斜斜面，倾斜面面与水平面的的夹角为β角；⑤在滑裂面和和墙背面上的的切向力分别别满足极限平平衡条件ACHB无粘性土的主主动土压力WER－WRE-=90--、E2.库伦土压力理理论EEa－库仑主动土压压力系数Ea土压力分布：：三角形分布2.库伦土压力理理论ABCH无粘性土的被被动土压力WRE+=90+-WER－库仑被动土压压力系数2.库伦土压力理理论说明：1、根据库仑土土压力理论，，计算土压力力的关键是如如何确定主动动土压力系数数和被动土土压力系数。。2、3.朗肯土压力理理论1朗肯极限平衡衡应力状态自重应力作用用下，半无限限土体内各点点的应力从弹弹性平衡状态态发展为极限限平衡状态的的情况。3fv=zK0v主动极限平衡衡应力状态s1s345+f/22.朗肯土压力理理论1fv=zK0v被动动极极限限平平衡衡应应力力状状态态s1s3s3s145-f/22.朗肯肯土土压压力力理理论论主动动土土压压力力系系数数被动动土土压压力力系系数数静止止土土压压力力系系数数2.朗肯肯土土压压力力理理论论在库库仑仑理理论论中中：：===0，即即墙墙背背垂垂直直光光滑滑，，填填土土表表面面水水平平时时，，与与朗朗肯肯理理论论等等价价1、分分层层土土的的土土压压力力计计算算2、不不同同地地面面超超载载作作用用下下的的土土压压力力计计算算与与图图式式3、考虑虑地地下下水水时时水水土土压压力力计计算算水土土压压力力合合算算（（砂砂土土，，粉粉土土））、、水水土土压压力力分分算算（（黏黏性性土土））特殊殊情情况况下下的的土土压压力力f2<f1f2>f1分层层土土的的土土压压力力计计算算g2f2H1H2g1f1f1=f2时g2>g1g2<g1g1=g2时1填土土上上有有荷荷载载s145+f/2pa=3fv=z+qK0vzpa=s3q朗肯土压力理理论地面上有超载载时的土压力力计算局部荷载——朗肯理论地面上有超载载时的土压力力计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剪强度度试验方法与与指标问题三种三轴试验验的结果对比比饱和粘土的固固结排水剪（（CD）的强度>固结不排水剪剪(CU)强度>不固结不排水水剪(UU)强度剪切破坏强度度是发生剪切切变形破坏时时的强度。围岩压力的计计算（一）围岩压压力及其影响响因素1、围岩压力的的概念即所谓由于洞洞室围岩的变变形和破坏而而作用在支护护或衬砌上的的压力的围岩压力。。围岩压力可分分为围岩垂直压力力、围岩水平平压力及围岩岩底部压力。2、影响围岩压压力的因素影响山岩压力力的因素(1)洞室的形状和和大小(2)地质构造(3)支护的型式和和刚度(4)洞室深度(5)时间(6)施工方法围岩压力及其其影响因素（二）围岩压压力的计算方方法1、按松散体理理论计算围岩岩压力1）垂直围岩压压力①浅埋结构构上的垂直围围岩压力②深埋结构构上的垂直围围岩压力2）水平围岩压压力3）底部围岩压压力2、按弹塑性体体理论计算围围岩压力1、按松散体理理论计算围岩岩压力由于岩体一般般总是有一定定的裂隙节理理，又由于洞洞室开挖施工工的影响，其其围岩不可能能是一个非常常完整的整体体，而松散体体理论中假定定岩石为散粒粒体，并具有有一定的凝聚聚力，所以用用这一理论计计算松动围岩岩压力有时也也可以得到较较好的效果。。①浅埋结构构上的垂直围围岩压力作用在地下结结构上的围岩岩压力为岩石石柱重量与两两侧所提供摩摩擦力之差。。从洞室底面面的两端起可可能形成伸延延到地面的倾倾斜破裂面，，见下图中的的AB和CD。从上式可以看看出随着深度度的增加，围围岩压力逐渐渐减小，这与与实际不符。。该式仅适用于于浅埋结构。。随着深度的增增加，两侧摩摩阻力超过了了滑移柱的重重量。只有AEB以下岩体重量量对结构产生生压力，又称称为压力拱压力拱能够自自然稳定平衡衡，其上任何何一点均无力力矩。只要确定压力力拱的形状及及高度就可以以确定出围岩岩压力q=γh1②深埋结构构上的垂直围围岩压力2）水平围岩压压力3）底部围岩压压力1、按松散体理理论计算围岩岩压力只是对较松软软的岩石才考考虑计算时先求出出垂直围岩压压力的集度，，而后乘以侧压压力系数Ka(主动土压力)通常不计算2、按弹塑性体体理论计算围围岩压力从理论k讲，弹塑性理理论比前面的的理论要严密密些，但是弹弹塑性理论的的数学运算较较复杂，公式式也较繁。在r=R的可变范围内内出现了塑性性区。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区和塑塑性区的交界界处分别满足足弹性解和塑塑性解，据此推导出围围岩压力的计计算公式2、按弹塑性体体理论计算围围岩压力3、按围岩分级级和经验公式式确定围岩压压力初始地应力、、释放荷载与与开挖效应初始地应力一一般包括自重重应力场和构构造应力场，，但土层中仅仅有自重应力力场存在，岩岩层中对于Ⅳ级以下围岩，，喷射混凝土土层将在同围围岩共同变形形的过程中对对围岩提供支支护抗力，使使围岩变形得得到控制，从从而使围岩保保持稳定。与与此同时，喷喷层将受到来来自围岩的挤挤压力。这种种挤压力由围围岩变形引起起，常称作““形变压力””。时间效应：Ⅳ级以下围岩一一般呈现塑性性和流变特性性1、初始地应力的的确定初始地应力{0}的确定常需专专门研究。对对岩石地层，，初始地应力力可分为自重重地应力和构构造地应力两两部分,而土层一般仅仅有自重地应应力。其中自自重地应力可可由有限元法法求得，构造造地应力可由由位移反分析析方法确定。。2、释放荷载的计计算释放荷载：可可由已知初始始地应力或与与前一步开挖挖相应的应力力场确定。先先求得预计开开挖边界上各各结点的应力力，并假定各各结点间应力力呈线性分布布，然后反转转开挖边界上上各结点应力力的方向(改变其符号)，据以求得释释放荷载地层弹性抗力力结构在主动荷荷载作用下，，要产生变形形。以隧道工工程为例，如如图2.25所示的曲墙拱拱形结构，在在主动荷载（（垂直荷载大大于水平荷载载）作用下，，产生的变形形如虚线所示示（被动荷载））弹性抗力大小小和分布规律律不仅决定于于结构的变形形，还与地层层的物理力学学性质有着密密切的关系。。计算理论：一一种是局部变