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水力计算书DOC
1水力计算
一、水面线计算
⑴河道洪水水面线的计算方法采用河道恒定非均匀流的伯努利方程式,其计算公式:
式中α1、α2—断面流速不均匀系数;
Z1、Z2—上、下游断面水位(m);
V1、V2—上、下游面平均流速(m/s);
—沿程阻力水头损失(m),
,其中△L为河段长;
—局部水头损失(m),
,其中ζ为损失系数;
顺直河道及收缩河段ζ=0,逐步扩散河段ζ=0.3~0.5,急剧扩散河段ζ=0.5~1.0。
Q—计算河段流量(m3/s);
K—上、下游断面平均流量模数,
;
A—断面面积(m2);
R—水力半径(m)。
(2)桥梁的过流能力计算:
当桥面较高时,一般不会漫桥,其壅高根据《水利动能设计手册》防洪分册中的公式进行计算,公式如下:
式中Q—设计流量(m3/s);
B—无桥墩时的截面宽度(m);
B—两桥墩间的净宽(m);
h3—桥墩下游正常水深(m);
△h3—最大壅水高度(m);
a—动能修正系数,取1.1;
ε—过水断面收缩系数,ε=0.85~0.95。
(3)涵洞水利计算:
采用无压流计算公式进行计算
Q=σξmB(2g)^0.5*H0^1.5H0=H+αV2/(2g)
σ=2.31*hs/H0(1-hs/H0)^0.4hs=h-iL(短洞)
ξ——侧收缩系数;σ——淹没系数
h——下游水深hs——进口水深
L——洞长i——坡降
H0——行近水头m——流量系数
B——宽度
经过计算水面线结果如下
断面编号
间距(m)
渠底高程(m)
渠宽(m)
设计水面线(m)
备注
682.9
4.43
8
7.59
636.9
46
4.47
8
7.61
2孔4*3.6
箱涵
561.5
75.4
4.54
8
7.7
516.4
45.1
4.58
8
7.72
2孔4*3.7
箱涵
510.4
6
4.59
8
7.79
466.2
44.2
4.63
8
7.8
2孔4*3.8箱涵
461.2
5
4.64
8
7.86
360.2
101
4.73
8
7.9
2孔4*3.8
箱涵
354.2
6
4.74
8
7.96
321.3
32.9
4.77
8
7.97
2孔4*3.7
箱涵
234.1
87.2
4.85
8
8.06
157.1
77
4.92
8
8.1
2孔4*3.7
箱涵
45
112.1
5.03
8
8.21
0
45
5.07
8
8.22
2挡土墙抗滑计算书
本次挡土墙计算选用最大断面即桩号0+226.7处进行计算,稳定计算采用《水利水电工程设计计算程序集》v3.0中的‘挡土墙稳定与应力计算程序’(G-9),其软件说明如下:
G-9挡土墙稳定与应力计算程序
(重力式、半重力式、衡重式、悬臂式)
作者廖先悟(湖北省水利勘测设计院)
一、程序的功能特点
挡土墙是较常见的土建工程建筑物之一,对其计算虽然不算困难,但由于计算条件变化较多,尤其对于地下水位、填土高度、断面型式等变化较多的情况,计算工作量仍然是很繁重的。
以往的计算程序,一般只限于某一种断面型式,通用性较差。
本程序能够计算四种基本型式中各种断面形状的挡土墙,即墙背最多可以是由四条不同坡度的折线,墙前可以有三条不同坡度的折线所组成的任意断面(见图1)。
计算条件考虑了墙前、墙后水位的变化,填土高度的变化以及填土表面荷截(或称超截)的作用等。
计算结果给出了抗滑动、抗倾覆安全系数;建筑材料的使用方量;A--B、C--Q、I--J、D--E、Q--G五个控制截面的内力;A、B、C、Q(Q点铅垂方向)、I、J、D、E、G、Qh(Q点水平方向)十个控制点的应力。
使用起来很方便,已在多项实际工程中得到应用。
本程序也可用于扶壁式挡土墙的稳定计算。
二、计算原理简述
在挡土墙的长度方向截取1米宽的截条作为计算对象。
1,土压力计算:
采用的是朗肯理论计算墙后填土的主动水平土压力。
其基本公式是:
式中:
EA--水平主动土压力。
认为作用点在墙底以上H/3处;
γ--填土的有效容重。
在地下水位以上取填土的湿容重,地下水位以下取填土
的浮容重;
H--填土深度。
其中包括了由地面连续均布的活荷载P所换算的等值土高度;
φ--填土的内摩擦1角。
假定填土为有相同φ值的材料。
公式中不考虑粘性土凝聚力的作用是偏安全的。
对于衡重式(B5≠0)在墙背俯折线段内(H3高度范围内)的岩石压力采用的是参考书籍
(2)中的乌氏公式,基本公式是:
式中:
σ0--填土表面的水平土压应力;
h0--其中P为表面活荷载(超载);
γ--为填土有效容重;
σH--填土表面以下H深度处的水平土压应力;
λ--(tgθ-tgа)/tg(θ+φ)
其中:
φ为填土内摩擦角;а为俯斜折线与铅垂线间的夹角;θ为最危险的破裂线与铅垂线间的夹角,
当(θ+φ)≥90。
时,认为此段内岩土压力为零。
2,抗滑安全系数:
其中K1为抗滑安全系数;F为墙底与基础之间的摩擦系数;GG为墙基面所受的垂直力之和,包括:
墙身自重、墙后填土重、地面活荷载(超载)、墙的前后水重、扬压力(扬压力按直线分布);为墙所受的水平力之和,包括:
墙后水平土压力、墙前后水压力。
如果墙前有填土,则土压力忽略不计。
3,抗倾覆安全系数:
其中K2为墙对A点的抗倾覆安全系数;MM为所有各力对墙趾A点的抗倾覆力矩,MA为对A点的倾覆力矩。
4,截面内力及控制点应力的计算:
在计算各截面的内力时,考虑了各截面上按直线分布的渗透水压力的影响。
各控制点的应力由该截面的轴力、弯矩按偏心受压构件计算:
式中:
U为应力值;B为截面宽度;E0为偏心矩;GG为轴力。
三、输入数据
1,挡土墙断面尺寸数据(单位:
米):
宽度方向尺寸:
B0、B1、B2、B3、B4、B5
高度方向尺寸:
H0、H1、H2、H3、H4、H5
各符号意义详见图。
其中某些项可以随断面形状的不同而为零或相等,但不能为负值。
2,其它数据:
C0--墙身湿容重,单位:
吨/立方米;
C1--填土湿容重,单位:
吨/立方米;
C2--填土饱和容重,单位:
吨/立方米;
C3--衡重式墙背俯斜段侧边岩土的饱和容重,单位:
吨/立方米;
F--墙底与地基间的摩擦系数;
F1--填土内摩擦角,单位:
度;
F2--衡重式墙背俯斜段侧边岩土的内摩擦角,单位:
度;
HW--墙前水深(从墙底算起),单位:
米;
HH--墙后水深(从墙底算起),单位:
米;
HA--墙后填土高度(从墙底算起),单位:
米;
P--填土表面连续均布的活荷载(超载),单位:
10千牛/平方米;
3,输入注意事项:
数据顺序如下:
断面编号,B0,B1,B2,B3,B4,B5,H0,H1,H2,H3,H4,H5
C0,C1,C2,C3,F,F1,F2,HW,HH,HA,P"
当为非衡重式时,C3、F2可任意填一数。
对于衡重式,要求HH大于或等于H3。
填土表面要求水平,且填土高度限制在:
H0≥HA≥H4之间,如果HA>H0,且填土表面水平,则可以将其高出部分换算为面荷载P(超载),同样可以计算。
以上输入数据均打印出来。
四、输出结果
K1--抗滑安全系数;
K2--抗倾覆安全系数;
CV--1米长度内墙的建筑材料方量,单位:
立方米;
UA、UB、UC、UQ、UI、UJ、UD、UE、UQh、UG--相应于各控制点的应力,其中UQ为Q点铅垂方向的应力,UQh为Q点水平方向的应力,压为正,单位:
10千牛/平方米;
M--作用于各控制截面形心的弯矩,各截面分别以A、C、I、D、Q(水平向)点受压为正,单位:
10千牛-米;
N--作用于控制截面形心的轴力,压为正,单位:
10千牛;
Q--作用于控制截面的剪力,单位:
10千牛。
当相应截面不存在时,则不打印该截面的内力和相应控制点的应力。
当H1>H4时,则C-Q截面内力、应力不计算和不打印。
操作方法:
启动本程序后,点击‘数据来源’介面,点击算例数据文件,算例的数据即进入相应的数据框中,然后点击‘计算’,即得算例的文本结果。
在数据框中填入自己的数据,以自己命名的文件存盘,可将自己工程的数据存为数据文件,点击‘计算’,即得文本结果。
计算结果为汉字的计算书,一目了然。
参考资料:
《水工钢筋混凝土结构》下册第十三章1、2节,华东水利学院、西北农学院1975年10月版。
《挡土墙》铁道部第二设计院主编。
根据《堤防工程设计规范》(GB50286-98)的要求,对堤防进行稳定分析计算。
计算工况分为正常运用情况和非常运用情况。
工况1:
设计洪水位时挡墙的稳定。
工况2:
水位骤降时挡墙的稳定。
工况3:
工程竣工时挡墙的稳定。
挡土墙稳定计算成果表
工况
稳定安全系数
基底应力(Kpa)
抗滑稳定
抗倾覆稳定
墙趾应力
墙踵应力
工况1
1.37
2.35
58.01
31.23
工况2
1.24
4.30
85.21
49.3
工况3
1.36
5.32
84.58
54.8
根据堤防工程设计规范的规定,4级以上防洪墙正常运用条件下,最小安全系数不小于1.15,非常运用条件下,抗滑稳定最小安全系数应不小于1.05。
由以上计算结果表明,该挡墙抗滑稳定能满足规范要求。
计算书如下:
工况一:
************************************************************************
*****挡土墙稳定与应力计算书G-9*****
************************************************************************
一.原始数据
断面编号:
1
B0B1B2B3B4B5H0H1H2H3H4H5
0.600.400.371.200.400.004.220.500.500.500.500.30
C0C1C2C3FF1F2HWHHHAP
2.301.801.900.000.3035.00.03.723.724.220.20
二.计算结果
K1=1.3778
K2=2.3532
CV=6.4553(m3)
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UA=5.801(10kPa/m2)UB=3.123(10kPa/m2)1.96713.2482.884
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UC=7.956(10kPa/m2)UQ=1.005(10kPa/m2)2.7259.7192.312
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UI=.696(10kPa/m2)UJ=.651(10kPa/m2)0.0010.4240.038
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UD=7.701(10kPa/m2)UE=-5.743(10kPa/m2)0.2800.4901.988
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UQh=-.463(10kPa/m2)UG=1.601(10kPa/m2)-0.0430.2840.538
工况二:
************************************************************************
*****挡土墙稳定与应力计算书G-9*****
************************************************************************
一.原始数据
断面编号:
1
B0B1B2B3B4B5H0H1H2H3H4H5
0.600.400.371.200.400.004.220.500.500.500.500.30
C0C1C2C3FF1F2HWHHHAP
2.301.801.900.000.3035.00.00.501.004.220.20
二.计算结果
K1=1.2418
K2=4.2996
CV=6.4553(m3)
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UA=8.521(10kPa/m2)UB=4.933(10kPa/m2)2.63619.9744.825
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UC=12.118(10kPa/m2)UQ=2.142(10kPa/m2)3.91115.4653.671
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UI=.696(10kPa/m2)UJ=.651(10kPa/m2)0.0010.4240.038
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UD=11.647(10kPa/m2)UE=-8.446(10kPa/m2)0.4190.8003.065
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UQh=-.119(10kPa/m2)UG=1.734(10kPa/m2)-0.0390.4040.782
工况三:
************************************************************************
*****挡土墙稳定与应力计算书G-9*****
************************************************************************
一.原始数据
断面编号:
1
B0B1B2B3B4B5H0H1H2H3H4H5
0.600.400.371.200.400.004.220.500.500.500.500.30
C0C1C2C3FF1F2HWHHHAP
2.301.801.900.000.3035.00.00.500.504.220.20
二.计算结果
K1=1.3668
K2=5.3173
CV=6.4553(m3)
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UA=8.458(10kPa/m2)UB=5.48(10kPa/m2)2.18820.6914.542
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UC=12.102(10kPa/m2)UQ=2.654(10kPa/m2)3.70416.0033.577
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UI=.696(10kPa/m2)UJ=.651(10kPa/m2)0.0010.4240.038
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UD=11.835(10kPa/m2)UE=-8.935(10kPa/m2)0.4330.7253.043
应力M(10kN.m)N(10kN)Q(10kN)
UQh=.162(10kPa/m2)UG=1.703(10kPa/m2)-0.0320.4660.746
4松木桩基础处理计算书
由于基础部分持力层为淤泥地基承载力达不到设计要求,同时考虑到挡墙应力较小,淤泥深度不深,经综合考虑采用松木桩进行处理,采用理正软件计算如下:
一、松木桩承载力计算
(1)采用经验系数法计算单桩承载力:
Quk=μ∑qsikli+qpkAp
qsik——极限侧向阻力,参考地质资料:
-1粘性土:
40Kpa,
淤泥:
25Kpa,粘性土:
55Kpa
qpk——极限端阻力,参考地质资料:
粘性土:
1500Kpa,残积砂质粘性土2200Kpa
μ——桩身周长
li——为桩长摩擦桩按4.5m计算,端承桩按1m计算。
经计算最小单桩承载力Quk=53.0KN,Ra'=0.5Quk=26.5KN
(2)松木桩桩身承载力
Ra'=Ψα[σ]A
Ra'――单桩承载力
Ψ―――纵向弯曲系数,与桩间土质有关,一般可取1
α―――桩材料的应力折减系数,木桩取0.5
[σ]――桩材料的容许压力,2773.4Kpa
经计算Ra’=24.5KN
由
(1)、
(2)可知松木桩单桩承载力取24.5KN,考虑到地基承载力由松木桩及地基土共同作用,因此采用复合地基承载力公式进行计算:
Ra=mRa'/Ap+β(1-m)fk
Ra——复合地基承载力标准值
m——面积置换率25%
β——桩间土承载力折减系数取0.68
Ap——单桩截面积
经过计算本水闸地基承载力为132.7Kpa。
通过计算可知,挡墙最大应力为85.21Kpa,涵洞地基应力为110.82Kpa均小于处理后的地基承载力。
4混凝土箱涵结构计算
一、示意图:
二、基本设计资料
1.依据规范及参考书目:
《水工混凝土结构设计规范》(SL191-2008),以下简称《规范》
《水工钢筋混凝土结构学》(中国水利水电出版社)
《公路桥涵设计通用规范》JTJD60-2004,以下简称《通规》
《涵洞》(中国水利水电出版社出版,熊启钧编著)
2.几何信息:
箱涵孔数n=2
孔净宽B=4.000m孔净高H=3.600m
第二孔净宽B2=4.000m
底板厚d1=0.500m顶板厚d2=0.500m
侧墙厚d3=0.400m加腋尺寸t=0.300m
中间隔墙厚d4=0.400m
3.荷载信息:
埋管方式:
沟埋式,沟槽为矩形断面
填土高Hd=0.500m沟槽宽Bb=9.200m
填土种类:
松散砂类土、流塑或软塑粘性土内摩擦角φ=35.0度
填土容重γ=19.000kN/m3填土浮容重γs=9.000kN/m3
地下水位W=2.000m洞内水压N=0.000m
汽车荷载等级:
公路-Ⅱ级
4.荷载系数:
可变荷载的分项系数γQ1k=1.20
可变荷载的分项系数γQ2k=1.10
永久荷载的分项系数γG1k=1.00
永久荷载的分项系数γG2k=1.20
构件的承载力安全系数K=1.20
5.材料信息:
混凝土强度等级:
C30
纵向受力钢筋种类:
HRB335
纵筋合力点至近边距离as=0.050m
最大裂缝宽度允许值ωmax=0.200mm
6.附加荷载:
顶板均布恒荷载qf1=0.000kN/m顶板均布活荷载qf2=0.000kN/m
顶板集中活荷载Pf=0.000kN集中荷载离左边墙外侧距离X=0.000m
三、荷载标准值计算
1.垂直压力计算
垂直土压力计算公式如下:
qv1=Ks×γ×Hd
计算得到作用于顶板上的垂直土压力qv1=9.443kN/m
顶板自重qv2=d2*25=12.500kN/m
作用于顶板上的垂直压力qt=qv1+qv2=21.943kN/m
侧墙和隔墙自重作用于底板qv3=11.739kN/m
作用于底板上的垂直压力qd=qv1+qv2+qv3=33.682kN/m
2.侧向水平土压力计算
水平土压力计算公式如下:
qh=γ×H×tan2(45°-φ/2)
计算得到侧墙顶部水平土压力qh1=5.149kN/m
计算得到侧墙底部水平土压力qh2=23.685kN/m
3.内水压力计算
不考虑内水压力的影响
4.外水压力计算
侧墙底部外水压力qw1=9.81×2.000=19.620kN/m
作用于底板的外水压力qw3=9.81×2.000=19.620kN/m
5.汽车荷载
由《通规》第4.3.1条规定并考虑车辆荷载的相互作用得到:
qq=76.485kN/m,顶部、底板均承受汽车荷载
汽车荷载产生的作用于侧墙水平土压力为:
qqh=qq×tan2(45°-φ/2)=20.73kN/m
四、地基应力计算
箱涵地基应力为:
作用于顶板上的垂直压力qt+侧墙和隔墙自重作用于底板qv3+汽车荷载,即箱涵地基应力为:
qt+qv3+qq=21.943+11.739+76.485=110.167kN/m
五、内力计算
1.计算说明
a、采用有限单元法对结构进行内力计算。
b、建模时,水平单元(底板和顶板)方向从左到右。
c、建模时,竖直单元(边墙和隔墙)方向从下到上。
d、承载力极限状态计算时,荷载效应组合设计值按下式计算:
S=γG1K×SG1K+γG2k×SG2K+γQ1k×SQ1K+γQ2k×SQ2K,即:
S=1.00×SG1K+1.20×SG2K+1.20×SQ1K+1.10×SQ2K,即:
e、正常使用极限状态验算应按荷载效应的标准组合进行,并采用下列表达式:
Sk(Gk,Qk,fk,αk)≤c
2.内力计算结果
第1单元起始节点内力:
M=-88.052kN·mQ=89.295kNN=255.334kN
Mk=-68.875kN·mNk=191.774kN
第1单元跨中内力:
Mmax=0.000kN·mQmax=0.493kN
Nmax=255.334kN截面位置Xmax=2.050m
Mmin=-88.052kN·mQmin=89.295kN
Nmin=255.334kN截面位置Xmin=0.550m
Mk=-68.875kN·mNk=191.774kN
第1单元末节点内力:
M=-73.641kN·mQ=-62.032kNN=255.334kN
Mk=-55.219kN·mNk=191.774kN
第2单元起始节点内力:
M=-1.889kN·mQ=189.879kN
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