船闸闸室底板内力计算.doc

1、2011航道结构专题作业航道结构专题作业要求（2011）1、计算作用在坞室闸室结构上的荷载，绘出闸室底板计算简图。回填土凝聚力C=10KN/m2,内摩擦角为28度。回填土水上重度19.5KN/m3，浮重度10 KN/m3，地面活载3KPa。闸室结构采用C25钢筋混凝土。边载根据回填土计算确定，按均匀布置考虑，单侧边载长度取闸室底板宽度的一半。解：1、闸室设计资料如下：闸室结构：C25钢筋砼 =25；回填土：凝聚力C=10，内摩擦角为28，水上重度，浮重度，水下内摩擦角考虑折减，取26；地面活荷载：q=3kpa。2、荷载种类结合本闸室实际情况，分析作用于闸室结构上的荷载包括：（1）建筑物自重、水

2、重及建筑物内部或上部填料重；（2）土压力；（3）静水压力；（4）扬压力（渗透力和浮托力）；（5）地面活荷载。3、闸室结构受力计算 本闸室为对称结构，且荷载也关于轴线对称，为简化计算，取右半部分结构进行计算。1）闸室自重闸墙：力臂：对点O的矩： 底板自重：2）土压力整体式闸室结构为坞式结构，且闸墙的刚度较大，墙体产生的位移很小，不足以使土体产生主动破坏，此时可近似按静止土压力计算。为方便计算，静止土压力系数可采用主动土压力系数的1.251.5倍，本例中取1.4倍。分析本闸室结构边界条件，利用无粘性土的库伦理论计算主动土压力，但由于回填土为粘性土，将粘聚力换算为内摩擦角（即等代内摩擦角），根据此闸

3、墙边界条件及相关设计经验，内摩擦角增大，粘性土的等代内摩擦角为，水下内摩擦角为。库伦土压力计算式如下：作用在墙背上，第n层土上、下端处单位面积上的土压力强度、为：作用在垂直面上，第n层土上、下端处的水平分土压力强度、为：作用在垂直面上，第n层土上、下端处的垂直分土压力强度、为：以上式中： 第i层土的厚度，m；墙背与垂线的夹角，仰角为正，俯角为负；第i层土的重度，；第i层土的内摩擦角，水上34，水下32；填料与墙背的摩擦角，仰角采用0.5，水上、水下分别为17、16；地面与水平面的角，为0。根据墙后水位及墙背面倾角的变化将土层分为三层（如图所示），分别进行各土层的土压力计算（闸室右端弯矩逆时针为

4、正）：第一层土：土压力系数：截面土压力强度：第一层土沿x、y方向土压力分量：力臂：对点0的矩：第二层土：土压力系数：截面土压力强度：第二层土沿x、y方向土压力分量：力臂：对点0的矩：第三层土：土压力系数：墙背竖直，考虑竖向力较小，令：截面土压力强度：第三层土沿x、y方向土压力分量：力臂：对点0的矩：各土层土压力分布见下图：综上，考虑静止土压力系数与主动土压力间的关系，土压力的作用如下：3）静水压力截面静水压力强度（见下图）：各层静水压力沿x、y方向的分量及力臂：综上，静水压力的总作用如下：对点0的矩：4）扬压力（渗透力和浮托力）因为闸室为对称结构，且荷载也对称，所以只需计算浮托力。浮托力: 5

5、）边载作用边载根据回填土计算确定，按均匀布置考虑，单侧边载长度取闸室底板宽度的一半，即8m。4、闸室底板计算简图综合3中荷载计算，得出闸室底板计算时受力总和，成果如下图所示：水平力： 竖直力： 对点0的矩: 底板均布力： 边载： 2、用郭氏查表法计算题1闸室底板的内力，已知地基变形模量E。=30000KN/m2，=0.3；梁高H=1.6m，梁的弹性模量，梁的半长，地基按半无限弹性体假定。解：闸室结构可按平面形变问题考虑，柔度指标为：利用郭氏法进行底板内力计算时，将题1中所示的荷载作进一步变换：将边载变换为五个集中力，其等间距布置，荷载布置图如下：注：图中1）均布力：当全梁受均布荷载q时，各截面

6、的内力转换公式为： 计算成果表如下：x00.81.62.43.244.85.66.47.2800.10.20.30.40.50.60.70.80.91p7272747477818799121165-p=0.01*p*q-2.88-2.88-2.96-2.96-3.08-3.24-3.48-3.96-4.84-6.60-Q0-2.8-5.6-8.2-10.7-12.8-14.5-15.3-14.4-10.40Q=0.01*Q*ql0.000.901.792.623.424.104.644.904.613.330.00M9.69.59.18.47.46.34.93.41.90.60M=0.01*M

7、*ql2-24.58-24.32-23.30-21.50-18.94-16.13-12.54-8.70-4.86-1.540.002）集中力:当梁上受集中荷载P时，各截面的内力转换公式为：注：在剪力的转换公式中，正号对应于右半梁上的荷载，符号对应于左半梁上的荷载。计算成果如下表：x00.81.62.43.244.85.66.47.2800.10.20.30.40.50.60.70.80.91p129354250607390115156229-p22923181383-4-12-24-42-p1=0.01*p1*P/810.1412.2314.6817.4820.9725.5131.4640.1

8、954.5280.04-p2=0.01*p2*P/810.148.046.294.542.801.05-1.40-4.19-8.39-14.68-p=p1+p2(kpa)20.2720.2720.9722.0223.7726.5630.0636.0046.1465.36-Q1-30481421293952-48-290Q2-3-6-8-10-11-11-11-10-9-50Q1=0.01*Q1*P-8.390.0011.1822.3739.1558.7281.09109.05145.40-134.21-81.090Q2=-0.01*Q2*P8.3916.7822.3727.9630.7630.

9、7630.7627.9625.1613.980Q=Q1+Q2(kN/m)0.0016.7833.5550.3369.9089.48111.84137.01170.56-109.05-67.110M1-8-8-8-8-7-5-2-2620M2-8-8-7-6-5-4-3-2-100M1=0.01*M1*P*8-178.95-178.95-178.95-178.95-156.58-111.84-44.74-44.74134.2144.740M2=0.01*M2*P*8-178.95-178.95-156.58-134.21-111.84-89.48-67.11-44.74-22.370.0003）

10、力偶：当梁上受力偶荷载m时，各截面的内力转换公式为：注：力偶矩m以顺时针转向为正。在反力p和弯矩M的转换公式中，正号对应于右半梁上的荷载，符号对应于左半梁上的荷载。计算成果如下表：x00.81.62.43.244.85.66.47.2800.10.20.30.40.50.60.70.80.91p1-26-2115-64194176133233-p2-26-30-34-38-42-48-56-69-99-128-p1=0.01*p1*m1/820.810.65-0.460.19-0.12-0.59-1.27-2.36-4.12-7.22-p2=-0.01*p2*m2/820.810.931.05

11、1.181.301.491.742.143.073.97-p=p1+p2(kpa)1.611.580.591.361.180.900.46-0.22-1.05-3.25-Q1-64-66-68-69-69-68-65-59-49-310Q2-64-61-58-54-50-46-40-34-26-160Q1=0.01*Q1*m1/815.8716.3716.8617.1117.1116.8616.1214.6312.157.690Q2=-0.01*Q2*m2/815.8715.1314.3813.3912.4011.419.928.436.453.970Q=Q1+Q2(kN/m)31.7431.

12、4931.2430.5029.5128.2726.0423.0618.6011.650M1-42-48-55-62-69-76-82-89610620M2-42-36-30-24-19-14-10-6-3-10M1=0.01*M1*m183.3295.22109.10122.99136.88150.76162.66176.55-11.90-210.27-3.970M2=-0.01*M2*m283.3271.4159.5147.6137.6927.7719.8411.905.951.980M=M1+M2(kNm/m)166.63166.63168.61170.60174.57178.53182.

13、50188.45-5.95-204.32-1.9804）边载：当梁受边载S影响时，各截面的内力转换公式为：注：在剪力Q的转换公式中，正号对应于梁右边的边荷载，而负号对应于梁左边的边荷载。根据前述将均布边载近似变换为5个集中力，分别计算，然后叠加，计算结果如下列各表：边载1：x00.81.62.43.244.85.66.47.2800.10.20.30.40.50.60.70.80.91p11214161718191812-4-41-p212108642-1-5-11-22-p1=0.01*p1*P/82.532.953.383.593.804.013.802.53-0.84-8.65-p2=0

14、.01*p2*P/82.532.111.691.270.840.42-0.21-1.06-2.32-4.64-p=p1+p2(kpa)5.065.065.064.854.644.433.591.48-3.17-13.29-Q1-2.3-10.42.13.95.77.69.19.67.70Q2-2.3-3.4-4.3-5-5.5-5.8-5.8-5.6-4.8-3.20Q1=0.01*Q1*P-3.88-1.690.683.546.589.6212.8315.3616.2013.000Q2=-0.01*Q2*P3.885.747.268.449.289.799.799.458.105.400Q=

15、Q1+Q2(kN/m)0.004.057.9311.9815.8719.4122.6224.8124.3118.400M1-4.5-4.7-4.7-4.6-4.3-3.8-3.1-2.3-1.4-0.50M2-4.5-4.2-3.8-3.1-2.9-2.3-1.7-1.1-0.6-0.20M1=0.01*M1*P*8-60.77-63.47-63.47-62.12-58.07-51.32-41.86-31.06-18.91-6.750M2=0.01*M2*P*8-60.77-56.72-51.32-41.86-39.16-31.06-22.96-14.85-8.10-2.700M=M1+M2(

16、kNm/m)-121.54-120.19-114.78-103.98-97.23-82.37-64.82-45.91-27.01-9.450边载2：x00.81.62.43.244.85.66.47.2800.10.20.30.40.50.60.70.80.91p1891011111195-4-25-p28765320-3-7-15-p1=0.01*p1*P/81.691.902.112.322.322.321.901.06-0.84-5.28-p2=0.01*p2*P/81.691.481.271.060.630.420.00-0.63-1.48-3.17-p=p1+p2(kpa)3.383

17、.383.383.382.952.741.900.42-2.32-8.44-Q1-1.2-0.40.61.62.73.84.85.65.74.40Q2-1.2-2-2.6-3.2-3.5-3.8-3.8-3.7-3.2-2.10Q1=0.01*Q1*P-2.03-0.681.012.704.566.418.109.459.627.430Q2=-0.01*Q2*P2.033.384.395.405.916.416.416.255.403.540Q=Q1+Q2(kN/m)0.002.705.408.1010.4712.8314.5215.7015.0210.970M1-2.8-3-3-2.8-2.

18、6-2.3-1.9-1.3-0.8-0.30M2-2.8-2.7-2.5-2.2-1.8-1.5-1.1-0.7-0.4-0.10M1=0.01*M1*P*8-37.81-40.51-40.51-37.81-35.11-31.06-25.66-17.56-10.80-4.050M2=0.01*M2*P*8-37.81-36.46-33.76-29.71-24.31-20.26-14.85-9.45-5.40-1.350M=M1+M2(kNm/m)-75.62-76.97-74.27-67.52-59.42-51.32-40.51-27.01-16.20-5.400边载3：x00.81.62.4

19、3.244.85.66.47.2800.10.20.30.40.50.60.70.80.91p178899974-4-20-p27654320-3-6-12-p1=0.01*p1*P/81.481.691.691.901.901.901.480.84-0.84-4.22-p2=0.01*p2*P/81.481.271.060.840.630.420.00-0.63-1.27-2.53-p=p1+p2(kpa)2.952.952.742.742.532.321.480.21-2.11-6.75-Q11-0.20.61.42.33.244.64.63.50Q21-1.6-2.1-2.6-2.8-3

20、.2-3.2-3.1-2.7-1.80Q1=0.01*Q1*P1.69-0.341.012.363.885.406.757.767.765.910Q2=-0.01*Q2*P-1.692.703.544.394.735.405.405.234.563.040Q=Q1+Q2(kN/m)0.002.364.566.758.6110.8012.1513.0012.328.950M1-2.4-2.5-2.4-2.3-2.1-1.8-1.5-1.1-0.6-0.20M2-2.4-2.3-2.1-1.8-1.6-1.3-1-0.6-0.3-0.10M1=0.01*M1*P*8-32.41-33.76-32.

21、41-31.06-28.36-24.31-20.26-14.85-8.10-2.700M2=0.01*M2*P*8-32.41-31.06-28.36-24.31-21.61-17.56-13.50-8.10-4.05-1.350M=M1+M2(kNm/m)-64.82-64.82-60.77-55.37-49.96-41.86-33.76-22.96-12.15-4.050边载4：x00.81.62.43.244.85.66.47.2800.10.20.30.40.50.60.70.80.91p156666652-3-14-p25543210-2-5-9-p1=0.01*p1*P/81.06

22、1.271.271.271.271.271.060.42-0.63-2.95-p2=0.01*p2*P/81.061.060.840.630.420.210.00-0.42-1.06-1.90-p=p1+p2(kpa)2.112.322.111.901.691.481.060.00-1.69-4.85-Q1-0.6-0.10.61.11.82.42.93.23.22.40Q2-0.6-1.1-1.51.9-2.1-2.3-2.4-2.3-2-1.30Q1=0.01*Q1*P-1.01-0.171.011.863.044.054.905.405.404.050Q2=-0.01*Q2*P1.011.862.53-3.213.543.884.053.883.382.190Q=Q1+Q2(kN/m)0.001.693.54-1.356.587.938.959.288.786.250M1-1.8-1.8-1.7-1.7-1.5-1.3-1.1-0.8-0.4-0.20M2-1.8-1.7-1.5-1.4-1.2-1-0.7-0.4-0.3-0.10M1=0.01*M1*P*8-24.31-24.31-22.96-22.96-20.26-17.56-14.85-10