第章地下建筑結(jié)構(gòu)的荷載

第2章地下建筑結(jié)構(gòu)的荷載

本講內(nèi)容荷載種類和組合荷載確定方法巖土體壓力的計(jì)算方法初始地應(yīng)力、釋放荷載與開(kāi)挖效應(yīng)彈性抗力其他荷載1234561.荷載種類和組合荷載種類按存在狀態(tài)可分為：靜荷載、動(dòng)荷載和活荷載等

靜荷載：又稱恒載；動(dòng)荷載：這是瞬時(shí)作用的動(dòng)荷載活荷載：是指在結(jié)構(gòu)物施工和使用期間可能存在的變動(dòng)荷載，其大小和作用位置都可能變化。其它荷載：混凝土材料收縮（包括早期混凝土的凝縮與日后的干縮）受到約束而產(chǎn)生的內(nèi)力；

1.荷載種類和組合荷載組合

各種荷載對(duì)結(jié)構(gòu)可能不是同時(shí)作用，需進(jìn)行最不利情況的組合。先計(jì)算個(gè)別荷載單獨(dú)作用下的結(jié)構(gòu)各部件截面的內(nèi)力，再進(jìn)行最不利的內(nèi)力組合，得出各設(shè)計(jì)控制截面的最大內(nèi)力。最不利的荷載組合一般有以下幾種情況：（一）靜載；（二）靜載+活載；（三）靜載+動(dòng)載（原子爆炸動(dòng)載、炮（炸）彈動(dòng)載）2.荷載的確定方法確定依據(jù).1、依據(jù)規(guī)范：當(dāng)前在地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中試行的規(guī)范、技術(shù)措施、條例等有多種。有的仍沿用地面建筑的設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵守各有關(guān)規(guī)范。2.荷載的確定方法.2、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（1）根據(jù)建筑用途、防護(hù)等級(jí)、地震等級(jí)等確定。（2）地下建筑結(jié)構(gòu)材料的選用（3）地下襯砌結(jié)構(gòu)一般為超靜定結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力在彈性階段可按結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算。（4）截面計(jì)算原則（5）安全系數(shù) （6）材料強(qiáng)度指標(biāo)3.計(jì)算理論計(jì)算原理.地下結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論較多地應(yīng)用以文克爾假定為基礎(chǔ)的局部變形理論以及以彈性理論為基礎(chǔ)的共同變形理論。

地層對(duì)結(jié)構(gòu)的彈性抗力限制了結(jié)構(gòu)的變形，故改善了結(jié)構(gòu)的受力情況。3.計(jì)算理論地下結(jié)構(gòu)在主動(dòng)荷載作用下會(huì)發(fā)生變形，而地層阻止這種變形發(fā)展，給結(jié)構(gòu)一定的彈性抗力，如下圖所示：拱形、圓形等有跨變結(jié)構(gòu)的彈性抗力作用顯著。而矩形結(jié)構(gòu)的抗力作用較小，在軟土中常忽略不計(jì)。

3.計(jì)算理論計(jì)算方法土層地下建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法有：一般結(jié)構(gòu)力學(xué)法，彈性地基梁法（見(jiàn)本書(shū)第3章），矩陣分析法，荷載――結(jié)構(gòu)法，地層――結(jié)構(gòu)法（見(jiàn)本書(shū)第4章）。近來(lái)發(fā)展用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的有限單元法來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)與地層的內(nèi)力，并進(jìn)而考慮彈塑性、非線性、粘彈性的計(jì)算方法。

荷載的計(jì)算地下建筑結(jié)構(gòu)上所承受的荷載有結(jié)構(gòu)自重、地層壓力、彈性抗力、地下靜水壓力、車輛和設(shè)備重量及其他使用荷載等。其中地層壓力（包括土壓力和圍巖壓力）是至關(guān)重要的荷載。墻體位移與土壓力類型E靜止土壓力E0主動(dòng)土壓力Ea被動(dòng)土壓力Ep1.靜止土壓力的計(jì)算巖土體壓力的計(jì)算

a---經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，砂土，粉土取1.0；黏性土、淤泥質(zhì)土取0.95?！椤ㄟ^(guò)CU試驗(yàn)測(cè)定。巖土體壓力的計(jì)算2.庫(kù)倫土壓力理論

庫(kù)倫理論的基本假定庫(kù)倫理論是由法國(guó)科學(xué)家?guī)靷悾–oulomb,C.A.）于1773年發(fā)表的，主要是針對(duì)擋土墻的計(jì)算，其計(jì)算的基本假定為（圖2.4）①擋土墻墻后土體為均質(zhì)各向同性的無(wú)粘性土；②擋土墻是剛性的且長(zhǎng)度很長(zhǎng)，屬于平面應(yīng)變問(wèn)題；③擋土墻后土體產(chǎn)生主動(dòng)土壓力或被動(dòng)土壓力時(shí)，土體形成滑動(dòng)楔體，滑裂面為通過(guò)墻踵的平面；④墻頂處土體表面可以是水平面，也可以為傾斜面，傾斜面與水平面的夾角為β角；⑤在滑裂面和墻背面上的切向力分別滿足極限平衡條件ACHB無(wú)粘性土的主動(dòng)土壓力WER－WRE-=90--、E2.庫(kù)倫土壓力理論

EEa－庫(kù)侖主動(dòng)土壓力系數(shù)Ea土壓力分布：三角形分布2.庫(kù)倫土壓力理論

ABCH無(wú)粘性土的被動(dòng)土壓力WRE+=90+-WER－庫(kù)侖被動(dòng)土壓力系數(shù)2.庫(kù)倫土壓力理論

說(shuō)明：1、根據(jù)庫(kù)侖土壓力理論，計(jì)算土壓力的關(guān)鍵是如何確定主動(dòng)土壓力系數(shù)和被動(dòng)土壓力系數(shù)。2、3.朗肯土壓力理論

1朗肯池極限牛平衡耗應(yīng)力伙狀態(tài)自重嬌應(yīng)力旦作用聰下，臂半無(wú)暈限土該體內(nèi)杜各點(diǎn)縱的應(yīng)誕力從猛彈性螞平衡舞狀態(tài)醫(yī)發(fā)展臥為極熊限平侵衡狀崖態(tài)的君情況非。3fv=承zK0v主動(dòng)彎極限隸平衡梨應(yīng)力幟狀態(tài)s1s345+f/22.朗肯壞土壓芹力理薦論1fv=zK0v被動(dòng)極殘限平衡衣應(yīng)力狀湊態(tài)s1s3s3s145-f/22.朗肯彎土壓撇力理外論主動(dòng)夠土壓錫力系挎數(shù)被動(dòng)蓮?fù)翂和炅ο倒詳?shù)靜止兇土壓求力系監(jiān)數(shù)2.朗肯耀土壓棗力理偷論在庫(kù)侖鋪理論中逢：===煤0，即墻耍背垂直磚光滑，觀填土表準(zhǔn)面水平孫時(shí)，與軍朗肯理略論等價(jià)1、分賓層土停的土他壓力莫計(jì)算2、不同翅地面超辨載作用你下的土坐壓力計(jì)其算與圖賊式3、考慮戚地下糞水時(shí)費(fèi)水土融壓力隆計(jì)算水土壓濁力合算怠（砂土掘，粉土乳）、水治土壓力肝分算（蠶黏性土政）特殊情卵況下的獻(xiàn)土壓力f2<f1f2>f1分層土攤的土壓斜力計(jì)算g2f2H1H2g1f1f1=f2時(shí)g2>g1g2<g1g1=g2時(shí)1填土上濾有荷載s145+f/2pa=3fv=z筑+qK0vzpa=s3q朗肯啟土壓獻(xiàn)力理貫論地面央上有諷超載囑時(shí)的拼土壓境力計(jì)伏算局部園荷載——朗肯判理論地面鑼上有碎超載董時(shí)的惑土壓偏力計(jì)犁算名稱指標(biāo)應(yīng)用不排水剪(快剪)cu、ucq、q軟土地基快速施工固結(jié)不排水剪(固結(jié)快剪)ccu、cuccq、cq固結(jié)完成后受突然荷載固結(jié)排水剪(慢剪)cd、dcs、s地基透水性強(qiáng)施工較慢或正常運(yùn)行期土的估抗剪呆強(qiáng)度事試驗(yàn)槐方法獎(jiǎng)與指牧標(biāo)問(wèn)洽題三種三控軸試驗(yàn)就的結(jié)果件對(duì)比飽和粘薪土的固縱結(jié)排水夸剪（CD）的強(qiáng)腎度>固結(jié)不亮排水剪(C久U)強(qiáng)度>不固結(jié)儉不排水飾剪(UU恨)強(qiáng)度剪切喇破壞捐強(qiáng)度園是發(fā)情生剪鬼切變媽形破均壞時(shí)軟的強(qiáng)億度。圍巖壓改力的計(jì)堡算（一）話圍巖壓鮮力及其籮影響因足素1、圍尸巖壓威力的滲概念即所滿謂由僵于洞起室圍鏡巖的梁變形暈和破漏壞而現(xiàn)作用廁在支梯護(hù)或封襯砌芳上的被壓力的圍巖訓(xùn)壓力汽。圍巖爪壓力息可分慚為圍巖垂甚直壓力催、圍巖煤水平壓剩力及圍虹巖底部?jī)|壓力。2、影忍響圍農(nóng)巖壓排力的適因素影響微山巖填壓力估的因嘗素(1幕)洞室的辱形狀和喘大小(2援)地質(zhì)構(gòu)常造(3繪)支護(hù)的級(jí)型式和惹剛度(4愁)洞室純深度(5)時(shí)間(6)施工方凱法圍巖塊壓力杠及其歐影響敘因素（二旦）圍滿巖壓內(nèi)力的避計(jì)算曬方法1、按松相散體理亂論計(jì)算梨圍巖壓態(tài)力1）垂芳直圍殼巖壓司力①即淺埋杰結(jié)構(gòu)稠上的景垂直猜圍巖繡壓力②胳深埋愿結(jié)構(gòu)貸上的監(jiān)垂直長(zhǎng)圍巖告壓力2）水哀平圍蹄巖壓麻力3）底部暫圍巖壓逗力2、按襯彈塑墊性體贏理論轟計(jì)算微圍巖紛壓力1、按途松散碑體理災(zāi)論計(jì)憶算圍狡巖壓亡力由于濟(jì)巖體翻一般此總是已有一愛(ài)定的市裂隙凡節(jié)理循，又借由于灶洞室狂開(kāi)挖伐施工沿的影騰響，效其圍津巖不仰可能是是一光個(gè)非濟(jì)常完猜整的招整體亞，而亭松散逗體理隊(duì)論中嬌假定但巖石爪為散蛇粒體拍，并蚊具有率一定截的凝揮聚力欠，所敢以用雙這一委理論躁計(jì)算懶松動(dòng)華圍巖住壓力豪有時(shí)忌也可掏以得獸到較釋好的谷效果絡(luò)。①淺烈埋結(jié)構(gòu)濕上的垂洪直圍巖削壓力作用般在地盼下結(jié)規(guī)構(gòu)上翠的圍繁巖壓稅力為承巖石板柱重豆量與糖兩側(cè)叔所提說(shuō)供摩吧擦力梯之差漁。從朝洞室嗽底面坐的兩叫端起問(wèn)可能己形成雄伸延矛到地肝面的閃傾斜降破裂辦面，譽(yù)見(jiàn)下制圖中馳的AB和CD。從上式啟可以看襲出隨著磚深度的穿增加，央圍巖壓叫力逐漸豈減小，談這與實(shí)器際不符蘇。該式偉僅適晴用于腰淺埋靠結(jié)構(gòu)傳。隨著栗深度灰的增羽加，萬(wàn)兩側(cè)緩摩阻佳力超祥過(guò)了?；颇阒钠浦亓堪病Ｖ挥蠥E蠶B以下巖津體重量鹿對(duì)結(jié)構(gòu)純產(chǎn)生壓旺力，又乞稱為壓力奪拱壓力拱黑能夠自革然穩(wěn)定嘉平衡，猛其上任左何一點(diǎn)與均無(wú)力超矩。只要男確定采壓力傍拱的旁形狀較及高略度就涉可以稈確定外出圍促巖壓呼力q=γh1②深妙埋結(jié)構(gòu)辯上的垂壩直圍巖竊壓力2）水棋平圍腔巖壓詞力3）底允部圍銅巖壓云力1、按松站散體理影論計(jì)算臂圍巖壓犧力只是對(duì)紙較松軟幻玉的巖石柱才考慮計(jì)算潤(rùn)時(shí)先歡求出狗垂直紀(jì)圍巖妥壓力熄的集哭度，而后并乘以歡側(cè)壓鵝力系餓數(shù)Ka(主動(dòng)土揚(yáng)壓力)通常不偉計(jì)算2、按那彈塑胞性體盾理論諷計(jì)算圾圍巖擇壓力從理論k講，挑彈塑轉(zhuǎn)性理張論比簡(jiǎn)前面眠的理等論要予嚴(yán)密疲些，僵但是濕彈塑謎性理滋論的補(bǔ)數(shù)學(xué)咱運(yùn)算室較復(fù)葬雜，遵公式三也較純繁。在r=灘R的可煌變范君圍內(nèi)默出現(xiàn)廊了塑猜性區(qū)立。這就是般著名的至修正了屯的芬諾公緊式。它表示總當(dāng)巖體寶性質(zhì)、伶埋深等吉確定的喪情況下擴(kuò)，非彈墓性變形古區(qū)大小街與支護(hù)叔對(duì)圍巖較提供的副反力間釀的關(guān)系在彈性蟻區(qū)和塑自性區(qū)的獲交界處館分別滿儲(chǔ)足彈性引解和塑扁性解，據(jù)此推而導(dǎo)出圍兼巖壓力胡的計(jì)算絲式公式2、按麻彈塑鉆性體稻理論嚷計(jì)算克圍巖今壓力3、按壘圍巖痛分級(jí)機(jī)和經(jīng)鋤驗(yàn)公息式確苗定圍番巖壓添力初始地?cái)z應(yīng)力、組釋放荷裙載與開(kāi)嬸挖效應(yīng)初始掙地應(yīng)破力一蓮般包訪括自馳重應(yīng)鳳力場(chǎng)洪和構(gòu)園造應(yīng)指力場(chǎng)綱，但爬土層洪中僅或有自尺重應(yīng)葬力場(chǎng)擦存在掙，巖蓋層中帆對(duì)于Ⅳ級(jí)以扁下圍裳巖，幕噴射彼混凝租土層餅將在睬同圍貿(mào)巖共賠同變裝形的堆過(guò)程內(nèi)中對(duì)挽圍巖陶提供腥支護(hù)料抗力競(jìng)，使勾圍巖漲變形誤得到熱控制卡，從顯而使麻圍巖悠保持晃穩(wěn)定擾。與蛙此同咸時(shí)，達(dá)噴層含將受躬到來(lái)忠自圍奏巖的娛擠壓燥力?？@種槽擠壓饅力由市圍巖仙變形躁引起憤，常勉稱作添“形解變壓陸力”秀。時(shí)間效環(huán)應(yīng)：Ⅳ級(jí)以腳下圍快巖一鎖般呈診現(xiàn)塑牧性和堵流變鈔特性1、初始寨地應(yīng)武力的抄確定初始地天應(yīng)力{0}的確少定常省需專歌門(mén)研曾究。價(jià)對(duì)巖承石地穩(wěn)層，挪初始撞地應(yīng)遭力可芳分為緣瑞自重踐地應(yīng)厲力和蝦構(gòu)造貸地應(yīng)昨力兩短部分,而土住層一原般僅掀有自卡重地粥應(yīng)力出。其務(wù)中自坊重地持應(yīng)力妥可由溪有限駕元法尺求得真，構(gòu)足造地槐應(yīng)力汪可由盟位移刺反分般析方座法確口定。2、釋放荷蛙載的計(jì)示算釋放漠荷載咬：可臂由已釘知初胡始地哭應(yīng)力嗎或與色前一巨步開(kāi)堅(jiān)挖相芬應(yīng)的啊應(yīng)力姥場(chǎng)確顆定。利先求巷得預(yù)面計(jì)開(kāi)策挖邊妻界上胞各結(jié)孕點(diǎn)的梅應(yīng)力住，并話假定勞各結(jié)澡點(diǎn)間僚應(yīng)力柳呈線筍性分神布，啄然后椅反轉(zhuǎn)接開(kāi)挖結(jié)邊界撐上各普結(jié)點(diǎn)噴應(yīng)力吹的方鏈向(改變其線符號(hào))，據(jù)以褲求得釋配放荷載地層棚彈性肢抗力結(jié)構(gòu)在爽主動(dòng)荷福載作用債下，要慮產(chǎn)生變柴形。以黃隧道工聞程為例