首届全国大学生岩土工程竞赛加筋土挡墙参赛作品设计方案.docx

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1、首届全国大学生岩土工程竞赛参赛作品设计方案参赛学校：_组长：电话：电子邮件：_组员：组员：指导教师：电话：二O一五年月日方案简述1模型图与说明表1-1挡墙各结构说明编号名称材料功能1挡墙面板灰底白纸板1承受沙土侧应力2斜拉筋灰底白纸板1连接板肋与挡墙底板，传递侧压力至底板1提高面板刚度3挡墙灰底白2提富面板平行于面板方向的抗压性能侧板纸板3与箱体产生摩擦力提供部分抗力4兜住砂土体，限制挡墙面板水平方向上的挠曲变形4格室灰底白纸板1固沙,提高格室内沙土与格室上方沙土的摩擦力以增强挡墙底部的整体抗力2提供斜拉筋与底板之间稳定的连接面，传递侧压力至底板5挡墙底板灰底白纸板1与箱体产生摩擦力提供部分抗

2、力2提供传递自斜拉筋的侧压力与砂土竖向压力的平衡载体1提供挡墙面板与斜拉筋之间稳定的连接面,传递侧压力至斜板肋灰底白纸板拉筋2提高面板刚度3提高面板平行于面板方向的抗压性能4兜住砂土体，限制挡墙面板水平方向上的挠曲变形注：L用于粘接的构件接头在图中未完全画出。2经测试，灰底白板纸白面之间用双面胶连接的连接强度远高于灰面与灰面之间、灰面与白面之间的连接强度，故重要传力构件的连接处均采用白面与白面连接，如斜拉筋与板肋、格室之间的连接。二、计算书：工设计准备2工条件表2-1基本条件项目值备注砂土重度丫砂土内摩擦角墙背（灰面）与砂土摩擦角砂士黏聚力C砂土泊松比纸板白面与有机玻璃的摩擦因数U纸板灰面与有

3、机玻璃的摩擦因数U纸筋抗拉强度IXY=工5KZ取组委会所提供的最大干密度换算得=必由级配较差的粗砂性质估计=工46由“格室摩擦力增幅测试实验”得C=O由级配较差的粗砂性质估计=0.25查阅文献资料得由有机玻璃直尺与纸板白面等材料实验=0Moi得由有机玻璃直尺与纸板灰面等材料实验=0.3R4得由长20ch,宽1CHA.X!.Scma.NScma.的纸筋Jt09NCH.各M条作抗拉强度试验测得。2.2前提假设土压力计算中，视土体为弹性半空间体。由边界效应、土的不均匀性、非连续性等性质产生的计算误差在构造措施中考虑。2.3 计算简图和计算策略为简化计算，先不考虑砂土的边界效应和附加荷载在砂土中应力不

4、均匀扩散的影响，且偏安全地不考虑挡土墙侧板在与箱体间的摩擦。由此将挡墙体系简化为平面问题，如图2-工所示。其中各力代表项如下：牛：作用在挡墙面板上的侧向土压力，因挡墙倾角接近，。度，且墙背较光滑，由此假定平垂直于挡墙面。令：作用在挡墙底板上的竖向土压力生：箱体对挡墙底板的支持力Fy：箱体对挡墙角的支持力卷：格室内砂土和格室上方砂土之间的摩擦力七：箱体对挡墙底板的摩擦力再将该体系分割为如图所示的三个构件，简化过程与计算策略分析如下:通过将挡墙划分为三个单元并加以板肋和格室的构造，使挡墙面板在简化为平面问题后可视为具有一定轴向抗压强度的杆件。挡墙面板假设为具有如右图约束的的静定结构，算得砂土侧向应

5、力用后，通过静力平衡分析可解得斜拉筋拉力R、挡墙面板在墙脚处传递给箱体的竖向压力也工、传递给挡墙底板的水平拉力F-若挡墙面板中部抗弯强度不足，可在中部再设置斜拉筋。斜拉筋可视为如右图所示的二力杆，在计算得R后，根据实验测得的纸筋抗拉强度来确定斜拉筋宽度。底板是无限次超静定结构，不易设置约束。由于斜拉筋所给叱2产生的倾覆力矩,使箱体对挡墙底的支持力向前集中。由此，在挡墙稳定的情况下，假设年分布图形为上底宽、下底窄的直角梯形。由静力分析得长+作、冬（上底）、的（下底）三个未知数，再将长、fz与挡墙底板上下面的正压力之比和实验所得的最大静摩擦系数相比较，并设置一定的安全系数。考虑到F印的作用面极小，

6、结合实际情况偏安全地忽略F少作用点所产生的摩擦力。先确定底板长度为工牝以、面板高度为4。，以、斜拉筋,Fy2中轴线与底板尾端相距20队，再假设两个底角角度进行试算，直契4y,Fx2至上述所得安全系数大于一定的值后，可视为获得理想图N工挡墙结构平扁f乐意图的解。若安全系数一直无法大于工，则考虑通过其他方式改进方案。2.4 理论选用通过库伦士压力理论计算砂士本身对挡墙产生的侧应力。通过积分明德林解的竖向分量和水平分量来计算竖向附加荷载在挡墙面板产生的侧压力和挡墙底部产生的竖向应力。25辅助计算软件在Bastc中为各类应力解析式编程,计算各组应力计算点的应力值，并用M出成软件的插值函数拟合应力分布情

7、况，获取更符合实际情况的应力分布函数及分布图像以作参2土体竖向应力计算竖向应力由填土自重、竖向附加荷载产生的竖向应力组成。底板所受土的竖向应力通过下式计算：OZ=Zl+QZ2式中Qz-加载后土体中总竖向应力；。Zr-填土自重产生的竖向应力；。口一竖向附加荷载产生的竖向应力；2.1 砂土自重产生的竖向应力计算Zi=Yz22竖向附加荷载产生的竖向应力的计算1 采用的是明德林解竖向分量的积分所得式，采用角点叠加法计算。计算式如下:。Z2=KCP2 1.bNG2b2+2z)LbZ2)L2+b2+Z2NyIi+图马攻01各构件受力分析-从上有KA划1层挡他而垢令:LhV检丹枕底式中：心-均布竖向矩形荷载

8、角点下的竖向附加应力系数以上计算点位置对应的均布荷载矩形的短边;1.计算点位置对应的均布荷载矩形的长边;N-应力计算点深度；P竖向附加荷载对土体表面的平均应力PV=F=25。P夕A加载箱底面积2.3总竖向应力计算叠加上面两个个竖向应力计算结果：Z=Zl+Z2将应力计算式编程，选取墙背倾角为度，计算结果如图2W所示：计算清空计算虚距墙 角距离CmForm1挡墙底板竖向应力计算4224384524674824965105235365485595705805885966036086136166186186186166136086035965885805705595485365235104964824

9、674524381859187518911907192219371952196619801993200520172027203620452052205820622065206820682068206520622058205220452036202720172005199319801966195219371922190718911875329633133330334733633379339534103425343934523464347534853494350235083513351635183519351835163513350835023494348534753464345234393425

10、341033953379336333473330331347334751476947874805482248394855487148854899491249244935494449524959496449684970497149704968496449594952494449354924491248994885487148554839482248054787476947516171619062096228624762656283630063176332634763616374638563956404641164176421642364246423642164176411640463956385

11、637463616347633263176300628362656247622862096190752675467566758676067625764476627680769777127727774077537763777377807786779177937794779377917786778077737763775377407727771276977680766276447625760675867566754675477568759076117632765276727692771077287745776077747787779978087817782378287830783178307828

12、782378177808鹿疆监底I2187961375195325323078309031033116312831413153316531772345678910111213图2-3挡墙底板竖向应力BdS程序计算结果将各计算点应力值导入M优Sb软件，拟合应力图像如下图所示。可见附加荷载在底部的竖向应力扩散已经比较均匀，可以简化为线荷载作平面问题求解。IIuntitledfit170006000-5000-4000-3000-2000-简化为平面问题后，底板竖向应力值如下图所示。底板竖向应力(Nm)01234567891011U13计算点距墙角距离(cm)3挡墙面板侧压力计算图挡墙底板竖向应力线

13、荷载简化结果水平向压力等于砂土作用在挡墙上的主动土压力、竖向附加荷载作用在挡墙上的侧向应力这两部分之和。挡墙面上的水平压力通过下式计算：q=0+0z式中：。一加载后挡墙面上总侧向应力；。建一砂土自重作用在挡墙上的侧向应力；Q也一竖向附加荷载作用在挡墙上的侧向应力3.1砂土自重作用在挡墙上的主动土压力采用的是库伦士压力计算公式，计算式：O31=KaIYNcos2(-)Kai=/M、SEW+)Sluv(p)coskcoslOJ1+I妥Z-cos(+)SS(-B)式中：Kal-库伦主动土压力系数；Y-砂土重度;-砂土内摩擦角；一墙背倾角，最终设计方案中取=-7；G砂土与墙背摩擦角，取=14.6/一墙

14、后砂土坡脚，取B=小Z一计算点深度3.2竖向附加荷载作用在挡墙上的主动土压力采用的是明德林解水平分量的积分所得式，采用角点叠加法计算。计算式如下:Oz=P1ABABzKQ=2uarctg-=.=84(1一zVa2+B2+z2(A2+z2)Va2+B2+z2Cc、AB(34MABZ-2(4-3)arctg一=.=zA2+B2+z2(A2+z2)Va2+B2+z2+8(1-M(I-2)arctgw./、(7a2+z2+z)(72+2+z2+JA2+z?)式中：K-一均布竖向矩形荷载角点下的水平附加应力系数；匕一计算点位置对应的均布荷载矩形的短边；I-计算点位置对应的均布荷载矩形的长边；N-应力计算点深度；P竖向附加荷载对土体表面的平均应力PV=F=:Cj：；=l2500P43.3总侧应力计算叠加上面两个竖向应力计算结果：。久=Q”+0口2将应力计算式编程，计算结果如下:图2心挡墙面板侧应力VgX仇巴C程序计算结果Forml挡墙面板侧应力计算蓍鹘F5一内摩擦角可三W纸筋角度P墙背倾角尸132536699009型拉筋高