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SkyCiv挡土墙

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钢底板

挡土墙设计

运行混凝土挡土墙设计的过程包括三个主要阶段:

  • 初步尺寸标注: 使用一些推荐的比例为每个组件设置基线尺寸.
  • 稳定性检查: 确保墙的几何形状在其承受的负载条件下保持稳定. 基本上是横向土压力和超载载荷.
  • 设计: 对于材料属性和计算的内部作用 (剪切和弯曲) 确保墙壁按照设计规范满足阻力要求.

在这篇文章中, 我们将重点描述成功设计挡土墙的每个步骤.

初步尺寸标注

检查挡土墙稳定性之前的第一步是为挡土墙系统的不同组件分配初步尺寸, 这是挡土墙设计中非常重要的阶段,因为从一开始就没有为每个组件分配正确的比例尺寸可能会导致需要进行大量迭代以使挡土墙符合稳定性要求或具有符合所有要求的超大系统,但使用的材料比理论最小值多得多. 根据 ACI 确定挡土墙尺寸的建议如下:

  • 总高度 (\(H)): 它是第一个参数,仅取决于项目的需要 (从底座底部到阀杆顶部测量).
  • 底宽 (\(b_{以及五个节点}\)): 之间 0.4 和 0.7 总高度
  • 脚趾宽度 (\(b_{脚趾}\)): 之间 1/4 和 1/3 基础宽度
  • 基础厚度 (\(t_{以及五个节点}\)): 之间 0.07 和 0.1 的总高度和大于 \(0.3 米 (12 AISC 连接设计示例)\)
  • 阀杆底部厚度 (\(t_{蒸汽, \; btm}\)): 之间 0.07 和 0.12 总高度
  • 阀杆顶部厚度 (\(t_{蒸汽, \; 最佳}\)): 最低限度 \(0.2 米 (8 AISC 连接设计示例)\), \(0.25 米 (10 AISC 连接设计示例)\) 首选

Skyciv 混凝土挡土墙设计显示推荐的 ACI 尺寸

稳定性检查

一旦满足某些要求,就可以确保挡土墙的稳定性. 根据 ACI,这些要求中的每一个和推荐的安全系数如下:

  • 翻车失败: 挡土墙可能会倾覆其底部的左下角. 这种影响是由于施加在阀杆上的载荷产生的力矩 (土压力的水平分量和超载效应) 并被所有垂直载荷抵消 (自重和垂直压力分量). 在之前的文章中, 我们充分研究了一个例子 计算倾覆力矩. 传统上推荐的安全系数是:

\(FS_{倾覆} \geq 2.0\)

如果防倾覆安全系数过低, 必须通过增加其尺寸来修改墙的几何形状,以使垂直载荷更高.

  • 滑动失败: 挡土墙可以沿其底部滑动. 这是由倾向于倾覆墙壁的相同水平载荷驱动的, 并承受基础底面与下部结构土之间产生的摩擦力. 在之前的文章中, 我们充分研究了一个例子 计算滑动安全系数. 传统上推荐的安全系数是:

\(FS_{滑行} \geq 1.5\)

在防滑安全系数过低的情况下, 一种可能性是延长底座,但如果这样做有限制, 添加剪切键可能会有所帮助.

  • 轴承故障: 墙体对土壤施加的压力可能会超过下部结构土壤的最大允许压力. 传统上推荐的安全系数是:

\(FS_{轴承} \geq 3.0\)

在这种情况下, 如果安全系数太低, 选项是加长基础,以便更好地分配压力.

另一篇文章 详细描述了这些稳定性要求 任何挡土墙的稳定性检查都可以使用 SkyCiv 的 挡土墙计算器软件.

Skyciv 混凝土挡土墙设计显示稳定性检查结果

 

设计检查

挡土墙设计的基本原则是钢筋混凝土主干和基础的弯曲和剪力设计强度必须至少等于从分析中确定的系数弯矩和剪力.

  • 墙茎 被设计成悬臂, 固定在基础上. 该组件的设计考虑的载荷包括由于其重量和作用在墙杆上的回填土的摩擦力引起的轴向载荷. 另外, 偏心垂直载荷引起的弯曲, 超载, 还需要考虑侧向土压力. 忽略作用在墙杆上的轴向载荷可能是保守的,因为根据相互作用方程,该方向上的小载荷往往会增加墙的弯矩强度.
  • 墙脚 如果没有物理限制,例如属性线或现有结构,通常会在茎的两侧延伸. 基脚在保留土壤下方的突出部分称为脚跟,旨在支撑其上方土壤的全部重量, 超载荷载和回填是否倾斜, 土压力的垂直分量也由基础支撑. 在基础也远离保留土壤的情况下, 那部分被称为脚趾. 计算趾部和跟部抗弯强度的关键部位是墙茎的正面和背面, 和计算剪切强度, 关键部分距离很远 d 从阀杆的正面和背面.

参考资料

钢筋混凝土设计手册, ACI SP-17(14), 卷. 2

挡土墙计算器

SkyCiv 提供免费的挡土墙计算器,可检查倾覆力矩并对挡土墙进行稳定性分析. 付费版本还显示完整的计算, 所以你可以一步一步看到, 如何计算挡土墙抗倾覆的稳定性, 滑行, 和轴承!

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