地震动土压力计算管理论文

时间:2022-06-29 03:07:00

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地震动土压力计算管理论文

1前言

水工建筑物地震动土压力计算问题十分复杂,国内外目前大多采用在静土压力的计算式中,增加对滑动土楔的水平向和竖向地震作用,以此近似估算主动动土压力值。鉴于近似计算的滑动平面假定,在计算被动土压力时与实际情况差得很远,使结果不合理。因此,规范规定,地震被动动土压力计算应结合工程经验作专门研究。本文只针对主动动土压力计算公式进行分析。

利用《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)中给出的计算公式进行地震主动土压力计算时发现,计算的结果与原规范偏差很大。有的文献曾经分析过其中的取值,但不全面,现对公式中的某些数学符号进行比较分析,供大家借鉴。

2算例

为便于分析,现举一实例进行分析。

某悬臂式挡土墙,墙后填土高度4.13m,填土表面单位长度的荷重为0KN/m,挡土墙面与垂直面夹角为0°,填土表面和水平面夹角为0°,土的重度的标准值取18.0kN/m3,土的内摩擦角为30°,挡土墙面与土之间的摩擦角取三分之一土的内摩擦角,即10°。

3计算公式

《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)中给出的地震主动动土压力计算公式如下,其中Ce应取公式中按“+”、“-”号计算结果中的大值。

式中FE——地震主动动土压力代表值(kN/m);

q0——土表面单位长度的荷重;

ψ1——挡土墙面与垂直面夹角;

ψ2——土表面和水平面夹角;

H——土的高度;

g——土的重度的标准值;

j——土的内摩擦角;

qe——地震系数角;

d——挡土墙面与土之间的摩擦角;

z——计算系数,拟静力法计算地震作用效应时一般取0.25,对钢筋混凝土结构取0.35,本计算取z=0.35;

ah——水平向设计地震加速度代表值,地震烈度Ⅶ度为0.1g,Ⅷ度为0.2g;

av——竖向设计地震加速度代表值,av=2ah/3;

g——重力加速度,9.8m2/s。

4计算成果分析

4.1计算成果

为便于对比分析,土的摩擦角分别取10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°,地震烈度分别取Ⅶ度和Ⅷ度,按照SL203-97和SDJ10-78(试行)两套规范分别进行计算,计算结果见表1、表2。

4.2成果分析

从以上计算成果可以得出如下结论:

1)97规范计算出的地震力是78规范计算值的数倍。

2)随着土的摩擦角的增大,78规范计算出的土压力越来越小,97规范计算出的土压力越来越大,受力趋势不一致。

3)地震烈度越大,97规范计算出的土压力越小,这是不符和实际规律的。

从以上统计分析可以看出,现行《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)计算的地震主动土压力的计算公式存在一定的不合理成份。

从地震的作用效应来看,地震竖向分量av有两个方向,向上或向下,计算地震土压力时应分别计算,取其中的最大值为选用成果。至于原规范中规定的Ce应取公式中按“+”、“-”号计算结果的大值没有实际意义。

4.3公式修正

根据以上分析,修改计算公式如下(此公式已得到原规范主要起草人的答复):

修改后的计算成果见表3。

从上表可以得出如下结论:

1)修改后的公式新、旧规范计算结果相差不大,新规范比旧规范结果偏于安全。

2)当θe公式中取“-”号、Fe公式取“+”号时计算地震主动土压力最大。

3)无论Fe公式取“+”还是“-”号,θe公式中取“-”号比取“+”号计算的结果偏于安全。

从上面分析可以看出,用修改后的公式计算土压力更合理,同时从第3条可以得出结论,θe公式不用取“+”、“-”号,可以直接取“-号”。

5结语

《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)中计算地震动土压力的计算公式确实存在一定的问题,作者本人于1999年8月曾致信原规范起草单位请教,上述结论得到证实。

与《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)一同颁布的《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-1997)已经于2001年被《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000)替代,该规范中将地震主动土压力计算公式进行了修正(见上述)。因此涉及到地震动土压力计算的问题可以参考该规范进行计算。

参考文献:

1《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97),中国水利水电出版社,1998.4

2《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000),中国电力出版社,2001.3

作者简介:

(乔裕民,男,高级工程师,河北省水利水电第二勘测设计研究院副院长,1960.3)

(刘树玉,男,工程师,河北省水利水电第二勘测设计研究院设计处处长,1971.2)

DiscussionontheCalculationFormulaforActiveEarthPressureCausedbyEarthquake

QIAOYu-minLIUShu-yu

(TheSecondDesignandResearchInstituteofWarterConservancyandHydro-powerofHebeiProvince,Shijiazhuang,China,050021)

Abstract:Theactiveearthpressureforhydraulicstructurescausedbyearthquakeisrathercomplicated.Therearesomedefectsinitscalculationformulaincurrentseismicdesignspecification.Basedonalotofanalysis,testandverification,improvementontheformulahasbeenputforwardinthispaper.