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1、结构工程师论文：填土植生挡土墙在工程整治中的应用摘要:分析了填土植生挡土墙的受力特点和结构优越性,针对柴河水库的应用实例,阐述了设计和计算方法。关键词:挡土墙填土植生分荷板计算方法应用传统的护坡、护岸挡土墙,虽可以满足加固岸坡的作用,但耐久性差,加上本身难以种草、植树,造成沿岸一片灰色,影响环境景观。填土植生挡土墙把工程措施和生物修复技术相结合,营造绿色空间、美化环境。1填土植生挡土墙简介挡土墙主要有梯形和“T”形两种,前者多采用浆砌石结构,后者以钢筋混凝土结构为主。设计的填土植生挡土墙以植生为主要目的,采用“上”字形钢筋混凝土结构
2、墙体挡土,墙后植入足够壤土,用以种植各种植物,利用工程措施和生物技术改善生态环境。“上”字形的“┃”、上“━”、下“━”分别构成直墙、分荷板、墙踵底板三部分,分荷板和墙踵底板有足够的刚度,墙踵底板与基面紧密固接。2工作原理2.1受力分析假定墙背光滑,填土水平、均质土,容重γ,内摩擦角Ф,主动土压力系数Ka=tg2(45o-Ф/2),根据朗肯土压力理论分析结构受力状况。2.1.1普通挡土墙的土压力分布高为H的普通悬臂结构挡土墙的土压力分布为三角形,总土压力为P0=KaγH2/2,作用点距底面H/3。2.1.2填土植生挡土墙土压力分布分
3、荷板以上土压力P1=Kaγh2/2,作用点距分荷板面h/3,为三角形。分荷板以下,相当于高为H-h的悬臂式挡墙,但从分荷板端头开始向外,有均布荷载q=γh连续作用。利用图解法求得均布荷载的影响深度为:btg(45o＋Ф/2),分荷板抵消的土压力:P2=γbhtg(45o＋Ф/2)Ka,作用点距地面:Z=H-d-h-btg(45o＋Ф/2)。2.2稳定性分析前面的分析表明分荷板分担了部分土压力,使直墙承担的土压力减小,改善了土压力分布状态,下面从稳定角度分析结构的可靠性和合理性。2.2.1普通挡土墙稳定性指标抗倾覆安全系数:Kq=(γ
4、H(R0+R/2)(B1+B2)/2+γhd(R0+R)2/2+γhm(H-d)(R0-m/2))/(KaγH3/6)(1)抗滑移安全系数:Kh=f(γH(B1+B2)/2+γhd(R0+R)+γhm(H-d))/(KaγH2/2)(2)固定端的最大弯矩:Mg=Kaγ(H-d)3/6(3)2.2.2填土植生挡土墙稳定性指标抗倾覆安全系数:Kq设=(γH(R0+R/2)(B1+B2)/2+γhd(R0+R)2/2+γhm(H-d)(R0-m/2)+nb(γh-γ)(R0+b/2))/(KaγH3/6-γbhtg(45o＋Ф/2)Ka(
5、H-d-h-btg(45o＋Ф/2)/2))(4)抗滑移安全系数:Kh设=f(γH(B1+B2)/2+γhd(R0+R)+γhm(H-d)+nb(γh-γ))/(KaγH2/2-γbhtg(45o＋Ф/2)Ka)(5)墙身与分荷板连接处的最大弯矩:Mf设=γhb2/2(6)固定端的最大弯矩:Mg设=Kaγ(H-d)3/6-γbhtg(45o＋Ф/2)Ka(H-d-h-btg(45o＋Ф/2)/2)(7)式中,γh为钢筋混凝土容重,B1、B2为填土宽度。比较①、④,②、⑤式,可以看出:Kq设>Kq、Kh设>Kh,表明设计的挡土墙稳定性
6、好于普通悬臂结构挡土墙;分析③、⑥、⑦式,可以看出:由于设置了分荷板,墙踵固端弯矩值减少了γbhtg(45o＋Ф/2)Ka(H-d-h-btg(45o＋Ф/2)),这些对于钢筋混凝土挡土墙的截面设计、配筋是非常有力的,可降低工程造价。3基本尺寸的确定根据结构要求,通过计算、分析,采用安全、经济、合理的最优方案确定分荷板的位置h和宽度b。一方面,分荷板分担了部分土压力,使直墙的配筋量减少,降低了直墙的造价;另一方面,分荷板自身又增加了材料用量和制作成本,两者的差值最大化就是我们追求的目标。假设设置分荷板的造价为i,由此直墙降低的造价为
7、I,把I/i的比值称作回报系数,用μ表示,即I=μi(μ>1)。根据使用要求和一般的稳定性条件确定墙高H、底板宽度R0、R、底板厚度d,决定直墙和分荷板断面尺寸及工程造价的主要依据是固定端的最大弯矩值Mg设及分荷板与直墙连接处的最大弯矩Mf设。当分荷板付出γhb2/2的代价,在直墙上就获得γbhtg(45o＋Ф/2)Ka(H-d-h-btg(45o＋Ф/2))的μ倍回报,这样就变成,求b、h使μ(γbhtg(45o＋Ф/2)Ka(H-d-h-btg(45o＋Ф/2)))-hb2/2取得最大值的数学问题。记作:M(b,h)=μ(γbh
8、tg(45o＋Ф/2)Ka(H-d-h-btg(45o＋Ф/2)))-hb2/2令аM(b,h)/аb=0,аM(b,h)/аh=0,解此方程组,可得最大值驻点b=2μKatg(45o＋Ф/2)(H-d)/(3(μtg2(45o＋Ф/
