一种新型挡墙生态凹槽壁厚确定方法与流程

本发明涉及水利挡墙技术领域，具体涉及一种新型挡墙生态凹槽壁厚确定方法。

背景技术：

外侧陡立的重力式混凝土(浆砌石)挡墙、钢筋混凝土悬臂式挡墙、扶臂式挡墙、锚杆锚索式挡墙等具有占地少、技术成熟、安全可靠等优点，在水利、市政、道路等工程项目中随处可见。

公开号为cn105544602b的一篇中国发明专利公开了一种能增加落水者自救性的挡土墙，包括墙体，所述墙体包括内侧面以及与水接触的外侧面，外侧面上凸出有多个凸台，平台沿墙体高度方向排布，凸台外侧边缘凸出有凸缘，凸缘、凸台与墙体之间形成一钩状部；该发明披露了具有生态凹槽的挡墙，国内外在水流冲击方面主要是针对类似于消力池尾槛建筑物的研究,而对类似于生态凹槽所受的水流冲击力没有见到公开报导。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中的缺陷，提供一种新型挡墙生态凹槽壁厚确定方法，使生态凹槽既能体现功能要求，又方便施工，且节省材料。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种新型挡墙生态凹槽壁厚确定方法，包括以下步骤：

s1.根据水流冲击力计算生态凹槽壁所受的水流冲击压力p；

s2.计算得出生态凹槽壁基座最危险点处的拉应力σamax；

s3.对生态凹槽壁抗弯强度进行复核；

s4.根据生态凹槽壁所受的水流冲击压力p、生态凹槽壁基座最危险点处的拉应力σamax计算得出生态凹槽壁厚d。

为了进一步实现本发明，s1包括以下步骤：

s11.设水流方向与挡墙夹角为θ，则生态凹槽壁单位长度受的冲击力p为：

式中，p为生态凹槽壁单位长度受的水流冲击力；k为绕流系数，0.7～1.0；γw为水的容重；h为挡墙临水侧阻流水深；g为重力加速度；θ为水流冲击方向与挡墙生态凹槽的夹角；v为靠近挡墙生态凹槽壁处的水流断面平均流速；

s12.将式(1)变形，可得生态凹槽壁所受的水流冲击压力p：

为了进一步实现本发明，s2包括以下步骤：

s21.沿挡墙纵向取单位宽度，使生态凹槽壁相当于悬臂梁，两侧静水压力相互抵消，则生态凹槽壁基座处截面的弯矩m为：

式中，h0为生态凹槽壁高度，ka为生态凹槽内填土的主动土压力系数，γt′为土体的浮容重。

s22.由于混凝土抗拉强度较低，最危险点处的拉应力位于生态凹槽壁基座处外缘，其拉应力σamax为：

式中，wz为抗弯截面模量，b为单位长度，取1，γc为生态凹槽壁的容重，pr为人员活荷载，d为生态凹槽壁厚，[σ]为混凝土材料允许拉应力。

为了进一步实现本发明，s3包括以下步骤：

s31.按照下式进行复核：

km≤γmwz[σ](6)

式中，k为承载力安全系数，γm为截面抵抗矩塑性系数。

为了进一步实现本发明，s4包括以下步骤：

s41.将式(2)、(3)、(5)代入式(4)，得：

不考虑态凹槽壁自重、槽内土压力、人员活荷载时，则式(7)简化为：

为了进一步实现本发明，s4包括以下步骤：

s41.将式(2)、(3)、(5)代入式(6)，得：

不考虑态凹槽壁自重、槽内土压力、人员活荷载时，则式(8)简化为：

有益效果

本发明挡墙生态凹槽壁厚确定方法使生态凹槽既能体现功能要求，又方便施工，且节省材料。

附图说明

图1为本发明中生态凹槽的结构示意图；

图2为本发明中生态凹槽壁受力图。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例一

如图1所示，本发明新型挡墙生态凹槽壁厚确定方法，

步骤一，临水侧的生态凹槽受河流的冲击力、静水压力、槽内土压力、槽壁自重力、落水人员活动荷载等；其中，水流的冲击力对槽壁影响最大。根据水流冲击力计算生态凹槽壁所受的水流冲击压力p；

具体地，设水流方向与挡墙夹角为θ，则生态凹槽壁单位长度受的冲击力p为：

式中，p为生态凹槽壁单位长度受的水流冲击力；k为绕流系数，0.7～1.0，一般取1.0；γw为水的容重；h为挡墙临水侧阻流水深；g为重力加速度；θ为水流冲击方向与挡墙生态凹槽的夹角；v为靠近挡墙生态凹槽壁处的水流断面平均流速，可按压缩断面的平均流速考虑，也可近似取生态凹槽河道水流的平均流速。

将式(1)变形，可得生态凹槽壁所受的水流冲击压力p：

步骤2，计算得出生态凹槽壁基座最危险点处的拉应力σamax。

如图2(左侧为临水侧)，沿挡墙纵向取单位宽度，使生态凹槽壁相当于悬臂梁，两侧静水压力相互抵消，则生态凹槽壁基座处ab截面的弯矩m为：

式中，h0为生态凹槽壁高度，ka为生态凹槽内填土的主动土压力系数，γt′为土体的浮容重。

由于混凝土抗拉强度较低，图2中最危险点处的拉应力位于生态凹槽壁基座处外缘a点，a点拉应力σamax为：

式中，wz为抗弯截面模量，b为单位长度，取1，γc为生态凹槽壁的容重，pr为人员活荷载，d为生态凹槽壁厚，[σ]为混凝土材料允许拉应力。

步骤三，对生态凹槽壁抗弯强度进行复核；

按照下式进行复核：

km≤γmwz[σ](6)

式中，k为承载力安全系数，对于4～5级建筑物荷载效应偶然组合取1.6，γm为截面抵抗矩塑性系数，矩形截面取1.55。

步骤四，根据生态凹槽壁所受的水流冲击压力p、生态凹槽壁基座最危险点处的拉应力σamax计算得出生态凹槽壁厚d。

具体地，将式(2)、(3)、(5)代入式(4)，得：

将式(2)、(3)、(5)代入式(6)，得：

不考虑态凹槽壁自重、槽内土压力、人员活荷载时(此时计算结果偏于安全)，则式(7)、式(8)分别可简化为：

分析式(9)与式(10)，与式(9)相比，生态凹槽壁厚主要与材料抗拉强度[σ]、水流速度v、水流与挡墙的夹角θ、槽深h0有关。式(10)仅多了两个系数k与γm，数值大小相差不大，且分别位于分子分母上，因此，计算结果相差也不大，采用较为简单的式(9)。

本发明挡墙生态凹槽壁厚确定方法使生态凹槽既能体现功能要求，又方便施工，且节省材料。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。