土中基底应力与附加应力计算[详细]

土中应力计算 1 土中自重应力

地基中的 应力分:

自重应力——地基中的 自重应力是指由土体本身的 有效重力产生的 应力.

附加应力——由建筑物荷载在地基土体中产生的 应力,在附加应力的 作用下,地基土将产生压缩变形,引起基础沉降.

计算土中应力时所用的 假定条件:

假定地基土为连续、匀质、各向同性的 半无限弹性体、按弹性理论计算.

地基中除有作用于水平面上的 竖向自重应力外,在竖直面上还作用有水平向的 侧向自重应力.由于沿任一水平面上均匀地无限分布,所以地基土在自重作用下只能产生竖向变形,而不能有侧向变形和剪切变形. 3.1.1均质土的 自重应力

a 、假定:在计算土中自重应力时,假设天然地面是一个无限大的 水平面,因而在任意竖直面和水平面上均无剪应力存在.可取作用于该水平面上任一单位面积的 土柱体自重计算.

b 、均质土层Z 深度处单位面积上的 自重应力为:

应力图形为直线形. z cz γσ=

σcz 随深度成正比例增加;沿水平面则为均匀分布.

必须指出,只有通过土粒接 触点传递的 粒间应力,才能使土

粒彼此挤紧,从而引起土体的 变形,而且粒间应力又是影响土体强度的 —个重要因素,所以粒间应力又称为有效应力.因此,土中自重应力可定义为土自身有效重力在土体中引起的 应力.土中竖向和侧向的 自重应力一般均指有效自重应力.并用符号σcz 表示 . 3.1.2成层土的 自重应力

地基土往往是成层的 ,成层土自重应力的 计算公式:∑==

n

i i

i cz z 1

γ

σ

结论:土的 自重应力随深度Z ↑而↑.其应力图形为折线形.

自然界中的 天然土层,一般形成至今已有很长的 地质年代,它在自重作用下的 变形早巳稳定.但对于近期沉积或堆积的 土层,应考虑它在自重应力作用下的 变形.此外,地下水位的 升降会引起土中自重应力的 变化(图2—4). 3.1.3

1、地下水对自重应力的 影响

地下水位以下的 土,受到水的 浮力作用,使土的 重度减轻.计算时采用水下土的 重度(w sat γγγ-=') 2、不透水层的 影响

不透水层指基岩层

只含强结合水的坚硬粘土层

作用在不透水层层面及层面以下的土自重应力应等于上覆土和水的总重.

3、水平向自重应力

地地中除了存在作用于水平面上的坚向自重应力外,还存在作用于坚直面上的水平自重应力,根据弹性力学和土体的侧限条件,可得:

σcx=σcy=K oσcz

Ko:土的侧压力系数

4、地下水位升降引起的自重应力变化:地下水位下降自重应力增大,因没有水的浮力,地下水位上升自重应力减小 .

[例题2—7] 某建筑场地的地质柱状图和土的有关指标列于例图2·1中.试计算地面下

深度为2.5米、5米和9米处的自重应力,并绘出分布图.

[解] 本例天然地面下第一层粉土厚6米,其中地下水位以上和以下的厚度分别为3.6

米和2.4米,第二层为粉质粘土层.依次计算2.5米、3.6米、5米、6米、9米各深度处的土中竖向自重应力,计算过程及自重应力分布图一并列于例图2—1中.

2 基底压力

建筑物荷载通过基础传递给地基,在基础底面与地基之间便产生了接触应力.它既是基础作用于地基的基底压力,同时又是地基反用于基础的基底反力.

对于具有一定刚度以及尺寸较小的柱下单独基础和墙下条形基础等,其基底压力可近似地按直线分布的图形计算,即按下述材料力学公式进行简化计算.

1．基底压力的概念:

在基础与地基之间接触面上作用着建筑物荷载通过基础传来的压力称为基底压力.(方向向下)↓

单位面积土体所受到的压力称为基底压力.

2．地基反力:地基对基础的反作用力(方向向上)↑

3．基底压力的分布形态和哪些因素有关？

基础的刚度、地基土的性质、基础埋深、荷载大小 .

4．基底压力的分布形态:

1)柔性基础

地基反力分布与上部荷载分布基本相同,而基础底面的沉降分布则是中央大而边缘小.

图3-2 柔性基础基底压力分布

2)刚性基础

在外荷载作用下,基础底面基本保持平面,即基础各点的沉降几乎是相同的,但基础底面的地基反力分布则不同于上部荷载的分布情况.刚性基础在中心荷载作用下,开始的地基反力呈马鞍形分布;荷载较大时,边缘地基土产生塑性变形,边缘地基反力不再增加,使地基反力重新分布而呈抛物线分布,若外荷载继续增大,则地基反力会继续发展呈钟形分布

图3-3 刚性基础基底压力分布图

马鞍形—一般建筑物基础属此形态,近似“直线形”

抛物线形

钟形

3.2.2基底压力的简化计算

1、中心荷载作用下的基底压力

中心荷载下的基础,其所受荷载的合力通过基底形心.基底压力假定为均匀分布(图2—5),此时基底平均压力设计值按下式计算:

式中:F:上部结构传至基础顶面的 坚向力设计值,kN;

G:基础自重设计值及其上回填土重标准值,kN;

r G :基础及因填土的 平均重度,一般取20kN/米3

,在地下水位以下部分用有效重度; d:基础埋深,必须从设计地面或室内外平均设计地面起算,米; A:基础底面面积,米2

.

如基础长度大于宽度5倍时,可将基础视为条形基础进行计算.即可沿长度方向取1米计算.

2、 偏心荷载下的 基底压力

对于单向偏心荷载下的 矩形基础如图2·6所示.

设计时,通常基底长边方向取与偏心方向一致,此时两短边边缘最大压力设计值与最小 压力设计值按

材料力学短柱偏心受压公式计算:

F G p A

+=

Ad

G G γ=min

max p p W

M

lb G F ±+

米:作用于基础底面的 力矩设计,kN.米;

W:基础底面的 抵抗矩,米3

,对于矩形截面W=bL 2

/6;

P 米ax 、p 米in:分别为基础底面边缘的 最大、最小 压力设计值. 将e=米/(F+G)、A=bl 、W=bl 2

/6代入上式,得:

a 当e

b 当e=L/6时,基底压力呈三角形分布;

c 当e>L/6时,p 米in<0,则:

p 米ax=2(F+G)/3ab

式中:a:单向偏心坚向荷载作用点至基底最大压力边缘的 距离,米,a=L/2-e.

b:基础底面宽度. 3.2.3基底附加压力

建筑物建造前,土中早巳存在着自重应力.如果基础砌置在天然地面上,那末全部基底压力就是新增加于地基表面的 基底附加压力.一般天然土层在自重作用下的 变形早巳结束,因此只有基底附加压力才能引起地基的 附加应力和变形.

实际上,一般浅基础总是埋置在天然地面下一定深度处,该处原有的 自重应力由于开挖基坑而卸除.因此,由建筑物建造后的 基底压力中扣除基底标高处原有的 土中自重应力后,才是基底平面处新增加于地基的 基底附加压力,基底平均附加压力值按下式计算(图2—8):

61F G e lb l +??

=

± ???

P o=基底压力P —土的自重应力σcz

即P o=P-σcz —引起地基的变形(即基础的沉降)

p0=p-r0d

p0:基底附加压力设计值,kPa;

p:基底压力设计值,kPa;

r0:基底标高以上各天然土层的加权平均重度.其中地下水位以下部分取有效重度,kN/米3;

d:从天然地面起算的基础埋深,米.

有了基底附加压力,即可把它作为作用在弹性半空间表面上的局部荷载,由此根据弹性力学求算地基中的附加应力.

3 地基附加应力

地基附加应力是指建筑物荷重在土体中引起的附加于原有应力之上的应力.其计算方法一般假定地基土是各向同性的、均质的线性变形体,而且在深度和水平方向上都是无限延伸的 ,即把地基看成是均质的线性变形半空间,这样就可以直接采用弹性力学中关于弹性半空间的理论解答.

计算地基附加应力时,都把基底压力看成是柔性荷载,而不考虑基础刚度的影响. 3.3.1 集中力作用下土中应力计算

1、单个竖向集中力作用

在均匀的、各向同性的半无限

弹性体表面作用一竖向集中力F时,半

无限体内任意点米的应力(不考虑弹

2

2

5223

)

(23z F

z r Fz Z α

πσ=+=

[]

2

521)/(1

23+=

z r πα性体的 体积力)可由布辛克斯纳解计算,如图3-5所示.工程中常用的 竖向正应力s z 及地表上距集中力为R 处的 竖向位移w (沉降)可表示成如下形式:

图3-5 竖向集中力作用下的 附加应力

E － 土的 弹性模量; μ － 泊松比.

工程上对上述应力公式加以改造为:

( α称为集中力作用下的 地基竖向力系数,可由表查得) 2、多个集中力及不规则分布荷载作用

θππσ35

3cos 2323R F R Fz Z ==()?

?

????-++=R R z E F w 1)1(12132μπμθ

cos 222z

z y x R =

++=

o

c z p ασ=3.3.2 分布荷载下地基附加应力

对实际工程中普遍存在的 分布荷载作用时的 土中应力计算,通常可采用如下方法处理:当基础底面的 形状或基底下的 荷载分布不规则时,可以把分布荷载分割为许多集中力,然后用布西奈斯克公式和叠加原理计算土中应力.当基础底面的 形状及分布荷载都是有规律时,则可以通过积分求解得相应的 土中应力.

如图3-6所示,在半无限土体表面作用一分布荷载p (x ,y ),为了 计算土中某点米(x ,y ,z )的 竖向正应力σz 值,可以在基底范围内取单元面积d F =d ξd η,作用在单元面积上的 分布荷载可以用集中力d Q 表示,d Q =p (x ,y ) d ξd η.这时土中米点的 竖向正应力σz 值可用下式在基底面积范围内积分求得,即:

图3-6(右图)分布荷载作用下土中应力计算

1、空间问题的 附加应力计算

常见的 空间问题有:均布矩形荷载、三角形分布的 矩形荷载及均布的 圆形荷载. (1) 均布矩形荷载

图3-7(右图)矩形面积均布荷载作用下土中应力计算 ① 矩形面积角点下土中竖向应力计算

在图3-7所示均布荷载作用下,计算矩形面积角点c 下深度

z 处N 点的 竖向应力s z 时,同样可其将表示成如

[]

?

??+-+-=

=A

A z z z y x d d y x p z d 2

5

2

22

3

)()

(),(23ηξη

ξπ

σσ

p

z d d z o l l b

b z αηξξ

ηπ

σ=++=

??--2222

5

2223)

(

23????????+++++++++=2222222320412arctan 41)4)(41()81(22m n m n

m n m n m m n mn a π下形式:

角点应力系数:

在矩形面积上作用均布荷载时,若要求计算非角点下的 土中竖向应力,可先将矩形面积按计算点位置分成若干小 矩形,如图3-8所示.在计算出小 矩形面积角点下土中竖向应力后,再采用叠加原理求出计算点的 竖向应力s z 值.这种计算方法一般称为角点法.

图3-8 角点法计算土中任意点的 竖向应力

② 矩形面积中点O 下土中竖向应力计算

图3-7表示在地基表面作用一分布于矩形面积(l ×b )上的 均布荷载p ,计算矩形面积中点下深度z 处米点的 竖向应力s z 值.

式中n =l /b 和米=z /b .

???

?

????+++++++++=

2222

222222

222arctan ))(()2(21z b l z lb

z b l z b z l z b l lbz a c π

??

=++=l o b

o

z p z y x dxdy b x

p

z 0

112

522

2

3

)

(23απ

σ???

?

????+++++=

222

2222

31)(21b l z

z b l z b z b a t π

??????????

?

??????????

?

?????

? ??+-

=+=

??

2

3202000

20

2

52230111

1)

(23r z p z r drd rz p z π

πθσ(2) 矩形面积上作用三角形分布荷载时土中竖向应力计算

图3-9(右图) 矩形面积三角形荷载作用下土中应力计算 当地基表面作用矩形面积(l ×b )三角形分布荷载时,为计算荷载为零的 角点下的 竖向应力值,可将坐标原点取在荷载为零的 角点上,相应的 竖向应力值σz 可用下式计算:

(3) 圆形面积上作用均布荷载时土中竖向正应力的 计算 为了 计算圆形面积上作用均布荷载p 时土中任一点米(r,z )的 竖

向正应力,可采用原点设在圆心O 的 极坐标(如图3-10),由以下公式在圆面积范围内积分求得.

图3-10(右图) 圆形面积均布荷载作用下土中应力计算

2、

平面问题的附加应力

设在地基表面上作用有无限长的条形荷载,且荷载沿宽度可按任何形式分布,但沿长度方向则不变,此时地基中产生的应力状态属于平面问题.在工程建筑中,当然没有无限长的受荷面积,不过,当荷载面积的长宽比l/b≥10时,计算的地基附加应力值与按L/b=∝时的解相比误差甚少.因此,对于条形基础,如墙基、挡土墙基础、路基、坝基等,常可按平面问题考虑.

(1)线荷载

(2)均布条形分布荷载下土中应力计算:

条形分布荷载下土中应力状计算属于平面应变问题,对路堤、堤坝以及长宽比l／b≥10的条形基础均可视作平面应变问题进行处理.

图3-11(右图)均布条形荷载作用下的土中应力计算

米(x,y)点的三个附加应力分量为:

?

?

?

?

?

?

+

-

+

-

-

-

+

+

-

=

2

2

2

2

2

2

16

)1

4

4(

)1

4

4(

4

2

2

1

arctan

2

2

1

arctan

m

m

n

m

n

m

m

n

m

n

p

o

zπ

σ

?

?

?

?

?

?

+

-

+

-

-

-

+

+

-

=

2

2

2

2

2

2

16

)1

4

4(

)1

4

4(

4

2

2

1

arctan

2

2

1

arctan

m

m

n

m

n

m

m

n

m

n

p

o

xπ

σ

等值线图

3.3.3 非均质和各项异性地基中的 附加应力

在柔性荷载作用下,将土体视为均质各向同性弹性土体时土中附加应力的 计算与土的 性质无关.但是,地基土往往是由软硬不一的 多种土层所组成,其变形特性在竖直方向差异较大,应属于双层地基的 应力分布问题. 1、 双层地基

对双层地基的 应力分布问题,有两种情况值得研究:一种是坚硬土层上覆盖着不厚的 可压缩土层即薄压缩层情况;另一种是软弱土层上有一层压缩性较低的 土层即硬壳层情况.

??

????+-+=2222216)144(32m m n n

m p o xz

πτ

当上层土的压缩性比下层土的压缩性高时(薄压缩层情况),即E1＜E2时,则土中附加应力分布将发生应力集中的现象.当上层土的压缩性比下层土的压缩性低时(即硬壳层情况),即E1＞E2,则土中附加应力将发生扩散现象,如图3-12所示.在实际地基中,下卧刚性岩层将引起应力集中的现象,若岩层埋藏越浅,应力集中愈显著.在坚硬土层下存在软弱下卧层时,土中应力扩散的现象将随上层坚硬土层厚度的增大而更加显著.因土的泊松比变化不大,其对应力集中和应力扩散现象的影响可忽略.

图3-12 双层地基中界面上附加应力的分布规律

双层地基中应力集中和扩散的概念有着重要工程意义,特别是在软土地区,表面有一层硬壳层,由于应力扩散作用,可以减少地基的沉降,故在设计中基础应尽量浅埋,并在施工中采取保护措施,以免浅层土的结构遭受破坏.

2、变形模量随深度增大的地基

在地基中,土的变形模量E o常随着地基深度增大而增大,这种现象在砂土中尤其显著.与均质地基相比,这种地基沿荷载中心线下,地基附加应力将产生应力集中.

可用以下半经验公式修正:

v －为应力集中因素,对粘性、完全弹性体v＝3;硬土v＝6;砂土与粘土之间的土v＝3～6.

θ

π

σv

z R

vF

cos

22

=

3、 各项异性地基

天然沉积形成的 水平薄交互层地基,其水平向变形模量E oh 大于竖向变形模量E ov

假定地基竖直和水平方向的 泊松比相同,但变形模量不同条件下,

均布线荷载下各项异性

地基的 附加应力为:

z σ － 线荷载作用下,均质地基的 附加应力.

当非均质地基的 E oh >E ov 时,地基中出现应力扩散现象;当E oh

3.4 有效应力原理

1、土中二种应力试验

在直径和高度完全相同的 甲、乙两个量筒底部,放置一层松散砂土,其质量与密度完全 一样.

在甲量筒中放置若干钢球,使松砂承受σ的 压力;在乙量筒中小 心缓慢地注水,在砂面以上高度h 正好使砂层表面也增加σ的 压力.

结论:甲、乙两个量筒中的 松砂顶面都作用了 相同的 压力σ,但产生两种不同的 效果,反映土体中

存在两种不同性质的 力:

(1)由钢球施加的 应力,通过砂土的 骨架传递的 应力(有效应力σ’),能使土层发生压缩变形,从而使土的 强度发生变化;

(2)由水施加的 应力通过孔隙水来传递(孔隙水 压力u),不能使土层发生压缩变形.

ov

oh z

z E E /σσ=

'

A

A W

=

χ现象:甲中砂面下降,砂土发生压缩.乙中砂面并不下降,砂土未发生压缩. 总应力:在土中某点截取一水平截面,其面积为A,

截面上作用应力 σ,它是由上面的 土体的 重力、静水压力及外荷载P 所产生的 应力,称为总应力.

有效应力:总应力的 一部分是由土颗粒间的 接触承担的 称为有效应力. 饱和土有效应力公式:

u +'=σσ

σ' － 有效应力;

σ － 总应力;

u － 孔隙水压力.

公式表明总应力为有效应力与孔隙水压力之和. 部分饱和土有效应力公式:

()w a a u u u -+-='χσσ

a u － 气体压力; w u － 孔隙水压力.

χ － 由试验确定的 参数, .

3.4.1 毛细水上升时土中有效自重应力的计算

图3-13 毛细水上升时土中总应力、孔隙水压力及有效应力在毛细水上升区,由于表面张力的作用使孔隙水压力为负值.使有效应力增加,在地下水位以下,由于水对土颗粒的浮力作用,使土的有效应力减少.

3.4.2 土中水渗流时(一维渗流)有效应力计算

(a)静水时(b)水自上向下渗流(c)

水自下向上渗流

图3-14 土中水渗流时总应力、孔隙水压力及有效应力分布

当土中水渗流时,水对土颗粒有着动水力,必然影响土

中有效应力的分布.

表3-1 土中水渗流时总应力、孔隙水压力及有效应力的计算

基底压力的简化计算

二、基底压力的简化计算 （一）竖直中心荷载作用下 当竖直荷载作用于基础中轴线时，基底压力 呈均匀分布(图3-19)，其值按下式计算： 对于矩形基础 式中：p--基底压力(kPa)； P--作用于基础底面的竖直荷载(kN)； F--上部结构荷载设计值 (kN) ； G--基础自重设计值和基础台阶上回填土 重力之和（kN），G=γ·A·D； γ--基础材料和回填土平均重度，一般取 20kN/m3； A--基底面积 (m2 )；A=BL，B和L分别为 矩形基础的宽度和长度 (m)； D--基础埋置深度 (m)。 对于条形基础，在长度方向上取1m计算，故 有： 式中：p--沿基础长度方向1m内相应的荷载值 kN/m；其余意义同上。 （二）单向偏心荷载作用下 矩形基础受偏心荷载作用时，基底压力可按材料力学偏心受压柱计算。如果基础只受单向偏心荷载作用时，基底两端的压力为： 式中：e--竖直荷载的偏心矩(m)；其余意义同上。

按式(3-16)计算，基底压力分布有下列三种情况： （1）当eB/6 时，p min为负值，表示基础底面与地基之间一部分出现拉应力。但实际上，在地基土与基础之间不可能存在拉力，因此基础底面下的压力将重新分布(图3-20c)。这时，可根据力的平衡原理确定基础底面的受压宽度和应力大小(图3-20c)，有 基础受压宽度： 基础底面最大应力： 式中：K=B/2-e，符号意义同前。 若条形基础受偏心荷载作用，同样可取长度方向上的一延米进行计算，则基底宽度方向两端的压力为： 基底压力的具体求解方法参见例题3-4。

应力应变计算方法

钢筋砼梁应力应变计算方法的探讨 摘要：对于钢筋砼梁应力应变的计算，分别用桥梁规范中弹性体假定的应力计算方法和以砼处于弹塑性阶段的应力计算方法进行分析，通过算例比较两者计算结果的差异，提出一些个人的见解。 关健词：桥梁工程；钢筋砼梁；应力应变值；计算方法；基本假定；弹性；弹塑性 0 前言 钢筋砼梁属于受弯构件。按《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》(以下简称《桥规》)要求，对于钢筋砼受弯构件的设计，首先按承载能力极限状态对梁进行强度计算，从而确定构件的设计尺寸、材料、配筋量及钢筋布置，以保证截面承载能力要大于荷载效应；另外，尚需按正常使用极限状态对构件进行应力、变形、裂缝计算，验算其是否满足正常使用时的一些限值的规定。为检验钢筋砼梁的施工是否满足设计要求，均应对形成该梁的材料（钢筋及砼）进行强度检验，但由于砼的养护环境、工作条件及钢筋的加工、布置等方面，均存在试样与实际构件之间的差异，因而不能完全地说明该构件的工作性能。有时，按需要可对梁进行直接加载试验以量测荷载效应值，通过实测值与理论计算值的比较，以检验其工作性能是否能满足设计和规范的要求。通常情况下，我们不能直接测定梁体的应力值，只能通过实测梁体的应变值，进而求算其应力值。但钢筋砼结构属于非匀质材料，不能直接运用材料力学计算公式进行其应力及应变的计算，因此，本文按弹性阶段应力计算和弹塑性阶段应力计算2种方法进行分析比较。 1 按弹性阶段计算应力的方法 钢筋砼梁在使用阶段的工作状态可认为与施工阶段的工作状态相同，都处于带裂缝工作阶段，因此可按施工阶段的应力计算方法进行计算。 1.1 基本假定 《桥规》规定：钢筋砼受弯构件的施工阶段应力计算，可按弹性阶段进行，并作以下3项假定。 1.1.1 平截面假定 认为梁的正截面在梁受力并发生弯曲变形后，仍保持为平面，平行于梁中性轴的各纵向纤维的应变与其到中性轴的距离成正比，同时由于钢筋与砼之间的粘结力，钢筋与其同一水平线的砼应变相等。其表达式为： εh/x=εh′/(h0-x) εg=εh′ 式中：εh′-为与钢筋同一水平处砼受拉平均应变； εh-为砼受压平均应变； εg-为钢筋平均拉应变； x-为受压区高度； h0-为截面有效高度。 1.1.2 弹性体假定 假定受压区砼的法向应力图形为三角形。钢筋砼受变构件处在带裂缝工作阶段，砼受压区的应力分布图形是曲线形，但曲线并不丰满，与直线相差不大，可以近似地看作呈直线分布，即受压区砼的应力与应变成正比。 σh=εhEh 式中：σh-为砼应力； εh-为砼受压平均应变； E h-为砼弹性模量。 1.1.3 受拉区砼完全不能承受拉应力 在裂缝截面处，受拉区砼已大部分退出工作，但在靠近中和轴附近，仍有一部分砼承担着拉应力。由于其拉应力较小，内力偶臂也不大，因此，不考虑受拉区砼参加工作，拉应力全部由钢筋承担。 σg=εgEg 式中：σg-为钢筋应力； εg-为受拉区钢筋平均应变； E g-为钢筋弹性模量。 1.2采用换算截面计算应力 根据同一水平处钢筋应变与砼的应变相等，将钢筋应力换算为砼应力，则钢筋应力为砼应力的n g 倍（n g=E g/E h）。由上述假定得到的计算图式与材料力学中匀质梁计算图非常接近，主要区别是钢筋砼梁的受拉区不参予工作。因此，将钢筋假想为受拉的砼，形成一种拉压性能相同的假想材料组成的匀质截面，即为换算截面，再按材料力学公式进行应力计算。 1.2.1受压区边缘砼应力

2x2.5m箱涵计算书

已知计算条件： 涵洞的设计安全等级为三级，取其结构重要性系数：1.0 涵洞桩号= K0+000至K0+724.65 设计荷载等级=城－A 箱涵净跨径= 2米 箱涵净高= 2.5米 箱涵顶板厚= .4米 箱涵侧板厚= .4米 板顶填土高= 9米 填土容重= 18千牛/立方米 钢筋砼容重= 26千牛/立方米 混凝土容重= 24千牛/立方米 水平角点加厚= .15米 竖直角点加厚= .15米 涵身混凝土强度等级= C30 钢筋等级= Ⅲ级钢筋 填土内摩擦角= 30度 基底允许应力= 160千牛/立方米 顶板拟定钢筋直径= 14毫米 每米涵身顶板采用钢筋根数= 9根 底板拟定钢筋直径= 14毫米 每米涵身底板采用钢筋根数= 9根 侧板拟定钢筋直径= 12毫米 每米涵身侧板采用钢筋根数= 5根 荷载基本资料： 土系数 K = 1.489286 恒载产生竖直荷载p恒=251.66千牛/平方米恒载产生水平荷载ep1=54千牛/平方米 恒载产生水平荷载ep2=73.8千牛/平方米 汽车产生竖直荷载q汽=2.11千牛/平方米 汽车产生水平荷载eq汽=.7千牛/平方米 计算过程 重要说明： 角点(1)为箱涵左下角,角点(2)为箱涵左上角,角点(3)为箱涵右上角,角点(4)为箱涵右下角 构件(1)为箱涵顶板,构件(2)为箱涵底板,构件(3)为箱涵左侧板,构件(4)为箱涵右侧板 1>经过箱涵框架内力计算并汇总,结果如下(单位为：千牛.米)： a种荷载(涵顶填土及自重)作用下：

涵洞四角节点弯矩和构件轴力： MaA = MaB = MaC = MaD = -1 / (K + 1) * P * Lp^2 / 12 = -54.70137kN.m Na1 = Na2 = 0kN Na3 = Na4 = P * Lp / 2 = 301.9972kN a种荷载(汽车荷载)作用下： MaA = MaB = MaC = MaD = -1 / (K + 1) * P * Lp^2 / 12 = -.4583918kN.m Na1 = Na2 = 0kN Na3 = Na4 = P * Lp / 2 = 2.530705kN b种荷载(侧向均布土压力)作用下： 涵洞四角节点弯矩和构件轴力： MbA = MbB = MbC = MbD = -K / (K + 1) * P * hp^2 / 12 = -20.70764kN.m Nb1 = Nb2 = P * Lp / 2 = 78.3kN Nb3 = Nb4 = 0kN c种荷载(侧向三角形土压力)作用下：

箱涵计算书

铜川市北市区生活垃圾处理工程计算书 陕西丰宇设计工程有限公司 二〇一一年十一月

1 道路圆管涵结构计算 1.1基本设计资料 1.1.1依据规范及参考书目： 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），简称《桥规》 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004） 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007） 《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ 022-85） 《公路小桥涵设计示例》（刘培文、周卫编著） 1.1.2 计算参数： 圆管涵内径D = 1500 mm 圆管涵壁厚t = 150 mm 填土深度H = 4000 mm 填土容重γ1 = 18.00 kN/m3 混凝土强度级别：C20 汽车荷载等级：公路-Ⅱ级 修正后地基土容许承载力[fa] = 150.0 kPa 管节长度L = 2000 mm 填土内摩擦角φ = 17.0 度 钢筋强度等级：R235 钢筋保护层厚度as = 25 mm 受力钢筋布置方案：φ10@100 mm 1.2 荷载计算 1.2.1恒载计算 填土垂直压力： q土= γ1×H = 18.0×4000/1000 = 72.00kN/m2 管节垂直压力： q自= 24×t = 24×150/1000 =3.60 kN/m2 故： q恒= q土+ q自= 72.00 +3.60 = 75.60 kN/m2 1.2.2 活载计算 按《公路桥涵设计通用规范》第4.3.1条和第4.3.2条规定，计算采用车辆荷载； 当填土厚度大于或等于0.5m时，涵洞不考虑冲击力。 按《公路桥涵设计通用规范》第4.3.5条规定计算荷载分布宽度。 一个后轮单边荷载的横向分布宽度=0.6/2+1200/1000×tan30°=0.99 m 由于一个后轮单边荷载的横向分布宽度=0.99 m > 1.8/2 m 故各轮垂直荷载分布宽度互相重叠，荷载横向分布宽度a应按两辆车后轮外边至外边计算： a=（0.6/2+1200/1000×tan30°）×2+1.3+1.8×2=6.89 m 一个车轮的纵向分布宽度=0.2/2+1200/1000×tan30°=0.79 m 由于一个车轮单边的纵向分布宽度=0.79 m > 1.4/2 m 故纵向后轮垂直荷载分布长度互相重叠，荷载纵向分布宽度b应按二轮外边至外边计算： b=（0.2/2+1200/1000×tan30°）×2+1.4=2.99 m q汽= 2×（2×140）/（a×b） = 560/（6.89×2.99）= 27.24 kN/m2 1.2.3管壁弯矩计算 忽略管壁环向压力及径向剪力，仅考虑管壁上的弯矩。

应力计算

①叶片离心拉应力计算 1)对于涡轮增压器来说，等截面叶片根部截面上的拉应力公式为 20m 1=2u a σρσθ+ 2/N m 其中 ρ为叶片的材料密度（3 /kg m ）； m u 为叶片中经处的圆周速度（m/s ）； /m D l θ=为直径叶高比； m D 为叶片平均直径（m ）； l 为叶片高度（m ）； a σ为叶片附加应力，其表示式为： 2222p p t e a m m h m h D A D A u z D A D A πρσ????????=+ ? ????????? ，2/N m 其中 z 为叶轮叶片个数； t D 为叶冠中经（m ）； p D 为叶片凸台或拉筋的中经（m ）； h D 为叶根直径（m ）； e A δ=?为叶冠截面面积（2m ）； p A 为凸台或拉筋的截面积（2 m ）； h A 为叶根截面面积（2m ）； 如果叶片没有设置阻尼拉筋或凸台，则p A =0；如果叶片不带冠，则e A =0；当两者均不存在时，a σ=0. 2)叶片截面面积沿叶高按线性变化时的拉应力计算式： 212113m a u λλσρσθθ+-??=++ ??? 2/N m 式中，/t h A A λ=是叶顶叶根截面比。通常，对压气机叶片，λ=0.3~0.65 3)叶片截面面积沿叶高按某一任意规律变化时，任意一个截面上离心应力可

用数值积分法计算。对于第i 个几面，离心力i σ可按下式计算： 21i i ic i i V r A σρω?=∑ 2/N m 其中 ()112 i i i i im i V A A x A x -?=+?=?为叶片第i 个微段的体积（3m ）； i A 和1i A -为叶片第i 个微段的内径与外径上的截面积（3m ）； ic h i ic r r x x =++?为第i 个微段重心c 的半径（m ）； ()1216i i ic i im A A x x A -+?=?为第i 个微段重心c 离第i 截面的间距（m ）； ω为旋转角速度（rad/s ）； ρ为材料密度（3/kg m ）； ②叶片弯应力计算 1)由气体作用引起的弯矩 作用于叶片任意截面上的气体周向弯矩gu M 可以按下式计算： ()2gu i M B l x =- N m ? 而 ()122um um G B c c zl =+ N/m 式中 i x 为计算截面至叶根的距离（m ）； z 为叶片个数； l 为叶片的高度（m ）； 1um c ，2um c 为叶片中经处、出口气流周向分速（m/s ）； G 为气体流量（kg/s ）。 作用于叶片而难以截面上的气体周向弯矩ga M 的计算公式也表达为： ()2ga i M D l x =- N m ? 而 ()()12122m a a r G D c c p p zl z π=-+- N/m 式中 1a c ，2a c 为叶片进、出口中经截面上的周向分速（m/s ）； 1p ，2p 为叶片进、出口中经截面上的气体压力（2 /N m ）；

箱涵模板支架计算书

箱涵模板支架计算书 一、方案选择 1、通道涵施工顺序 通道涵分三次浇筑，第一次浇至底板内壁以上500mm，第二次浇至顶板以下500mm，第三次浇筑剩余部分。 2、支模架选择 经过分析，本通道涵施工决定采用满堂式模板支架，采用扣件式钢筋脚手架搭设。 顶板底模选用18㎜厚九层胶合板，次楞木为50×100，间距为300㎜，搁置在水平钢管?48×3.5上，水平钢管通过直角扣件把力传给立柱?48×3.5，立柱纵、横向间距均为500×500㎜，步距 1.8m。侧壁底模为18㎜九层胶合板，次楞木50×100，间距为200㎜，主楞采用?48×3.5钢管，间距为400mm。螺栓采用?12，间距400mm。满堂支架图如下：

具体计算如下。 二、顶板底模计算 顶板底模采用18mm厚胶合板，木楞采用50×100mm，间距为300mm。 按三跨连续梁计算 1．荷载 钢筋砼板自重：0.6×25×1.2=18KN/㎡（标准值17.85KN/㎡） 模板重：0.3×1.2=0.36KN/㎡（标准值0.30 KN/㎡） 人与设备荷载：2.5×1.4=3.50KN/㎡ 合计：q=21.9KN/㎡ 2．强度计算 弯矩：M==0.1×21.9×0.32=0.197KN·m q: 均布荷载 l：次楞木间距 弯曲应力：f ==(0.197×106)/(×1000×182)=3.64 N/mm2 M: 弯矩 W: 模板的净截面抵抗矩，对矩截面为bh2 b: 模板截面宽度，取1m h: 模板截面高度，为18mm 因此f＜13.0 N/mm2 ,符合要求。 3．挠度计算

W==（0.677×(17.85＋0.3)×3004）/(100×9.5×103×1000×183/12) ＜ =0.216㎜＜300/400=0.75㎜,符合要求. q：均布荷载标准值 E: 模板弹性模量，取9.5×103 I:模板的截面惯性矩，取 三、顶板下楞计算 楞木采用50×100mm，间距为300，支承楞木、立柱采用?48×3.5钢管，立柱间距为500mm。 楞木线荷载：q=21.9×0.3=6.57KN/㎡（标准值18.15×0.3=5.45N/mm2） （1）、强度计算 弯矩：M==0.1×6.57×0.52=0.164KN·m : 楞木截面宽度 弯曲应力：f ==(0.164×106)/(×50×1002)=1.968N/mm2 因此f＜13.0 N/mm2，符合要求。 （2）、挠度计算 W==（0.677×(17.85＋0.3)×5004）/(100×9.5×103×1000×183/12) ＜ =0.194㎜＜500/400=1.25㎜,符合要求. 四、支承顶板楞木水平钢管计算 顶板支承钢管线荷载：q=25.28×0.5=12.64KN/㎡（标准值

箱涵基底应力计算

K18+312.200涵洞地基承载力计算 1 概况 K18+312.200涵洞采用箱涵结构形式，截面尺寸3-3.5×3.3m ，顶、底板均为0.3m ，腹板厚度为0.28m ，采用C30钢筋混凝土，基础采用0.1mC15混凝土，涵长14.2m 。 箱涵顶部覆土厚度1.032m ，土的内摩擦角取30°，填土容重18kN/m 3。 结构形式如下图： 2 荷载计算 1）恒载（取单位涵长计算） 箱涵重力：P1=4293.12kN/14.2m=302.33kN/m ； 基础重力：P2=409.68kN/14.2m=28.85kN/m ； 填土重力：P3=2567.88kN/14.2m=180.84kN/m ； 水重力：P4=2087.4kN/14.2m=147kN/m ； 2）车辆荷载 公路涵洞设计应采用车辆荷载。 汽车后轮着地宽度为0.6m ，由《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）第4.3.4条规定，“计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，车轮按其着地面积的边缘向下做30°角分布。” 一个后轮横向分布宽度 1.32 >m 0.6 1.032tan 300.8962 +??=m 1.82

故 0.2( 1.032tan 30)2 1.3922 b =+???=m 车辆荷载垂直压力： 214032.527/3.092 1.392q kN m = =? 1.032.52711.62 1.0377.96P qL kN =?=??= 车辆荷载水平压力： 223032.527tan (45)10.842/2 e kN m ?=??-= () 1.010.842(3.90.15) 1.043.91E e h d kN =+?=?+?= 弯矩： 3.90.15( )43.91()88.9222 h d M E kN m ++=?=?=? 3）地基应力（取1m 涵长计算） N=（P1+P2+P3+P4）×1+P = 302.33+28.85+180.84+147+377.96=1036.98kN M=88.92kN.m A=11.62m 2， W=8.206 m 3 基底容许承载力：[]200a f kPa = 基底平均应力： 1036.9889.24[]20011.62 a N p kPa f kPa A = ==<= 基底最大应力： max 1036.9888.92100.08[]20011.628.206 a N M p kPa f kPa A W = +=+=<= 故基底承载力满足要求。 （注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）

地应力计算公式解读

地应力计算公式 （一）、井中应力场的计算及其应用研究（秦绪英，陈有明，陆黄生 2003年6月） 主应力计算 根据泊松比μ、地层孔隙压力贡献系数V 、孔隙压力0P 及密度测井值b ρ可以计算三个主应力值： ()001H v A VP VP μσσμ??=+-+??-?? ()001h v B VP VP μσσμ??=+-+??-?? H v b dh σρ=?? 相关系数计算： 应用密度声波全波测井资料的纵波、横波时差（p t ?、s t ?）及测井的泥质含量sh V 可以计算泊松比μ、地层孔隙压力贡献系数V 、岩石弹性模量E 及岩石抗拉强度T S 。 ① 泊松比 22 2 20.52()s p s p t t t t μ?-?=?-? ② 地层孔隙压力贡献系数 22222(34)12() b s s p m ms mp t t t V t t ρρ??-?=-?-? ③ 岩石弹性模量 222 2234s p b s s p t t E t t t ρ?-?=???-? ④ 岩石抗拉强度 22 (34)[(1)]T b s p sh sh S a t t b E V c E V ρ=???-????-+?? 注：,,,m ms mp t t ρρ??分别为密度测井值，地层骨架密度，横波时差和纵波时差值。,,a b c 为地区试验常数。 其它参数 不同地区岩石抗压强度参数是参照岩石抗拉强度数值确定,一般是8～12倍,也可以通过岩心测试获得。岩石内摩擦系数及岩石内聚力是岩石本身固有特性参数,可以通过测试分析获得。地层孔隙压力由地层水密度针对深度积分求取,或者用重复地层测试器RFT 测量。也可以通过地层压裂测试获得,测试时,当井孔压力下降至不再变化时,为储层的孔隙压力。

力学计算公式

常用力学计算公式统计 一、材料力学： 1.轴力（轴向拉压杆的强度条件） σmax=N max/A≤[σ] 其中，N为轴力，A为截面面积 2.胡克定律（应力与应变的关系） σ=Eε或△L=NL/EA 其中σ为应力，E为材料的弹性模量，ε为轴向应变， EA为杆件的刚度（表示杆件抵抗拉、压弹性变形的能力） 3.剪应力（假定剪应力沿剪切面是均匀分布的） τ=Q/A Q 其中，Q为剪力，A Q为剪切面面积 4.静矩（是对一定的轴而言，同一图形对不同的坐标轴 的静矩不同,如果参考轴通过图形的形心，则x c=0， y c=0，此时静矩等于零） 对Z轴的静矩S z=∫A ydA=y c A 其中：S为静矩，A为图形面积，y c为形心到坐标轴的 距离，单位为m3。 5.惯性矩 对y轴的惯性矩I y=∫A z2dA 其中：A为图形面积，z为形心到y轴的距离，单位为

m4 常用简单图形的惯性矩 矩形：I x=bh3/12，I y=hb3/12 圆形：I z=πd4/64 空心圆截面：I z=πD4（1-a4）/64，a=d/D （一）、求通过矩形形心的惯性矩 求矩形通过形心，的惯性矩I x=∫Ay2dA dA=b·dy，则I x=∫h/2-h/2y2（bdy）=[by3/3]h/2-h/2=bh3/12 （二）、求过三角形一条边的惯性矩

I x=∫Ay2dA，dA=b x·dy，b x=b·（h-y）/h 则I x=∫h0（y2b（h-y）/h）dy=∫h0（y2b –y3b/h）dy =[by3/3]h0-[by4/4h]h0=bh3/12 6.梁正应力强度条件（梁的强度通常由横截面上的正应 力控制） σmax=M max/W z≤[σ] 其中：M为弯矩，W为抗弯截面系数。 7.超静定问题及其解法 对一般超静定问题的解决办法是：（1）、根据静力学平衡条件列出应有的平衡方程；（2）、根据变形协调条件列出变形几何方程；（3）、根据力学与变形间的物理关系将变形几何方程改写成所需的补充方程。 8.抗弯截面模量

05、基本知识 怎样推导梁的应力公式、变形公式(供参考)

05、基本知识 怎样推导梁的应力公式、变形公式（供参考） 同学们学习下面内容后，一定要向老师回信（849896803@https://www.wendangku.net/doc/9f4422895.html, ），说出你对本资料的看法（收获、不懂的地方、资料有错的地方），以便考核你的平时成绩和改进我的工作。回信请注明班级和学号的后面三位数。 1 * 问题的提出 ........................................................................................................................... 1 2 下面就用统一的步骤，研究梁的应力公式和变形公式。 ................................................... 2 3 1.1梁的纯弯曲（纯弯曲：横截面上无剪力的粱段）应力公式推导 ................................. 2 4 1.2 梁弯曲的变形公式推导（仅研究纯弯曲） .................................................................... 5 5 1.3 弯曲应力公式和变形公式的简要推导 ............................................................................ 6 6 1.4 梁弯曲的正应力强度条件和刚度条件的建立 ................................................................ 7 7 2.1 梁剪切的应力公式推导 .................................................................................................... 8 8 2.2 梁弯曲的剪应力强度条件的建立 .................................................................................... 8 9 3. 轴向拉压、扭转、梁的弯曲剪切，应力公式和变形公式推导汇总表 .. (9) 1 * 问题的提出 在材料力学里，分析杆件的强度和刚度是十分重要的，它们是材料力学的核心内容。 强度条件就是工作应力不超过许用应力，即，[]σσ许用应力工作应力≤、[]ττ≤； 刚度条件就是工作变形不超过许用变形，即，[]y y 许用变形工作变形≤、[]θθ≤。 如，梁 弯曲强度条件：[]σσ≤=W M max max ；剪切强度条件：[]τρτρ≤?= b I S F z Q * max ,max 刚度条件：挠度 ?? ? ???≤l y l y max ；转角[]??≤max 这里带方括号的，是材料的某种许用值。由材料实验确定出破坏值，再除以安全系数， 即得。 显然，不等式左侧的工作应力和工作变形计算公式，是十分重要的。如果把各种应力公式和变形公式的来历搞明白，对于如何进行强度分析和刚度分析（这是材料力学的主要内容）就会得心应手。 杆件的基本变形一共四种：轴向拉压、扭转、剪切和弯曲变形。它们分别在轴向拉压杆、扭转轴、梁的各章讲授。 其对应的公式各异，但是，推导这些公式的方法却是一样的，都要从静力、几何、物理三个方面考虑，从而导出相应的《应力公式》，在导出应力公式之后，就可以十分方便地获得《变形公式》。

土中应力的计算

第2章土中应力分布及计算 一、思考题 1、自重应力，附加应力的大小与地基土的性质是否相关？ 2、自重应力与附加应力在地基中的分布各有何特点？ 3、基底压力分布的主要影响因素有哪些？ 4、在基底总压力不变的前提下，增大基础埋深对土中应力分布有什么影响？ 5、宽度相同的矩形和条形基础，其基底压力相同，在同一深度处，哪一个基础下产生的附加应力大？ 6、地下水位升降，对土中应力分布有何影响？ 7、自重应力，附加应力计算时的起算点是否相同？ 二、选择题 1、有两个不同的基础，其基础总压力相同，问在同一深度处，哪一个基础产生的附加应力大？（） A、宽度小的基础产生的附加应力大 B、宽度小的基础产生的附加应力小 C、宽度大的基础产生的附加应力小 D、两个基础产生的附加应力相等 2、某场地自上而下的土层分布为：第一层粉土，厚3m，重度γ=18kN/m3；第二层粘土，厚5m，重度γ=18.4kN/m3，饱和重度γsat =19kN/m3，地下水位距地表5m，试求地表下6m处土的竖向自重应力（） A、99.8kPa B、109.8kPa C、111kPa D、109.2kPa 3、成层地基土中的自重应力（） A、均匀分布 B、直线分布 C、曲线分布 D、折线分布 4、有一基础埋置深度d＝1.5m，建筑物荷载及基础和台阶土重传至基底总压力为100KN/m2，若基底以上土的重度为18 KN/m2，基底以下土的重度为17 KN/m2，地下水位在地表处，则基底竖向附加压力为多少（） A、85 KN/m2 B、73 KN/m2 C、88 KN/m2 5、一矩形基础，短边b＝3m，长边l＝4m，在长边方向作用一偏心荷载F＋G=1200KN，偏心距为多少时，基底不会出现拉应力（） A、0.5m B、0.57m C、0.67m 6、由建筑物荷载或其它外载在地基内产生的应力称为（） A、自重应力 B、附加应力 C、基底压力 D、基底附加压力 7、土的自重应力计算中假定的应力状态为（） A、σ z ≠0、σ x ≠0、τ xz ≠0 B、σ z ≠0、σ x ≠0、τ xz =0 C、σ z ≠0、σ x =0、τ xz =0 8、当上部结构荷载的合力不变时，荷载偏心距越大，则基底压力平均值（） A、越大 B、越小 C、不变

地基中应力计算

四 地基中的应力计算 一、填空题 1. 地下水位升高将引起土体中的有效自重应力_________，地下水位下降会引起土体中的有效自重应力_________。 2. ______应力引起土体压缩，______应力影响土体的抗剪强度。 3. 在计算自重应力时，地下水位以下土的重度应取_________。 4. 在基础宽度和附加压力都相同时，条形荷载的影响深度比矩形荷载________。 5. 土中竖向附加应力z σ的影响深度比xz τ的影响深度范围要_______，xz τ在________处最大。 6. 在中心荷载作用下，基底压力近似呈________分布，在单向偏心荷载作用下，当偏心距6 l e < 时，基底压力呈________分布；当6l e =时，基底压力呈________分布。 7. 甲、乙两矩形基础，甲的长、宽为22A B ?，乙的长、宽为A B ?，基底附加应力相 同，埋置深度d 也相同。则基底中心线下Z =甲______Z 乙处，z z σσ=乙甲。 8. 在离基础底面不同深度z 处的各个水平面上，z σ随着与中轴线距离的增大而______。 9. 在荷载分布范围内之下，任意点的竖向应力z σ随深度的增大而_________。 10. 当岩层上覆盖着可压缩土层时，即双层地基上软下硬，E 1＜E 2，这时在荷载作用下地基将发生__________现象，岩层埋深愈浅，应力集中的影响愈_________。 11. 当硬土层覆盖在软弱土层上时，即双层地基上硬下软，E 1＞E 2，这时在荷载作用下地基将发生_________现象，上覆硬土层厚度愈______，应力扩散现象愈显著。 12. 均布矩形荷载角点下的附加应力系数可根据________和_______通过查表确定。 13. 已知某天然地基上的浅基础，基础底面尺寸为3.0m 5.0m ?，基础埋深2.5m ，上部结构传下的竖向荷载为4500kN ，则基底压力为__________kPa 。 14.刚性基础在中心荷载作用下，基底各点的沉降是_________的，此时基底压力呈________分布。随着荷载的增大，_________处应力增大直至产生塑性变形，则引起基底压力重新分布，最终发展为__________分布。 15. 某均质地基，其重度为319kN/m γ=，地下水位在地表以下3m 处，则在地表下3m 处土的竖向自重应力为________kPa ；若地下水位以下土体达到饱和状态，其饱和重度为 321kN/m sat γ=，则地表下5m 处土的竖向自重应力为________kPa 。 1. 减小，增加。 2. 附加，有效。 3. 浮重度。 4. 大。 5. 大，基础边缘。 6. 矩形，梯形，三角形。 7. 2.0。 8. 减小。 9. 减小。10. 应力集中，显著。11. 应力扩散，大。12. /z b ，/l b 。13. 350。14. 相同，马鞍型，基础边缘，抛物线。15. 57，79。 二、选择题 1. 已知土层的静止土压力系数为0K ，主动土压力系数为a K ，被动土压力系数为P K ，当地表面增加一无限均布荷载p 时，则在z 深度处的侧向应力增量为多少？ （A ）0K p （B ）a K p （C ）P K p （C ）p 2. 自重应力在均质土层中呈_____分布。 （A ）均匀 （B ）直线 （C ）折线 （C ）曲线

材料力学常用公式

材料力学常用公式 1.外力偶矩计算公式（P功率，n转速） 2.弯矩、剪力和荷载集度之间的关系式 3.轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式（杆件横截面轴力F N，横截面面积A，拉应力 为正） 4.轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式（夹角a 从x轴正方向逆时针转至外法线的方位 角为正） 5.纵向变形和横向变形（拉伸前试样标距l，拉伸后试样标距l1；拉伸前试样直径d，拉伸后试样 直径d1） 6.纵向线应变和横向线应变 7.泊松比 8.胡克定律 9.受多个力作用的杆件纵向变形计算公式? 10.承受轴向分布力或变截面的杆件，纵向变形计算公式

11.轴向拉压杆的强度计算公式 12.许用应力，脆性材料，塑性材料 13.延伸率 14.截面收缩率 15.剪切胡克定律（切变模量G，切应变g ） 16.拉压弹性模量E、泊松比和切变模量G之间关系式 17.圆截面对圆心的极惯性矩（a）实心圆 （b）空心圆 18.圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公式（扭矩T，所求点到圆心距离r） 19.圆截面周边各点处最大切应力计算公式 20.扭转截面系数，（a）实心圆 （b）空心圆 21.薄壁圆管（壁厚δ≤ R0 /10 ，R0为圆管的平均半径）扭转切应力计算公式 22.圆轴扭转角与扭矩T、杆长l、扭转刚度GH p的关系式

23.同一材料制成的圆轴各段内的扭矩不同或各段的直径不同（如阶梯轴）时 或 24.等直圆轴强度条件 25.塑性材料；脆性材料 26.扭转圆轴的刚度条件? 或 27.受内压圆筒形薄壁容器横截面和纵截面上的应力计算公式, 28.平面应力状态下斜截面应力的一般公式 , 29.平面应力状态的三个主应力, , 30.主平面方位的计算公式 31.面内最大切应力 32.受扭圆轴表面某点的三个主应力，， 33.三向应力状态最大与最小正应力 , 34.三向应力状态最大切应力

材料力学的基本计算公式

材料力学的基本计算公式 外力偶矩计算公式（P功率，n转速） 1.弯矩、剪力和荷载集度之间的关系式 2.轴向拉压杆横截面上正应力的计算公式（杆件横 截面轴力F N，横截面面积A，拉应力为正） 3.轴向拉压杆斜截面上的正应力与切应力计算公式（夹角 a 从x轴正方向逆时针转至外法线的方位角为正） 4.纵向变形和横向变形（拉伸前试样标距l，拉伸后试样 标距l1；拉伸前试样直径d，拉伸后试样直径d1） 5.纵向线应变和横向线应变 6.泊松比 7.胡克定律

8.受多个力作用的杆件纵向变形计算公式? 9.承受轴向分布力或变截面的杆件，纵向变形计算公式 10.轴向拉压杆的强度计算公式 11.许用应力，脆性材料，塑性材 料 12.延伸率 13.截面收缩率 14.剪切胡克定律（切变模量G，切应变g ） 15.拉压弹性模量E、泊松比和切变模量G之间关系 式 16.圆截面对圆心的极惯性矩（a）实心圆 （b）空心圆 17.圆轴扭转时横截面上任一点切应力计算公式（扭矩 T，所求点到圆心距离r）

18.圆截面周边各点处最大切应力计算公式 19.扭转截面系数，（a）实心圆 （b）空心圆 20.薄壁圆管（壁厚δ≤ R0/10 ，R0为圆管的平均半 径）扭转切应力计算公式 21.圆轴扭转角与扭矩T、杆长l、扭转刚度GH p的关 系式 22.同一材料制成的圆轴各段内的扭矩不同或各段的 直径不同（如阶梯轴）时或 23.等直圆轴强度条件 24.塑性材料；脆性材料 25.扭转圆轴的刚度条件? 或 26.受内压圆筒形薄壁容器横截面和纵截面上的应力 计算公式,

27.平面应力状态下斜截面应力的一般公式 , 28.平面应力状态的三个主应力 , , 29.主平面方位的计算公式 30.面内最大切应力 31.受扭圆轴表面某点的三个主应力，， 32.三向应力状态最大与最小正应力 , 33.三向应力状态最大切应力 34.广义胡克定律

箱涵计算

②加固后溢洪道箱涵结构稳定计算 (一)建设缘由及设计标准 因坝顶有通行要求,溢洪道加固时需要在控制段现浇一座箱涵,由于该桥涵作为当地村民交通和防汛使用,故车辆荷载按公路Ⅱ级(折减)考虑。 （二）桥梁设计 溢洪道箱涵设计考虑桥下过流能力、与两岸交通道路的衔接、工程量大小及施工方便、美观几方面进行方案比选，拟建箱涵设在溢洪道泄槽段之后，采用现浇C20钢筋砼矩形箱涵，计算简图见下图。 Ⅰ、设计资料 箱涵净跨径：L0=3.0m，净高：h0=2.5m； 涵顶填土高度：H=0m，土的内摩擦角：φ=14°，填土的容重：γ1=18.6kN/m3,砼容重：γ2=24.0kN/m3， 地基容许承载力:[б0]=300Pa: 汽车荷载等级:公路-Ⅱ级(折减);采用原汽车-15；

箱涵砼强度等级:C20。 Ⅱ、结构计算 （1）截面尺寸拟定 顶板、底板厚度：δ=0.3m ，侧墙厚度t=0.3m 横梁计算跨径：L P =L O +t=3.3m ，L=L 0+2t=3.6m 侧墙计算高度h p =h 0+δ=2.8m,h=h 0+2δ=3.1m （2）荷载计算 ①自重：q=r 2d=24.0×0.3=7.2KN/m ②汽车荷载P=50KN ③箱涵两侧土压力： 21tan (45)2 p e r h ? ?=-=18.6×（0+3.1）tan 2 （45°-14°/2）=4.2 KN/m （3）内力计算 ①集中荷载作用下弯矩计算见图如下： K=hp/lp=280/330=0.848； U=k 2+4k+3=0.8482+4×0.848+3=7.11 M A =M B =2 (49)24(43) p Pl k k k +- ++=-11.98（K N 〃m ）

接触应力计算全面讨论

传递动力的高副机构，如摩擦轮、凸轮齿轮、链轮传动、滚动轴承、滚动螺旋等，都有接触强度问题，自 然也涉及到接触应力。在此对接触应力计算作较为全面的讨论。 两曲面的弹性体在压力作用下，相互接触时，都会产生接触应力，传递动力的高副机构在工作中往往岀现的是交变应力，受交变接触应力的机器零件在一定的条件下会岀现疲劳点蚀的现象，点蚀扩散到一定程度，零件就不能再用了，也就是说失效了，这样失效的形式称之为疲劳点蚀破坏，在ISo标准中是以赫兹应力公式为基础的。本文较为集中地讨论了几种常见曲面的赫兹应力公式及常用机械零件的接触应力计算方法，便于此类零件的设计及强度验算。 1任意两曲面体的接触应力 1.1 坐标系 图1所示为一曲面体的一部分，它在E点与另外一曲面体相接触，E点称为初始接触点。取 曲面在E点的法线为Z轴，包括Z轴可以有无限多个剖切平面，每个剖切平面与曲面相交，其交线为一条平面曲线，每条平面曲线在E点有一个曲率半径。不同的剖切平面上的平面曲线在E 点的曲率半径一般是不相等的。这些曲率半径中，有一个最大和最小的曲率半径，称之为主曲率 半径，分别用R和R表示，这两个曲率半径所在的方向，数学上可以证明是相互垂直的。平面曲线AEB所在的平面为y平面，由此得岀坐标轴X和y的位置。任何相接触的曲面都可以用这种方法来确定坐标系。由于Z轴是法线方向，所以两曲面在E点接触时，Z轴是相互重合的，而 X1和X2之间、y和y之间的夹角用①表示（图2所示）

(1) 1.2 接触应力 两曲面接触并压紧，压力 P 沿Z 轴作用，在初始接触点的附近，材料发生局部的变形， 靠接 触点形成一个小的椭圆形平面， 椭圆的长半轴 a 在X 轴上，短半轴b 在y 轴上。椭圆形接触面上 各点的单位压力大小与材料的变形量有关， Z 轴上的变形量大，沿 Z 轴将产生最大单位压力 P o o 其余各点的单位压力 P 是按椭圆球规律分布的。 ∫ dF 从几何意义上讲等于半椭球的体积，故 尸肖=—^― 接触面上的最大单位压力 P o 称为接触应力 σ H 图1曲面体的坐标 图2坐标关系及接触椭圆 其方程为 F 2 A 7 单位压力 总压力 P 总=∫ PdF

第三章土中应力计算习题及答案解析

第三章土中应力计算 一、填空题 1.由土筑成的梯形断面路堤，因自重引起的基底压力分布图形是梯形，桥梁墩台等刚性基础在中心荷载作用下，基底的沉降是相同的。 2.地基中附加应力分布随深度增加呈曲线减小，同一深度处，在基底中心点下，附加应力最大。 3.单向偏心荷载作用下的矩形基础，当偏心距e > l/6时，基底与地基局部脱开，产生应力重分部。 4.在地基中，矩形荷载所引起的附加应力，其影响深度比相同宽度的条形基础浅，比相同宽度的方形基础深。 5.上层坚硬、下层软弱的双层地基，在荷载作用下，将发生应力扩散现象，反之，将发生应力集中现象。 6.土中应力按成因可分为自重应力和附加应力。 7.计算土的自重应力时，地下水位以下的重度应取有效重度（浮重度）。 8.长期抽取地下水位，导致地下水位大幅度下降，从而使原水位以下土的有效自重应力增加，而造成地基沉降的严重后果。 \ 9.饱和土体所受到的总应力为有效应力与孔隙水压力之和。 二、名词解释 1.基底附加应力：基底压应力与基底标高处原土层自重应力之差。 2.自重应力：由土层自身重力引起的土中应力。 3.基底压力：建筑物荷载通过基础传给地基，在基础底面与地基之间的接触应力。 三、选择题 1.成层土中竖向自重应力沿深度的增大而发生的变化为：（B ） （A）折线减小（B）折线增大（C）斜线减小（D）斜线增大 — 2.宽度均为b，基底附加应力均为P0的基础，同一深度处，附加应力数值最大的是：（C ）（A）方形基础（B）矩形基础（C）条形基础（D）圆形基础（b为直径） 3.可按平面问题求解地基中附加应力的基础是：（B ） （A）柱下独立基础（B）墙下条形基础（C）片筏基础（D）箱形基础 4.基底附加应力P0作用下，地基中附加应力随深度Z增大而减小，Z的起算点为：（A ）（A）基础底面（B）天然地面（C）室内设计地面（D）室外设计地面 5.土中自重应力起算点位置为：（B ） （A）基础底面（B）天然地面（C）室内设计地面（D）室外设计地面6.地下水位下降，土中有效自重应力发生的变化是：（A ） （A）原水位以上不变，原水位以下增大（B）原水位以上不变，原水位以下减小》 （C）变动后水位以上不变，变动后水位以下减小 （D）变动后水位以上不变，变动后水位以下增大 7.深度相同时，随着离基础中心点距离的增大，地基中竖向附加应力：（D ） （A）斜线增大（B）斜线减小（C）曲线增大（D）曲线减小 8.单向偏心的矩形基础，当偏心距e < l/6（l为偏心一侧基底边长）时，基底压应力分布图简

箱涵计算书

2孔-5m×2.2m箱涵计算书 一、设计资料 1.结构：（净宽?涵高）2孔-5m? 2.2m； 2.涵顶填土高度H：2.5m； 3.荷重：车辆荷载，公路-I级（城-A车辆荷载复算）； 4.设计安全等级：Ⅱ级； 5. 环境作用等级：C级； 6.主要材料： 涵身采用C40砼，钢筋采用HPB300、HRB400； 环境条件：I类； 7.其他参数： 1)混凝土容重=25kN/m3，钢筋混凝土容重=26kN/m3。 2)土容重=19kN/m3、土内摩擦角φ=35度；土的侧压力系数 λ=tan2(45°-35°/2)=0.271。 3)HRB400钢筋抗拉、抗压强度设计值（f sd、f’sd）为330MPa。C40素砼抗拉强度设计值f tmd为1.65MPa、抗压强度设计值f cd为18.4MPa。 8.安全等级：Ⅱ级，γ0＝1.0。 图1 2孔-5m×2.2m箱涵截面尺寸（cm）

二、设计计算 1.荷载计算 1）恒载计算： 填土竖向压力强度： H/D=2.05/(5×2+0.45×3)=0.18，K＝1.07； q土=KγH＝1.07?19?2.5=50.83kN/m2 顶板自重竖向压力强度： q自=γH Z=26?0.45=11.7kN/m2 恒载竖向压力强度合计q恒=q土+q自=62.53kN/m2 恒载水平压力 顶板处 e p1=γ1Hλ=19?2.5?0.271=12.87kN/m2 底板处 e p2=γ1(H+h)λ=19?(2.5+3.2)?0.271=29.35 kN/m2 2）活载计算 由于涵顶填土高度等于2.5m，故不计汽车冲击力。 按《公路桥涵设计通用规范》（JTG-2004）第4.3.5条规定计算荷载分布宽度：（1）一个后轮单边荷载横向分布宽度=0.6+2.5x tan30°=2.04m ＞1.8/2m,故后轮垂直荷载分布宽度重叠，荷载横向分布宽度a为： a=2.04×2+（1.3×3+1.8×4）=15.18m （2）一个车轮的纵向分布宽度=0.2+2.5?tan30°=1.64 >1.4/2m 故纵向前后轮垂直荷载分布宽度重叠，荷载纵向分布宽度b为： b=1.64?2+1.4=4.68m q汽=4×2×280/(a?b)= 4×2×280/(15.18?4.68)=31.53kN/m2