文档介绍：人防荷载在地下室结构设计中的应用
摘要:文章首先针对地下室结构人防荷载进行了分析,介绍了综合反射系数法、不考虑压缩波反射作用的简化方法、一维波理论分析法三种计算方法,最后,阐述了等效静荷载的确定,主要包括等效静载、自振频率、动力系数。
关键词:人防地下室土中结构人防荷载压缩波
目前,由于土中压缩波作用下,结构动载的确定方法很复杂。采用的方法可归纳为两类:一是首先确定作用于结构周边上的荷载,将荷载和结构脱离开来,如同地上结构那样去作动力分析;一是将结构视为岩土中孔洞的加固镶边,将土体和结构作为一个整体统一考虑,然后应用波动理论或动力理论的解析方法或应用有限元分析的数值方法,按无限(或半无限)平面(或空间)问题求解。
土中结构所受到的荷载和许多因素有关:地面空气冲击波压力参数,它引起岩土压缩波向下传播;压缩波在自由场中传播时的参数变化;压缩波遇到结构时产生反射,这个反射压力取决于波与结构的相互作用。
1地下室结构荷载分析
影响土中压缩波荷载的因素
结构埋深
随传播距离的增加,土中压缩波峰值压力近似按指数规律衰减,升压时间近似按线性比例增长,其效果是随深度的增加结构的动力作用逐渐降低。
当压缩波遇到结构顶板时,将会产生反射压缩波并朝反向传播,当它达到自由表面时,因地表无阻挡面使土体趋向疏松,形成向下传播的拉伸波。拉伸波所到之处压力将迅速降低,当拉伸波传到顶板时,顶板压力也将随之减小。如果顶板埋置较深,拉伸波到达时间较晚,在此之前结构顶板可能已,达到最大变形,因而拉伸波不能起到卸载作用;如果埋深很浅,由于拉伸波产生的卸载作用,将会抵消大部分入射波在顶板上形成的反射作用。根据以上多种影响因素综合考虑,承受压缩波作用的土中浅埋构件,会有一个顶板不利覆土厚度。
顶盖尺寸
顶盖的横向尺寸对荷载也有影响。顶盖的大小是有限的,它的二侧是上下连续的土壤介质。压缩波遇到顶盖反射,但通过二侧的土壤时不存在反射。因此在顶盖的边缘上将产生压力差。顶盖上方的土壤因受较大的反射压力,有向二侧挤压的趋势,逐次向中间疏松,致使顶盖上的反射压力降低。顶盖尺寸较小时,反射压力很快疏散,结构受到压缩波荷载的动力作用减弱。此外,由于顶盖上面的土壤受阻不能与二侧土壤一起向下运动,并由于土壤内部的摩擦力和粘结力,使结构顶盖二侧边缘上的压力又有所增加。由此可见,顶盖上的反射压力并非均匀分布,就其平均值来说,顶盖的横向尺寸越大,受到的平均反射压力也越大。
介质与结构的相互作用
当压缩波作用于结构顶盖上时,结构将发生整体位移和变形,这些又会反过来影响原来的压缩波荷载。这种力学现象称为介质与结构之间的动态相互作用。对平顶结构而言,压缩波作用下顶盖的变形是顺着波的传播方向的,所以结构变形使得压缩波荷载减小。同理,柔性地基有较大沉降,使结构获得较大的整体位移,所以柔性地基结构的顶盖荷载比刚性地基时小。
土含水量
压缩波荷载与土壤含水量关系极大。当结构处于地下水位较高的地区,更要考虑地下水的影响。压缩波在饱和土层中传播时很少衰减,同时因为饱和土的压缩性极小,使得结构所受的荷载大幅度增加。
土体力学特性
压缩波荷载与土体力学特性密切有关。如具有抗剪强度的非饱和土壤,当结构埋深较大时,一般使结构的荷载减小,而饱和土则不能。
土中结构荷载的分析方法