【毕业论文】【毕业设计】利用excel和autocad进行挡土墙设计.pdf

科 技推 广 与应 用 利用 E x c e I 和 A u t o C A D进行挡土墙设计 一 、引言 在水利水电、公路桥梁等土木建 筑工程中经 常会遇到各种形式 的挡土 墙， 挡土墙的设计包括： 土压力计算 、 抗滑及抗倾( 岩基) 稳定验算 ， 基底应 力、 截面应力验算等 挡土墙的计算方 法不复杂，但各项作用力及力矩的计 算较繁琐，尤其是在拟定的设计方案 不同的计算工况中计算结果不能满足 规范要求的情况下，计算及校核的工 作量更大 本人在近年来设计过程 中， 利用 E x c e l 和 A u t o C A D相结合进行挡 土墙设计计算， 简化了计算过程， 提高 了设计效率 二、 计算实例 1 ． 设计资料 某 2级水闸下游连接段为半重力 式挡土墙， 各部位结构尺寸见图 1 墙 身及墙底板均采用 C 1 5 混凝土， 混凝 土重度采 用 ^ y = 2 4 k N ／ m ， 墙前 及墙 后均无水 地基为密实的砂壤土， 基底 与地基之间的摩擦系数采用 f - 0 ． 3 7 墙后回填砂壤土， 内摩擦角 = 3 0 重度采用 ： = 1 8 k N ／ m 。

墙顶填土面为 水平 ，即 B= O 地基允许承载力 【 盯4 ： 1 8 o k N ／ m 本例取单位长度的墙体作为计算 单元 按朗肯公式计算土压力， 作用于 挡土墙水平荷载 ∑H= 6 0 ． 7 5 k N ，作用 点距基底 1 ． 5 m 为简化计算， 仅验算抗 滑稳定和基底应力 2 ． 抗滑稳 定验算 ( 1 ) 抗滑稳定计算应满足的要求 挡土墙基础底面 的抗滑稳定安全 任立梅刘良 系 数 K 不 小 于 《水 闸设 计 规 范 》 ( S L 2 6 5 — 2 0 0 1 ) ( 以下简称 《 规范》 ) 7 ． 3 ． 1 3 条规定的允许值本例查表 7 ． 3 ． 1 3知荷 载 为基本组合 ，水 闸级别 为 2级抗 滑稳 定安全系数的允许值[ K 4 ： 1 ． 3 ( 2 ) 抗滑稳定安全系数计算公式 ，f ∑G “ 一∑H 式 中 ： K ——基 础 底 面 的抗 滑 稳定 安全系数 ； 卜一基础底面与地基之间的 摩擦系数， 此例 f = 0 ． 3 7 ； ∑H ——作用在挡土墙上的全 部水平 向荷载( k N) ， 此例 ∑H ： 6 0 ． 7 5 k N ； ∑G ——作用在基底的全部竖 向荷 载( k N) 。

( 3 ) 数据计算 化拱起部分、 拐角部分、 纤维片搭接 部位以及残缺修补处要多涂一些贴 片时，在碳纤维片和树脂之间不得留 有空气 ，可用专用工具 沿着纤维方向 在碳纤维片上滚压多次，使粘结树脂 充分渗浸入碳纤维束中根据干燥程 度 ，纤维 片施工一 定时 间后 ( 1 h左 右 ) ， 再 均匀 涂刷一层粘结树脂 ， 亦用 专用工具沿着纤维方向在碳纤维片上 滚压多次， 使纤维内部补充、 渗浸粘结 树脂 ④进行粘贴质量检查， 并进行处 理 粘贴结束后需对粘贴质量进行检 查，如有粘贴不牢或空鼓等现象时进 行如下处理 ： I ． 注入粘结树脂法 在 碳纤维片上打开 2 个以上的孔，使用 注射器注人粘结树脂 ( 或低粘度型树 脂 ) Ⅱ． 害 0 刀切入填充树脂修补法 沿 纤维方向切入 2 ～3刀，用橡胶刮板 毛刷沾上适量粘结树脂，填进割开的 缝内Ⅲ_补丁补修法当贴片完全固 化后， 无法用割刀切开或注入树脂， 或 纤维片表面出现褶皱或松弛时，应采 用此方法 割去不 良部分 重新粘贴碳 纤维片 ⑤养护 粘贴碳纤维片后， 需 自然养护 2 4 h达到初期固化，并应保 证固化期间不受干扰在每道工序以 后树脂固化之前，宜用塑料薄膜等遮 挡以防止风沙或雨水侵袭。

当树脂固 化期间存在气温降低到 5 ℃以下的可 能时， 可采用低温固化树脂， 或采取有 效的加温措施 碳纤维片粘贴后达到 设计强度所需自然养护的时间和外界 环境温度密切相关 ，正常环境下需要 1 —2 周 在此期间应防止贴片部分受 到硬性冲击 ⑥涂装饰 加固部位需根 据使用环境进行适当的涂饰， 涂饰应 在树脂初期固化后进行，并应遵守所 用涂料的相关标准和施工规定对新 材料新工艺的涂装，事前要做好充分研 究， 必要时应进行试验， 确认后方可正式 使用 3 ． 质量检验 为了解碳纤 维片 材的施工 质量 ， 在 工程不同部位进行了两组现场检验 ， 检 验结果如表 3 从表 中可知 ，加 固结构 的破坏形式 均为混凝 土破 坏 ， 由此 可见 ， 采用上述工 艺进行碳纤维片材施工，能保证其施工 质量 四、 结论 该工程采用碳纤维片材进行加 固处 理， 所使用的材料均符合有关规范要求 ， 采取的施工工艺能够保证碳纤维的施工 质量因此， 采用碳纤维片材加固混凝土 结构是一种科学可靠的加固措施■ ( 作者单位： 安徽省水利科学研究院 2 3 3 0 0 0) 垂直力 G = A， 力矩 M= G 1 。

其 中 面积 A、力臂 l 可通过 A u t o C A D的查 询功能直接快速查得如混凝土墙身 面积 A1 及墙身重心对基底中心处 O 点的力臂 1 1值的查询 ，首先通过 “ U C S ” 命令新建坐标原点， 将坐标原 点设在 底板底 面 中心处 O点 ， 用 “ R E G I O N ”命令使墙体 A B C D E设定 为一面 域 ，然 后点 击工 具菜 单一 查 询一面域 ／ 质量特性 ，选择对象选取 上述面域 ，出现 A u t o C A D文本 窗 口， 该断面的质量特性如图 2 所示 面积： 3 ． 6 5 0为面积 A I = 3 ．6 5 m ， 质 心 ： X： 一 0 ． 6 3 0为力臂 1 1 = 一 0 ． 6 3 0 m 按相 同方法将混凝土底板、土体断面分别 设置为面域， 坐标原点不变， 即可查得 面积 A 2 = 1 ．9 m ， 1 2 = 一 0 ．0 m； A 3 = 9 ． 1 5 m ， 1 2 =一0 ． 67 m 、 ＼> ! ＼ 0 GAI~ D ＼A 3 E n 0 ’ 中 1 — 0 H A In l 。

． 1 0 _ 『o ．6 2 ～一 l l _ 一 l 一 一 3 ． 8 ～一 I 一 图 1 半重力式挡土墙断面( 单位 ： m) -∞ 羹 如 l 十 舞埘l 图 2 断面的质量特性 利 用 E x c e l 的计 算功 能和格式 复制 功能将 各项作用力 及力矩计算列 出， 如 图 3所 示 垂 直力 的 计算为 B列与相应 重度乘积 ， 力矩的计 算为 C ( D) 列和 E列 相 应 单 元 格 数 据 相 乘计算的公式 、 采 用的格式相同 ， 引用 的单元格 不同 抗 滑 稳 定安 全 系数 K 的 计算单元格 H 7 = G 7 ×C 7 ／ D 7 ， 计算 结 果 1 ． 8 1大 于允 许 值 1 ． 3 ， 即抗滑稳定满 足要求计算表中垂 直力作用点偏向墙前 力臂 为正 ，力矩值以 向墙前旋转为正 3 ． 基底应力验 算 ( 1 ) 基底应力计 算应满足的要求 挡土墙基底应 力 不大于地基允许承载 力 ，最大基底 应力不 图 3 抗滑稳定验算及基底应力验算计算表 荻 科技推广与应用i l 大于允许承载力的 1 ． 2 倍； 基底应力的最 大值与最小值之比 不大于 《 规范》 7 ． 3 ． 5条规定的允许值。

此例查表 7 ． 3 ．5知 中等坚实土质， 基本组合允许值【 ] = 2 ． 0 ( 2 ) 基底应力计算公式 ∑G．6 M mi n— B B 式 中： P ——基底应力的最大值 m l n 或最小值( k N ／ m ) ； B ——挡 土 墙 基础 底 面宽 度 ( m) ， B = 3 ． 8 m； ∑M ——作用在基础底面全 部竖向荷载和水平荷载对基础 中心处 O 点的力矩 ( k N· m) ； ∑G ——作用在基底的全部 竖向荷载 ( k N) ； 基底应力最大值与最小值之 比为 ： -q=P ． 脚 ／P ～ ( 3 ) 数据计算 ∑G、 ∑M直接引用上述计算的单元 格中数值，计算过程与计算结果见图 3 计算结果与规范要求相比较 ，基底应力 不大于地基允许承载力 ，最 大基 底应 力 不大于允许承载力的 1 ． 2倍( 因【 盯o J 值已 满足地基承载力要求，在此不再计算修 正后的允许承载力) ； 基底应力的最大值 与最小值之比 = 1 ． 4 7 <允许值【 1 1 2 ． 0 ， 均满足要求 三、 结束语 在设计过 程中可拟定多种形式 的挡 土墙 ， 选择不 同的材料 ， 不 同的断面 ， 不 同的计算工况 ，按上述的计算方法可轻 松、 快速地修改， 得出计算结果。

从而进 行 比较 ， 选择最适合的设计方案 用 E x c e l 和 A u t o C A D相 结合进行 挡 土墙设计计算 ，充分利用 了E x c e l 的计 算功能和格式复制功能， 计算过程应仔 细复核公式输入 、单元格引用 的正确 性，从而确保计算结果 的正确性在 A u t o C A D 中利 用 “ 查 询功 能 ” 可 快速 确 定断面面积、 惯性矩、 质心 避免手工计 算过程的繁琐 ， 并保证 了最终计算结果 的正 确 、 快 速■ ( 作者单位 ： 安徽 省宿州市水利水 电 建筑勘 测设计 院2 3 4 0 0 0中水淮河规 划设计研究有限公 司 2 3 3 0 0 1 ) 0 0 0 S 0 S l ‘ - 一 ． _ 0们 “ 0 0 “ ∞ i；l 6：7 0 0 ¨ X ? I YX ? 盯 3 5 一 O ；5 ” D O 沿 叮 ；3 ” 睢M 啮 il I Y 断 I J 方 Y 的 质 径与 半蟠 转办 。