比较重力并考虑土壤反力后的浮力证明

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2023年09月27日

001816

技术文章

建模 | 结构

RFEM 6

地基与基础工程

本例介绍如何在 RFEM 中快速确定容器的浮力或浮力安全性。

本文章介绍的是钢筋混凝土水箱,该水箱高 4 米,浸入地下水。 此外,我们还研究了壁面摩擦力的作用对设计的影响。

此外,还可以在“全局参数”中对所有参数和几何形状进行编辑。 模型会自动更新。

首先,我们要检查示例中的水箱是否因地下水而漂浮。 水箱中有水,忽略水箱壁摩擦。 这种情况反映了操作状态。

验算1

钢筋混凝土水箱自重

钢筋混凝土水箱的自重

G=24,0 kN/m3 · ( 2 · 1,5 m · 10 m + 1,5 m · 12 m ) = 1152 kN/m

在地下水位达到 27 米时,地下水压力为

鞋底受压强度

Ak = 10 kN/m3 · 8,5 m · 15,0 m = 1275 kN/m

水箱中的水具有稳定作用,并且添加到水箱的自重中。

水的重量

GW = 10 kN/m3 · 3,5 m · 12,0 m = 420 kN/m

对该浮力极限状态设计表达式如下:

浮力证明

γG,stb · ( G + GW )  γG,dstb · A    mit γG,stb = 1,05 und γG,dstb = 0,950,95 · ( 1152 + 420 ) = 1493,4 kN/m1,05 · 1275 = 1338,75 kN/m1493,4  1338,8

分析表明,结构具有足够的抗浮力安全性。 剩余承载力为 1493.4 kN/m - 1338.8 kN/m = 154.65 KN/m (CO3)。

验算2

目的是检查钢筋混凝土水箱在排空时是否具有足够的抵抗浮力的安全性。 该设计验算时使用壁面摩擦。

层 1 SU, γ = 17 kN/m³, φ´= 30°

层 2 SU, γ`= 9 kN/m³, φ´= 30°

层 3 GW, γ´ = 12 kN/m³, φ´= 32,5°

水平土压力的公式如下:

a= 0; β= 0; δ= 2/3*φk; kah,SU = 0,28; kah,GW = 0.25

在每个墙面上计算得出的剪力为:

适用剪力

η = 0,8Fs,k = η · Eah,k · tan φαFs,k = 0,8 · ( 0,5 · 7,1 kN/m2 · 1,5 m  · tan 23 · 30° +  0,5 · ( 7,1 kN/m2 + 20,5 kN/m2 ) · 5,3 m · tan 23 · 30° + 0,5 · ( 18,3 kN/m2 + 27,9 kN/m2 ) · 3,2 m · tan 23 · 32,5°Fs,k = 46,32 kN/m

为了简化计算,荷载工况 4 中的荷载按线荷载施加在集装箱的上边缘,

由此可以计算出船舶的上浮极限状态 (CO5):

抗浮安全性

γG,st · G + γG,st  · Fs,k  γG,dst    γG,st = 0,95   γG,dst = 1,05G · 0,95 = 0,95 · (1152 + 2 · 46,3) = 1182,5 kN/mAk · 1,05 = 1275 · 1,05 = 1338,8 kN/m1182,5  1338,8

正如预期的那样,在 RFEM 6 中荷载组合 5 也会变得不稳定。 因此,本工况没有浮力安全。

关键词

浮力 水压力 地下水

参考文献

[1]   Dörken, W.; Dehne, E.; Kliesch, K.: Grundbau in Beispielen Teil 1, 7. Auflage. Köln: Reguvis Fachmedien, 2020

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  • 更新 2023年10月31日

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结构分析程序 RFEM 6 是模块化软件系统的基础。 主程序 RFEM 6 用于定义结构、材料以及平面或空间的板、墙、壳和杆件结构等的荷载作用。 该程序还可以设计组合结构以及实体单元和接触单元。

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