承载力计算模式

2024-07-07

承载力计算模式（精选8篇）

承载力计算模式第1篇

1 嵌岩桩的承载特性

按承载性状分类将桩分为摩擦桩和端承桩两种, 由桩侧摩擦力支承荷载的称为摩擦桩, 由桩端阻力支承荷载的称为端承桩。嵌岩桩的承载特性与桩的长径比、上覆土层性质与厚度、嵌岩段的岩性、嵌入深度及成桩工艺 (有无沉渣) 等有关:当桩端有较好的持力层, 有一些端阻力, 但在极限承载力状态下, 桩顶荷载主要由上覆土层提供的桩侧阻力承担, 传递到嵌岩部分的力就很小, 这时就呈摩擦桩性状;当上覆土层较薄, 且主要为软土, 能提供的桩侧摩阻力较为有限时, 在在极限承载力状态下, 桩顶荷载主要由桩端阻力承担, 这时就呈端承桩性状。

由于嵌岩桩的荷载--沉降性状受多种因素影响, 很难作出准确的预计。因而我们只能对嵌岩桩的承载性状进行基本分析。嵌岩桩的桩顶沉降主要由二部分组成:一是桩身混凝土的弹性压缩;二是桩底基岩的应变。这二种分量的相互关系受荷载传递机理的支配。施加在桩顶的荷载通过桩端阻力和桩侧阻力传递给桩周的土体和桩底的基岩, (其中桩侧阻力包括桩周土体侧阻力和嵌岩段侧阻力) , 桩底基岩和桩周土体应变的相对大小, 决定着桩端阻力和桩侧阻力的发挥程度。各位移分量的大小取决于桩的几何形状、荷载大小、成桩工艺及桩底基岩桩周土体和桩身混凝土的弹性模量。

对于深长的大直径钻孔嵌岩桩, 其承载特性与非嵌岩桩的荷载传递规律也相似[3], 图1为钻孔灌注桩的桩身轴力随深度变化曲线 (覆盖层为冲洪积相的粘性土和砂土, 嵌岩深度2.2m) 。从图中可看出, 增加了桩长, 嵌入了岩石, 但承载力并没有显著提高;桩身荷载 (轴力) 随深度明显地减小, 说明侧摩阻力得到了比较充分地发挥, 而基岩的端承作用未得到有效的利用;嵌岩与不嵌岩的条件并不影响侧摩阻力的发挥。因此, 深长的大直径钻孔嵌岩桩为摩擦桩, 而非端承桩, 但应注意嵌岩段具有较高的侧阻力, 嵌岩的主要作用在于发挥其桩侧阻力, 而不在其端阻力。图2为桩进入新鲜岩石和强风化岩的荷载传递曲线, 从图中可看出, 荷载 (轴力) 均随深度递减, 且两者端阻力都比较小。

一般来说, 嵌岩桩的承载性状具有如下特性。

(1) 对于粗短、清底良好的嵌岩桩 (L/d≤5) , 且嵌岩不深 (嵌岩深径比dr/r0<0.5) , 端阻力才先于上覆土层的侧阻力发挥, 且端阻力起主要作用, 其承载特性属端承桩。还有如考虑到冲刷的影响而忽略全部土层的侧阻力的桥梁嵌岩桩, 其也属端承桩范畴。

(2) 当桩端持力层为中风化硬质岩 (如花岗岩) 和微风化软质岩 (如砂岩) , 且长径比L/d≤10冲钻孔桩和长径比L/d≤12的人工挖孔桩, 嵌岩桩可按端承桩考虑。

(3) 沿海地区、大面积深厚填土区或自重湿陷性黄土地区, 当长径比L/d比较大, 而桩侧处于厚层软土中 (如欠固结淤泥) 或自重湿陷性黄土、松散填土时, 则将产生负摩阻力的情况。其承载力主要靠嵌岩段侧阻和端阻承担, 嵌岩桩可按端承桩考虑。

(4) 对于长径比L/d>15-20的泥浆护壁冲钻孔灌注桩, 无论嵌入风化岩还是完整基岩中, 其荷载传递具有摩擦型桩的特性, 一般端承桩所占比例不超过20%, 属于摩擦型桩。

(5) 当长径比L/d≥40, 且覆盖层为非软弱土层时, 嵌岩桩的端承作用较小, 桩端嵌入中微风化或新鲜基岩不会明显改变桩的承载性状, 上部荷载主要由桩侧摩阻承担, 属于摩擦桩。当长径比L/d接近100时, 桩端土性质的影响几乎为零。

(6) 对于嵌入软质基岩, 桩周为均匀硬土层且长径比L/d较大的嵌岩桩。桩侧阻和端阻充分发挥所需的极限相对位移同桩周土体和桩底基岩的强度有关, 强度越高所需的极限位移越小, 强度越低则所需的极限位移越大。当桩底基岩较软, 长径比较大时, 桩顶荷载作用下, 桩身位移相对较大, 桩周土体强度较高时, 其发挥极限侧阻所需位移相对较小, 故桩侧阻力首先达到极限值, 此时桩端阻力尚未达到极限值, 这种嵌岩桩, 其端阻只占桩总承载能力的一部分, 可称为端承摩擦桩 (侧阻占大部分) 或摩擦端承桩 (端阻占大部分) 。

(7) 对于嵌入硬质基岩, 当混凝土桩的孔底沉渣较厚, 因嵌岩桩存在“软垫”效应, 桩的承载性状表现为摩擦桩或摩擦端承桩 (当沉渣较薄时) 。

1.1 嵌岩桩侧摩阻力

嵌岩桩的荷载传递特征是荷载首先通过侧阻力传递于嵌岩段侧壁, 在产生一定的剪应变后, 一部分荷载才传递到桩底。由于嵌岩段的单位侧阻力比土层高很多, 因而端阻力所占的比例很低。嵌岩桩侧摩阻力在几个毫米时就可以发挥[5], 桩身的压缩量很容易达到毫米级, 就足以发挥侧摩阻力, 因此, 荷载是从桩顶依次向下传递, 桩顶的荷载大部分被侧摩阻力所平衡, 传给桩端的荷载就剩下不多了。

大量实测资料表明, 嵌岩桩的端阻力与侧阻力之比并不接近于1.0, 根据国内外150根嵌岩桩的实测资料 (1) (其中国内39根国外111根;无覆盖层20根, 有覆盖层130根, 长度l=3.0m~55.0m, 直径d=0.5m~8.0m L/d=1~63.7) , 给出了嵌岩桩在竖向荷载下端阻分担荷载比Qpk/Quk与桩的长径比L/d之间的关系。当L/d从1增加至20时, Qpk Quk自100%随L/d增大而递减至大约30%;L/d当从20增大至63.7时, Qpk/Quk一般不会超过30%, 其中大部分桩在20%以下, 不少桩在5%以下。与此相对应, 桩的侧阻力 (严格地说应包括侧阻力和嵌固力) 大约在L/d10~20时开始起主要作用, 侧阻分担荷载比Qsk/Quk随L/d增大而增大, 一般保持在70%以上, 大部分在以上80%, 不少桩在95%以上, 这是因为桩身的弹性压缩变形就足以使侧阻力得到发挥。

侧阻力占很大比例的原因有三点。

(1) 较长的桩受荷后桩身的弹性压缩量比较大, 桩土之间相对位移也比较大, 足以使侧阻得以发挥。

(2) 由于施工工艺的限制, 桩底沉渣很难清除干净, 桩愈长, 沉渣愈难清除, 沉渣的压实使桩身位移, 提供了侧阻发挥的条件。

(3) 由于岩石与桩的连接是脆性的, 在较小的位移条件下嵌固段的阻力就可以达到峰值, 而且先于土的侧阻力得到发挥, 嵌固深度愈深, 端阻力的比例愈低。

1.2 嵌岩端阻力

嵌岩桩可采用机械钻孔或人工挖孔方法成孔, 将桩嵌入岩体内一定的深度。嵌入基岩部分的桩与基岩的相互作用比较复杂, 嵌岩段的嵌固力与底部的端阻力发挥的过程是不同的。嵌岩桩的端阻力与桩的极限承载力之比随嵌岩深径比 (桩嵌入中或微风化岩体的深度与桩径之比) 增大而急剧减小, 侧阻力与深径比的关系不大;桩嵌岩越深, 端阻力的贡献越小;与一般的观念正好相反。

图3所示为不同桩、岩刚度比Ep/Er (Ep-桩身弹性模量、Er-岩石弹性模量) 干作业条件下, 桩端分担荷载比Fb/Ff (Fb-总桩端阻力、Ff-岩面桩顶荷载) 随着嵌岩深径比dr/r0的变化。从图中看出, 桩端总阻力Fb随Ep/Er增大而增大, 随深径比增大而减小。

实测资料说明, 当嵌岩深度为3倍桩径时, 桩的嵌固力与端阻力可以得到很好的配合, 嵌固力占总承载力的75%以上, 可以用最少的工程量获得最佳的承载效果。当嵌岩深度超过5倍桩径后, 端阻力反而趋近于零[11] (端阻系数ζp=0) 。新修订的《建筑桩基技术规范》 (2) 最佳嵌岩深度为0.5~1倍桩径, 当嵌岩深度超过3倍桩径后, 端阻力不计 (端阻系数ζp=0) , 见表1。文献[6]指出:对于大直径超长钻孔灌注桩, 若桩端嵌岩条件较好时, 其承载特性表现为端承摩擦桩, 端承力约占荷载的20%, 同时, 加大嵌岩段的深度对提高承载力的效果不是很明显, 通常嵌入到中微风硬质岩0.5倍的桩径即可。当基岩为硬质岩时, 由于桩身混凝土强度与岩石抗压强度相当, 因此, 一味采用扩大桩端, 只会造成浪费及施工难度加大。而红层 (软质岩) 中, 最佳嵌岩深度为3倍桩径, 最大嵌岩深度为5倍桩径[10]。

对于端承型或摩擦端承型的嵌岩桩, 由于岩体的侧阻和端阻都很高, 应适当提高砼强度等级及其配筋率, 以尽可能发挥基岩的作用。

2 嵌岩桩承载力的计算模式

嵌岩桩承载力计算模式大体分成三类[11,12,13,14,15,16]。

第一类是只计桩端阻力, 其端阻力的确定方法是将岩石饱和单轴极限抗压强度乘以某一折减系数, 只符合支承于基岩表面的短粗桩的承载力性状, 如《建筑地基基础设计规范》 (GBJ7-89) 。《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2002) 延续GBJ7-89规范, 按端承桩设计, 给出的嵌岩桩承载力估算式:

式中:Ra为嵌岩桩单桩竖向承载力特征值;qpa为桩端岩石承载力特征值;Ap为桩底端横截面面积。

其只计端阻力, 而不计侧阻、嵌岩阻力, 主要是考虑到硬质岩的强度超过桩身混凝土强度, 设计以桩身强度控制, 不必再计入侧阻、嵌岩阻力等不定因素, 简化计算。

第二类是嵌岩桩的承载力只计嵌岩部分的侧阻力和端阻力, 不计覆盖土层的侧阻力。如《铁路桥涵地基和基础设计规范》 (TB10002.5-2005) 和《公路桥涵地基与基础设计规范》 (TJT024-85) 给出的嵌岩桩承载力估算式:

式中:[P]为桩的容许承载力;R为岩石单轴抗压强度;A为桩底截面面积;U为桩嵌入基岩部分的截面周长;h为桩嵌入基岩深度;C1、C2为系数, 根据岩石破碎程度和清底情况决定) 均属此类, 主要是考虑到冲刷的影响而忽略全部土层的侧阻力。

第三类是嵌岩桩的承载力由3部分组成, 即土层的侧阻力、嵌岩段的侧阻力和端阻力, 如《建筑桩基技术规范》 (JGJ94-94) 、《高层建筑岩土工程勘察规程》 (JGJ72-2004) 和《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》 (JTJ285-2000) 。其端阻力和嵌岩段的侧阻力都与岩石的饱和单轴抗压强度建立联系, 用经验的计算系数表示。同时, 高规 (JGJ72-2004) 给出了嵌岩桩岩石极限侧阻力和极限端阻力值取值范围。

桩基规范 (JGJ94-94) 给出的嵌岩桩承载力估算式:

式中:Quk为嵌岩桩单桩竖向承载力标准值;Qsk为土的总极限侧阻力标准值;Qrk为嵌岩段总极限侧阻力标准值;Qpk为总极限端阻力标准值。

3 结语

(1) 嵌岩桩可表现为端承及摩擦两种不同的承载性状, 不应将嵌岩桩一概视为端承桩。它可以是摩擦端承桩、端承摩擦桩, 甚至是摩擦桩, 在工程设计中应根据实际情况, 具体判定嵌岩桩的承载特性。

(2) 嵌岩桩侧摩阻力的分担比例随长径比 (L/d) 的增大而增大;当桩的长径比较大 (L/d>20) , 而覆盖层又不太软弱的情况下, 侧阻力分担荷载比Qsk/Quk都超过了70%, 大部分在80%以上, 端阻力分担荷载的比例很小。

(3) 嵌岩桩的端阻力与桩的极限承载力之比随嵌岩深径比增大而急剧减小, 桩嵌岩越深, 端阻力的贡献越小;侧阻力与深径比的关系不大。最佳嵌岩深度:中-微风硬质岩0.5~1倍桩径, 软质岩为2~3倍桩径。

(4) 对于端承型或摩擦端承型的嵌岩桩, 由于岩体的侧阻和端阻都很高, 应适当提高砼强度等级及其配筋率, 以尽可能发挥基岩的作用。

承载力计算模式第2篇

在明确了水资源承载能力和承载水平关系的条件下,对水资源承载水平进行分析,提出水资源承载水平随经济社会发展、人民生活状况的改善而不断提高,进而提出承载水平的分级标准和计算方法.最后以海南省为实例进行了计算,确定了海南省不同承载水平下的`指标值,并计算出海南相应水平下的可承载人口和经济规模,为区域决策提供了理论依据.

作者：袁鹰甘泓汪林游进军 YUAN Ying GAN Hong WANG Lin YOU Jin-jun 作者单位：袁鹰,YUAN Ying(中国水利水电科学研究院水资源研究所,北京,100044;广东省水利电力勘测设计研究院,广州,510710)

甘泓,汪林,游进军,GAN Hong,WANG Lin,YOU Jin-jun(中国水利水电科学研究院水资源研究所,北京,100044)

结构承载力可靠度计算方法第3篇

关键词：一次二阶矩,计算参数,结构可靠度

结构可靠度的定义为:“在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率”。结构工程中的荷载、材料性能、结构尺寸及计算方法等都有很大的不确定性。所以,结构工程的计算公式可靠度必须达到规定数值。结构工程构件的可靠度分析,实际上是构件在既有荷载和结构抗力的统计特征(统计参数和概率分布类型)已知的情况下,通过具体计算分析确定该类构件的可靠指标β值,进而了解其失效概率。

荷载对结构可靠度有着重要的影响,在可靠度分析中一般取荷载最简单的组合。结构可靠度研究采用了考虑随机变量分布类型的一次二阶矩法。

1 荷载不定性及抗力不定性

1.1 荷载不定性

工程中,荷载的不定性可由荷载实际值和标准值之比来表达。荷载不定性也是个随机变量,可以用KL来表示。根据现有的研究成果,工程中常见荷载的的基本统计参数如下表1所示[1]

1.2 抗力不定性

结构抗力是指结构承受外加作用的能力,影响结构抗力的因素可归结为一下三个主要因素:材料性能的不定性KM、几何参数的不定性KA和计算模式的不定性KP。

1.2.1 材料性能不定性

结构构件材料性能不定性可以采用随机变量KM来表示

式中,K0为反映结构构件材料性能和试件性能差别的随机变量;Kf为反映试件材料性能不定性随机变量;fm为结构构件实际的材料性能值;f8为试件的材料性能值;fk为规范规定的材料性能标准值;k0为规范规定的反映结构构件的材料性能与试件材料性能差别的系数。

则

式中，μ和δ分布为均值和变异系数。

文献[2,3]给出了常见结构材料KM的统计参数。

1.2.2 几何参数的不定性

结构构件几何参数,一般是指构件的截面几何特征,如高度、宽度、面积、混凝土保护层等,及构件的长度、跨度、偏心距等;还包括由这些几何参数构成的函数。几何参数是一个随机变量,其不确定性用KA表示

式中,a、ak分别为构件几何参数的实际值和标准值。

同理,KA的均值和变异系数分别为

文献[2]给出了常见结构构件几何特征KA的统计参数。

1.2.3 计算模式的不定性

结构构件计算模式的不定性,主要是指抗力计算中采用的某些基本假定的近似性和计算公式的不精确性等引起的不确定性。

结构构件计算模式的不定性用随机变量KP表示

式中,R为结构构件的实际抗力值,一般取试验值或精确计算值;Rj为按规范公式计算的结构构件抗力计算值。计算时应用材料性能和几何尺寸的实际值。

文献[2,3]给出了常见结构构件KP的统计参数。

1.2.4 结构抗力的不定性

根据《建筑结构可靠度设计统一标准》[3]的规定,结构构件抗力不定性的统计参数可按下式简化计算

式中,分别为抗力不定性的平均值和变异系数。

2 可靠度分析

结构极限状态方程为R-S=0,R为抗力,S为荷载效应。

所以

式中,RK为抗力标准值;γG、γQ为恒载和活载的荷载系数;γR为抗力分项系数;为恒载和活载标准值产生的效应。

以下将详细介绍一次二阶矩法求结构可靠度步骤。

1)确定荷载标准值SK

这里采用工程中最简单的荷载组合:恒荷载+活荷载(住宅活载和办公楼活载)。为了研究恒载在荷载组合中占的比例对结构可靠度指标的影响,引入参数荷载比

实际工程中,荷载比的取值一般在0.25～4.0之间变化。因此本文在分析时取荷载比为1.0,活载为办公楼荷载。此时,由可变荷载控制,恒载和活载的荷载系数分别取1.2和1.4。

2)确定抗力标准值RK

结构抗力表达式通常可表达为几项和Rk=γRSk=γR(Rk1+Rk2+……)。在根据已知变量的标准值,我们可以找出各项表达式之间的比值关系。

3)确定μs。

一般认为恒载为正态分布,办公楼活载为极值Ⅰ型分布。

4)确定μR

一般认为抗力的分布类型为对数正态分布。

5)确定σS,σR

6)随机变量当量正态化

许多随机变量并不服从正态分布。当量正态化就是将不服从正态分布的随机变量Xi等效为正态随机变量Xi',当量正态化的条件是,在验算点处使非正态随机变量Xi的概率分布函数值与当量正态随机变量Xi'的概率分布函数值相等,Xi的概率密度函数值与Xi'的概率密度函数值相等,由此可得出

xi*为验算点,这样可靠指标β为

gx(x1*,x2*,x3*,……,xn*)为极限状态方程。

对于比较常见了对数正态分布和极值Ⅰ型分布,对数正态分布当量正态化过程如下:

极值Ⅰ型分布当量正态化过程如下:

7)计算步骤

用当量正态方法迭代计算可靠指标的步骤为:

①取定初始验算点x*(0),一般可取。

②由式(15)、(16)计算。

③由式(17)计算β。

④由式(18)计算。

⑤由式(19)计算新的验算点x*(1)=(x1*(0),X2*(0),……,xn*(0))。

⑥若‖x*(1)-x*(0)‖<ε,ε为规定的允许误差,则停止迭代,所求β即为要求的可靠指标;否则,取x*(0)=x*(1)转②迭代。

3 分析实例

求《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)中轴心受拉钢筋混凝土构件指标β,C20混凝土,HRB335钢筋。[45]

已知:取γR=1.1,荷载比ρ=1.0。

参考文献

[1] 中国建筑科学研究院.GBJ 68-84,建筑结构设计统一标准[S].北京:中国建筑工业出版社,1994

[2] 贡金鑫,魏巍巍.工程结构可靠度性设计原理[M].北京:机械工业出版社,2007

[3] 李国强,黄宏伟,郑步全.工程结构荷载与可靠度设计原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2001

[4] 中国建筑科学研究院.GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002

区域水资源承载力计算模型第4篇

承载力 (carrying capacity) 是一个起源于古希腊时代的古老概念, 在生态学中一般被定义为某一生境 (habitat) 所能支持的某一物种的最大数量, 对生物学和生态学的发展具有重要影响。20世纪60-70年代, 随着自然资源耗竭和环境恶化等全球性问题的爆发以及之后可持续发展理念的提出使得承载力概念在人口、自然资源管理及环境规划和管理等领域都得到了广泛的应用和研究[1]。水资源承载力是承载力概念与水资源领域的自然结合, 是随着水资源与水环境问题的日益突出由我国学者在20世纪80年代末提出来的[2,4], 在吸收了国外承载力研究成果的基础上, 水资源承载力的研究在我国得到了独立的发展, 取得了较为丰富的成果[2,3,4,5,6]。

1 水资源承载力的定义及研究方法

有关水资源承载力的研究虽然取得了一定的成果, 但是目前对于水资源承载力的认识还不统一, 尚未取得公认的定义。水资源承载力的研究在基本概念体系上经历了由传统水利向资源水利, 再由资源水利向可持续发展理念转变的过程[6], 目前较为公认的定义为:在某一具体的历史发展阶段下, 以可以预见的技术、经济和社会发展水平为依据, 以可持续发展为原则, 以维护生态环境良性发展为条件, 经过优化配置, 水资源对该地区社会经济发展的最大支撑能力[5]。

由于有关对水资源承载力的概念认识、定义目前尚未统一, 因此, 随着人们研究目的、视角和对象的不同, 有关水资源承载力的研究方法也各不相同。从总体而言, 目前有关水资源承载力的研究方法主要可归结为4类:供需分析法, 是从水资源的供需平衡的角度进行分析以水资源利用负荷率或平衡指数来小描述水资源承载力[7,8];开发潜力分析法, 是对水资源的开发利用程度与社会经济的发展水平进行分析, 以水资源的开发利用水平或开发利用潜力描述水资源承载力[9,10,11,12];情景分析法, 是通过对水资源-生态-社会经济系统进行分析并设置不同的情景, 通过情景分析寻找“最理想”的水资源开发利用模式[13,14];多目标优化模型法, 是建立水资源-生态-社会经济系统数学模型, 以水资源所能承载的最大人口数量和经济规模描述水资源承载力[15,16,17,18,19,20,21,22]。在上述的4类研究方法中, 多目标优化模型法与目前所公认的水资源源承载力的定义最为相符, 能够给出水资源承载力的直观量度。

2 区域水资源承载力计算的数学模型

研究水资源承载力应用的数学模型主要有两种:一种是应用系统动力学的模型进行仿真预测, 可以根据输入的不同策略进行仿真, 得到不同策略下水资源承载力的预测结果[21,22];另一种是建立多目标优化模型, 应用资源优化配置的理论, 考虑水资源、水环境、经济社会发展的各种约束条件, 追求经济效益最大, 对于环境的影响最小, 研究不同策略下的水资源所能承载的经济、人口规模[15,16,17,18,19,20]。

2.1 区域水资源承载力模型的理论分析

区域水资源承载力的承载体是区域水资源, 即可供区域开发利用的各种形式、各种质地的水资源, 其承载对象是区域所有与水相关联的人类活动和生态环境, 包括生活方面、工农业生产、商业、娱乐景观及生态环境用水等。区域水资源承载力主要由三方面因素决定:区域水资源赋存状况、区域水资源的开发利用能力和区域用水结构和用水水平[17,18]。

区域水资源赋存状况, 一般指可供区域利用的水资源潜力Wt:

$W_{t} = (W_{t 1}, W_{t 2}, \dots, W_{t n}) (1)$

式中:Wti (i=1, 2, …, n) 为水资源元素, 表示t时期 (年份) 区域中第i种水资源的总量, 万m3;n为区域中水资源种类总数。

区域水资源的开发利用能力, 反映了区域的水资源开发利用水平, 取决于区域内的水利工程状况以及管理水平等。区域水资源的开发利用能力可用开发利用率来αt表示:

$α_{t} = (α_{t 1}, α_{t 2}, \dots, α_{t n}) (2)$

式中:αti (i=1, 2, …, n) 为水资源开发利用度因子, 表示t时期区域对第i种水资源的最大可开发利用程度, 0≤αti≤1.0, 受区域的社会、经济、生态环境状况及生产力、科技水平等因素制约。

区域用水结构和用水水平包括两方面, 一是经济社会中水资源在各个用水对象间的分配, 二是各个用水对象对所分配的水资源量的利用率和水资源的功效。

用水结构可用配水系数来表示:

$β_{t}^{k} = (\begin{matrix} β_{t 11}^{k} & β_{t 12}^{k} & \dots & β_{t 1 m}^{k} \\ β_{t 21}^{k} & β_{t 22}^{k} & \dots & β_{t 2 m}^{k} \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ \\ β_{t n 1}^{k} & β_{t n 2}^{k} & \dots & β_{t n m}^{k} \end{matrix}) (3)$

式中:β $_{t}^{k}$ 为t时期的配水系数矩阵, 代表区域的某种 (k) 配水方案, 矩阵元素β $_{t i j}^{k}$ 为配系数, 表示第i种水资源分配给第j个用水对象的比例, $0 \leq β_{t i j}^{k} \leq 1.0 ‚ 0 \leq \sum_{j = 1}^{m} β_{t i j}^{k} \leq 1.0$ 。

用水水平可用功效系数表示:

$U_{W t} = (\begin{matrix} U_{W t 11} & U_{W t 12} & \dots & U_{W t 1 m} \\ U_{W t 21} & U_{W t 22} & \dots & U_{W t 2 m} \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ \\ U_{W t n 1} & U_{W t n 2} & \dots & U_{W t n m} \end{matrix}) (4)$

式中:UWt为t时期区域水资源的功效矩阵;UWtij为水资源的功效因子, 表示单位第i种水资源量对第j个用水对象的最大支持能力:对生活用水, 即为人均生活用水定的倒数, 人/m3;对工农业生产即为单方水的产值, 元/m3。UWtij≥0, 若某种水资源对某用水对象不能支持, 则UWtij=0。正如水资源承载定义所述, 是水资源对社会经济发展的最大支撑能力, 故当进行未来某一水平年的水资源承载力分析时, UWtij应为充分考虑科技发展水平和节水措施基础上的单位水资源量对区域各用水对象的最大支持能力, 或支持潜力, 故它一般应大于等于现状实际的单位水资源量的支持能力。

考虑到区域的水资源潜力和区域水资源开发能力, 则可确定出区域水资源可供水量:

$W_{S t} = (W_{S t 1}, W_{S t 2}, \dots, W_{S t n}) (5)$

其中, WSti=Wtiαti。各用水对象所分配到的各种水资源量为:

$\begin{array}{l} W_{b t}^{k} = (\begin{matrix} W_{b t 11}^{k} & W_{b t 12}^{k} & \dots & W_{b t 1 m}^{k} \\ W_{b t 21}^{k} & W_{b t 22}^{k} & \dots & W_{b t 2 m}^{k} \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ \\ W_{b t n 1}^{k} & W_{b t n 2}^{k} & \dots & W_{b t n m}^{k} \end{matrix}) \\ W_{b t}^{k} = (W_{b t 1}^{k}, W_{b t 2}^{k}, \dots, W_{b t m}^{k}) (6) \end{array}$

其中, $W_{b t i j}^{k} = W_{S t i} β_{t i j}^{k} ‚ W_{b t i}^{k} = \sum_{i = 1}^{n} W_{b t i j}^{k} ‚ (j = 1, 2, \dots, m)$ 。则各种水资源对各用水对象的支撑能力为:

$Ζ_{W t}^{k} = (Ζ_{W t 1}^{k}, Ζ_{W t 2}^{k}, \dots, Ζ_{W t m}^{k}) (7)$

其中 $Ζ_{W t j}^{k} = \sum_{i = 1}^{n} W_{b t i j}^{k} U_{W t i j}$ 。

一般地, 对于某一水平年而, 区域的水资源潜力 (总量) 、开发利用水平以及各个用水对象的水资源的功效是相对不变的, 因此, 水资源对于社会经济的支撑能力随配水方案β $_{t}^{k}$ 的不同而变化, 即不同的配水方案的支撑能力不同。因为不同的用水对象的水资源的功效系数是不同的。则区域水资源承载能力CWt可表示为:

$C_{W t} = \underset{k, j}{Ο p t} {Ζ_{W t j}^{k}} (8)$

2.2 区域水资源承载力的计算模型

由式 (7) 和式 (8) 可知, 区域水资源承载力是由水资源对各个用水对象的支撑能力分量的集成而确定的。由于各个用水对象之间的性质不同, 水资源的功效不同, 因此各个支撑能力的分量具有不可公度性, 这样根据式 (7) 所得到的水资源对于各个用水对象的支撑能力不具有可比性, 不能给人以直观的判断, 也不便于进行优化。为了使水资源承载力分量具有可比性, 必须对水资源承载力分量进行变换。

实际上, 对于一个区域而言, 各用水方面的最终目的是为了满足人的需求, 是以人为核心、为主体的, 是以人的价值观为出发点来考虑问题的。人的需求是多方面的, 假定社会对各方面的人均需求构成一个向量 (此需求应与用水对象是一致的) :

$R = (R_{t 1}, R_{t 2}, \dots, R_{t m})$

式中:Rtk为t时期第j方面的 (理想) 人均需求量, 它反映了区域生活水平。

对于生活用水而言, 因为支撑能力即为人口数量, 所以Rt即为 (理想) 人均生活需水量与生活用水功效系数的乘积。

无论是哪一个用水对象都是为了满足人的需求, 其用水的总功效是要满足一定的人口的需求, 为了更直观地判断一个区域的水资源承载力, 可用水资源承载的人口数作为承载力的综合性指标, 这与承载力的定义是一致的, 不仅直观, 而且也便于不同阶段及不同区域间水资源承载力的分析比较。这样区域水资源承载力的求解问题就是在不同的配水方案下承载的最大人口数量的优化问题。故区域水资源承载力的计算模型为:

$\begin{array}{l} Ο B . Ρ_{m t} = \max_{k} \min_{j} (\frac{Ζ_{W t j}^{k}}{R_{t j}}) \\ S Τ \sum_{j = 1}^{m} β_{W i j}^{k} \leq 1.0 \\ 0 \leq β_{t i j}^{k} \leq 1.0 \end{array}$

式中:Pmt为t时期区域水资源承载的最大人口数量。

通过进一步的分析, 可得出上述模型的等价模型:

$\begin{array}{l} Ο B . Ρ_{m t} = \max_{k} \min_{j} [\sum_{i = 1}^{n} \frac{(W_{t i} α_{t i} β_{t i j}^{k}) U_{W t i j}}{R_{t j}}] (9) \\ S Τ \frac{\sum_{i = 1}^{n} (W_{t i} α_{t i} β_{t i j}^{k}) U_{W t i j}}{Ρ_{t}^{k}} \geq R_{i j} ‚ j = 1, 2, \dots, m (10) \\ \sum_{j = 1}^{m} (\frac{Ρ_{t}^{k} R_{t j}}{U_{W t j}}) \leq W_{S t i} ‚ i = 1, 2, \dots, n (11) \\ \sum_{j = 1}^{m} β_{t i j}^{k} \leq 1.0 (12) \\ 0 \leq β_{t i j}^{k} \leq 1.0 (13) \end{array}$

式中:P $_{t}^{k}$ 为t时期相对于第k个配水方案对各个用水对象的支撑能力的最小值。

2.3 区域水资源承载力的计算模型求解

由式 (9) - (13) 构成的水资源承载力计算模型, 对于一定区域的某一时期t, 在假定Wt, αt, UWt, R已定的情况下, Pmt的求解就是一个以β $_{t}^{k}$ 为决策变量的线性优化问题。当水资源短缺时, 要使水资源所支撑的人口最大, 就必须使约束条件式 (10) - (12) 取等于号, 特别地, 当供水不考虑水源种类的影响, 即仅考虑水资源总量的分配 (i=1) , 且环境用水优先时, 可根据式 (11) 推求出最大支撑人口数量, 即:

$Ρ_{m t} = \frac{W_{S t} - W_{e t}}{\sum_{j - 1}^{m} \frac{R_{t j}}{U_{W t j}}} (14)$

式中:WSt为区域水资源总量;Wet为环境用水量。

若仅考虑生活、生产2个用水对象, 则水资源承载力模型的求解可用图1来描述。

3 区域水资源承载力模型的应用

廊坊市位于华北平原东北部, 京津两大城市之间, 全市国土面积6 429 km2, 总人口387.2万人, 耕地36.8万hm2。全市多年平均水资源总量为8.041亿m3, 人均水资源量为208 m3, 耕地平均水资源量占有量为2 115 m3/hm2, 均低于全省平均值, 人均水资源远低于国际公认的水资源极度紧缺标准500 m3。现用本文中提出的数学模型对廊坊市2005年水资源现状承载力进行分析。用水对象分为生活用水、农业用水、工业用水、第三产业用水和环境用水, 生活水平考虑现状和小康2种情况。根据相关资料确定廊坊市区域小康型生活水平指标为:人均生活用水量为80 L/ (人·d) , 人均GDP为10 000元[18]。水资源可利用总量、现状用水功效系数、人均需求如表1、表2、表3所示。

由于环境用水量的功效很难进行定量量度, 因此将其作为优先满足的用水对象。将水资源可利用总量 (矿化度<3 g/L) 、环境用水量、用水功效系数、现状人均需求代入式 (14) , 即可推求出廊坊市区域不同需求下的现状水资源承载力 (见表4) 。

由表4中水资源承载力计算结果可以看出:在现状生活水平下, 按照现状生产力发展水平和产业结构, 现状人口数量超过了水资源所能支撑的最大人口数, 人口超标率为35.4%, 水资源承载力不足, 社会经济的发展规模超过了水资源承载力;在小康型生活水平下, 按照现状生产力发展水平和产业结构, 现状人口未超过水资源所能支撑的最大人口数, 人口超标率为-0.4%, 社会经济的发展规模未超过水资源承载力。

4 结语

目前有关区域水资源承载力多目标数学模型已有一些研究成果, 但各种成果在目标函数、约束条件等方面的处理都不尽相同, 在概念的揭示、模型的求解方面也有较大的差异, 特别是, 有些模型较为复杂, 求解困难。文中在现有研究成果[17,18,19]的基础上, 对目标函数和约束条件进行了完善, 建立了以最大人口为目标的区域水资源承载力优化模型, 并给出了在简化条件下的简便解法, 应用实例表明该模型概念清楚, 求解方便。

摘要：对目前水资源承载力的研究方法进行了归纳和总结, 认为目前水资源承载力的研究方法可归纳为供需分析法、开发潜力分析法、情景分析法和多目标优化模型法。在现有研究成果的基础上建立了多目标优化模型, 并给出了简化条件下的简便解法。应用实例表明该法概念清楚, 简便可行。

浅论盖梁抗弯承载力计算第5篇

据调查分析,公路桥墩台盖梁的跨高比l/h绝大多数在3～5之间,属于深受弯构件的短梁,但未进入深梁范围,所以在JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中,其计算方法应按深受弯构件计算,而其构造则不必按深梁的特殊要求。而在JTJ 023—85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中,盖梁是按一般构件计算的。可以看出,在前面这两种设计规范中,盖梁的计算方法是不同的,笔者主要根据JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范和JTJ 023—85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范计算出盖梁配筋率的变化规律,旨在为桥梁设计和施工提供一些参考。

1 相应的规范条文

1.1 JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范相应条文

规范中第8.2.2条规定:本节规定的钢筋混凝土盖梁,其跨高比l/h为:简支梁2.0

规范中第8.2.4条规定:钢筋混凝土盖梁的正截面抗弯承载力应按下列规定计算[1],

式中,Md为盖梁最大弯矩组合设计值;fsd为纵向普通钢筋抗拉强度设计值;As为受拉区普通钢筋截面面积;z为内力臂;x为截面受压区高度;h0为截面有效高度。

1.2 JTJ 023—85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范相应条文

规范中第3.4.2条规定:双柱式墩台,当盖梁的刚度与柱的刚度比大于5时,盖梁可按简支梁计算;当墩台承受较大横向力时,则盖梁应作为刚构的一部分进行计算[2]。

规范中第3.4.3条规定:当盖梁的计算跨径与梁高之比,对于简支梁小于2.0,对于连续梁小于2.5时,盖梁可按深梁设计[2]。2计算与对比

本文所讨论的盖梁对比计算是在上部结构对盖梁产生的荷载、材料(混凝土和钢筋)和地质条件均相同的情况下进行比较的。

1)算例基本数据。盖梁高1.5 m,宽2.4 m。柱的直径为1.8 m,长度为8.0 m,其下为直径1.8 m的桩,实际结构的具体尺寸和荷载见第93页图1。土中基础变形系数α=0.336 m-1,冲涮线以下桩长28.0 m,直径为1.8 m,地基土比例系数m和m0为15 000 kN/m4。盖梁混凝土采用C25钢筋直径为20 mm,钢筋采用HRB335钢筋。盖梁的悬臂长lx=2.25 m[3,4]。

2)作用于盖梁上的荷载,铺装、护栏等自重168.88 k N,主梁自重841.74 kN,盖梁自重69.24kN/m,其余荷载见表1。

注:加载时考虑了恒载和汽车荷载的影响,其中,活载A是指对称的汽车荷载,活载B是指非对称的汽车荷载。

3)对比计算。随着盖梁跨径l变化,根据JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范和JTJ 023—85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范计算的盖梁的跨中弯矩组合值、配筋见表2,表3,表4。

3 结束语

通过表4可以看出:对于盖梁跨中正截面抗弯承载力配筋,根据JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范计算出的结果并不是绝对的比根据JTJ 023—85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范计算出的结果大或者小。

随着盖梁跨高比l/h的变化,有不同的变化规律:当l/h比较接近5.0时,即盖梁比较接近一般梁的范围时,满足JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范所需的配筋要比满足JTJ 023—85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范所需的钢筋少;随着l/h的减小,盖梁越来越接近深梁,满足JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范所需的配筋要比满足JTJ 023—85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范所需的钢筋多。可以看出,JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中规定的按短梁计算盖梁跨中正截面抗弯承载力计算方法要比JTJ 023—85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中规定的按一般梁更合理,更安全。

摘要：将不同的盖梁跨径下计算出的公路桥梁盖梁的正截面抗弯承载力进行对比,通过总结出跨中截面配筋随着盖梁跨径的变化规律,为桥梁设计和施工提供一些参考。

关键词：桥梁,盖梁,抗弯承载力,规范

参考文献

[1]中交规划设计院.JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]中交规划设计院.JTJ023—85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社,1985.

[3]中交规划设计院.JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

异形格构柱稳定承载力计算第6篇

1 异形格构柱稳定承载力实用计算方法

异形格构柱由于各分肢的相互作用受横向隔板 ( 或者横向钢梁) 影响较大, 没有一个计算长细比的确定方法, 这为异形格构柱的设计带来困难。文献[1]提出了利用弹性屈曲分析得到的特征值屈曲荷载, 通过式 ( 1) 计算得到异形格构柱的等效长细比。

其中, λe为等效长细比; Pe为弹性屈曲荷载; E为弹性模量; A为异形格构柱各分肢截面面积之和。

参考GB 50017—2003 钢结构设计规范对普通柱设计承载力计算以及文献[1]的研究成果, 本文提出异形格构柱的稳定设计承载力计算方法, 如式 ( 2) 所示, 本公式仅在弯矩比例较小的情况下适用。

其中, μ 为考虑荷载偏心以及弯矩对异形柱不利的修正系数, 此系数小于1, 建议取0. 6 ~ 0. 8; φe为等效稳定系数, 根据等效长细比, GB 50017—2003 钢结构设计规范附录C可得; f为材料强度设计值; A为异形格构柱各分肢截面面积之和。

本文与文献[1]区别在于, 文献[1]考虑弯矩对稳定承载力影响时, 首先修正长细比, 物理意义明确, 但是文献[1]方法需要精确求解异形柱的弯矩, 在实际工程中, 异形柱弯矩组成复杂, 求解困难, 不利于工程应用。本文通过大量算例和文献, 得到了在弯矩比例较低情况下, 异形柱稳定承载力的计算方法, 计算方法简单。

2 工程实例

成都某大型商场观光电梯结构平面布置图以及剖面图如图3所示, 此结构可以分解为3 个异形柱, 异形柱所在的轴线号分别为DT-A, DT-B和DT-C, 电梯运行荷载施加在异形柱柱顶, 运行荷载大小为70 k N。材料为Q345, 梁柱截面形式均为矩管, 梁截面尺寸为300×200×10×10, 柱截面尺寸为300×300×14×14。

由于DT-B轴异形柱分肢间距最大, 横向钢梁对分肢的约束效果最差, 为受力最不利的异形柱, 故取DT-B轴异性柱基于MIDAS建立宏观单元模型, 如图4 所示, 柱脚为铰接, 在楼层处主体结构对异性柱有水平方向约束, 计算得弹性屈曲荷载为3 290 kN。根据式 ( 1) 可知 λe= 140. 6; 根据《钢结构设计规范》附录C, 按照C类截面查询可知 φe= 0. 229; 由于三个异形柱宽度差异较大, 荷载偏心引起的弯矩会较大, 故 μ=0. 6, 根据式 ( 2) 可计算得此异形柱的稳定设计承载力F=1 364 kN>70 kN, 故此异形柱稳定计算满足要求。

3 结语

本文提出了异形格构柱的稳定承载力计算方法, 并将此方法应用于实际工程中。此工程已经投入使用, 且观光电梯运行良好, 证明了此方法的正确性和可靠性。

参考文献

[1]田伟, 干钢.考虑弯矩作用梭形格构柱稳定承载力实用算法研究[J].建筑结构, 2013, 43 (15) :63-67.

[2]兰勇, 郭彦林, 陈国栋.梭形钢格构柱弹性屈曲性能[J].建筑结构学报, 2002, 23 (5) :18-24.

[3]郭彦林, 陈国栋, 兰勇.三管梭形钢格构柱稳定极限承载力研究[J].建筑结构学报, 2002, 23 (5) :25-30.

[4]兰勇, 郭彦林, 刘涛, 等.三管梭形钢格构柱缩尺模型破坏性稳定试验研究[J].建筑结构学报, 2002, 23 (5) :41-48.

[5]田伟, 向新岸, 赵阳, 等.考虑弯矩作用梭形钢格构柱稳定承载力非线性有限元分析[J].建筑结构学报, 2010, 31 (5) :42-48.

承载力计算模式第7篇

利用单桥静力触探资料中的比贯入阻力ps, 通过调节公式

中系数α, β能得到比较满意的压桩力结果[1], 但是在经过休止期后, 能否用这种调节系数的方法来获得考虑时效性的桩的长期承载力值?本文就用调节系数α, β来探讨静压桩长期承载力的计算问题。并且对比分析短期和长期情况下的α, β值来建立两者之间的联系。

1 静压桩承载力的时间效应

桩入土后的承载力不是一成不变的, 而是随着时间的推移, 有增大的趋势, 特别是在粘性土中表现的尤为突出, 这就是桩基础承载力的时间效应。目前对承载力的时间效应研究主要集中在粘性土上, 对砂性土研究较少, 大量试验表明桩在砂性土中的时间效应也非常明显。对砂性土中时效机理分析还比较模糊, 而对粘性土时效研究一般认为在孔隙水压力消散和土的触变性这方面, 随着时间的推移, 一方面超孔隙水压力逐渐消散, 使桩间土中的有效应力相应增加[2], 土的强度也随之增加, 这就是桩间土的再固结;另一方面, 由于粘性土具有触变性[3], 受沉桩扰动而损失的强度逐渐恢复。因此, 如何估算桩的承载力, 特别是桩承载力随时间的增加, 仍然是桩基础研究中有实用意义的课题之一。

桩基承载力时间效应主要表现在桩侧阻力的时间效应明显而桩端阻力时间效应不明显[4]。所以, 一般所说的承载力时效特性主要指侧阻力的时效特性。在沉桩过程中, 桩周土被挤压扰动, 强度降低, 粘性土的触变作用使损失的强度随时间逐步恢复;另外, 沉桩过程将引起桩周土的超孔隙水压力, 随着入土时间延长, 超孔隙水压力消散, 桩周土在自重应力和沉桩挤压应力共同作用下固结。土的有效应力和密实度逐渐增大, 强度逐渐恢复, 甚至超过原有强度, 从而使桩基承载力提高。

在沉桩过程中, 和桩体积相等的桩边粘土向外挤出, 从而形成了一定厚度的重塑区且产生了超孔隙水压力, 桩到位以后, 超孔隙水压力开始消散, 重塑区的粘土开始重固结, 固结过程可能使粘土强度得到提高, 以致桩承载力大幅提高。

侧阻力增长的主要原因是压桩引起的超孔隙水压力消散[5], 桩侧土的有效应力得以增长。粘土中静压桩承载力的时效性的机理是比较复杂的。

前面指出, 砂性土中桩承载力的时效性一般是侧阻力的时间效应, 而当桩打入以后, 桩已确定, 要使侧阻力随时间增大, 则只有桩侧阻随时间增大[6]。

当桩静压到砂土中时, 桩附近的砂土出现较高的剪应力。桩就位后, 高的剪应力暂时被限制释放;在高的剪应力下出现剪缩现象, 随着土的蠕变, 剪应力被释放, 砂土呈现剪胀趋势;但桩的存在限制了砂土的剪胀, 从而表现为水平有效应力的增加致使承载力随时间增长而增大。

由上述分析可知, 桩的承载力在粘性土和砂性土中都会随时间的增长而增大。下面就来尝试用调节系数法估算一段时间后静压桩的承载力值。

2 工程实例计算

对时效性下的静压桩的承载力进行估算, 运用上海市的水暖器材厂C1试验桩和上海市闵联大厦C10试验桩, 本文压桩28天后的承载力修正系数如下表1-1, 1-2所示。

2.1 上海市某水暖器材厂C1桩, 桩长35.0m, 桩截面, 压桩28天后各土层的综合修正系数α, β值见表1-1。

2.2 上海市闵联大厦C10桩, 桩长36.0m, 桩截面400m m x400m m, 压桩28天后各土层的综合修正系数α, β值见表1-2。

工程试验桩打入后的压桩力、28天后实测得的桩承载力、按系数调节法计算所得的28天后承载力对比资料如表1-3所示。

3 本文建议的综合修正系数值

对于不同土类的综合修正系数、值, 见表1-4。

4 长期、短期效应情况下系数的对比

为了更好的反映长期、短期效应下系数的相互关系, 现列出两个工程的对比表格如表1-5所示:

从以上对比的结果可以看出, 变化的范围比小得多, 这说明桩侧阻力的时间效应明显而桩端阻力时间效应不明显。粘土, 粉质粘土, 淤泥质粘土这几类土, 的值变化较大, 而填土, 粉土中, 的值变化较小, 砂土中更小。这也充分证明了静压桩的时效性在粘性土中表现明显, 而在砂土中的时效性比粘性土小这一结论, 符合桩的时效性机理。

5 结论

桩入土后, 承载力是随时间的推移而逐步增加的。土质不同, 对承载力的影响也不同。本文首先介绍了粘性土和砂土中承载力的时效性特点, 接着对上海地区两处实际工程进行记录, 运用系数调节法, 通过改变, 值来计算28天后桩的承载力, 对比实测的承载力值, 初步尝试利用系数调节法对桩的承载力时效性进行研究。并提供了几种土层的修正系数值。又对短期和长期效应情况下的系数做了比较, 得出结论。由于本文研究的实例有限, 仅对本文涉及的土质土层承载力进行初步的建议取值。由于现场施工进度等原因, 没能进行系列的时间对比。

参考文献

[1]陈强华, 陈国铨.静力触探估算打入桩的单桩承载力.同济大学学报.84年.第四期.

[2]王伟, 宰金珉, 王旭东.考虑时间效应的预制桩单桩承载力解析解[J].南京工业大学学报.2003, 25 (5) :13-17.

[3]孙更生, 郑大同.软土地基与地下工程[M].北京:中国建筑工业出版社.1984.

[4]张明义等.静压桩极限承载力的时效性[J].岩土力学与工程学报.2002.12 (2) :2601—2604.

[5]王伟.打桩引起的超孔隙水压力的预测及其应用[D].南京工业大学.2002.

承载力计算模式第8篇

关键词：钢管桩,承载力,理论计算

0 引言

钢管桩具有承载力高、打拔方便、施工灵活、施工效率高、可回收等特点, 被广泛应用与施工栈桥、水上平台、临时墩等结构 ( 如图1 所示) 。随着工程技术的快速进步, 传统的钢管桩打设采用履带吊配合震动锤机施工, 目前机械手 ( 履带吊加震动锤改装) 打设钢管桩被施工单位快速推广。钢管桩承载力、强度、稳定性关系到各种结构设施的安全, 为了确保施工过程中钢管桩合理利用, 我单位与洛河大桥项目对钢管桩承载力进行试验, 并与理论承载力进行比较, 确保钢管桩打入岩土层深度及避免钢管桩过于浪费, 同时对施工设计平台提供了有力依据, 为以后相似工程的施工提供参考。

1 现场钢管桩承载力试验

1.1 钢管桩承载力测试目的

反力架承载力试验是钢管桩位于实际岩土层中受力状态的一种试验方法, 以确定钢管桩抗压承载力, 验证施工设计参数的合理性和施工工艺的可行性。

1.2 试验方法

采用慢速维持荷载法验证钢管桩承载力, 检测承载力钢管桩反力由两侧各一根相同的钢管桩提供 ( 如图2所示) 。

试验时通过安装在钢管桩桩顶的油压千斤顶, 油压表, 百分表, 锚桩, 对桩施加荷载, 分七级加载, 加载采用慢速维持荷载法, 测读分级荷载下的压力及所对应的桩顶位移并进行记录统计, 从而分析判定桩的承载能力。

千斤顶加载:

1.3 试验仪器设备 ( 如表1 所示)

1.4 试验数据及分析

1.4.1 试验数据记录 ( 如表2 所示)

1.4.2 数据分析

根据数据分析千斤顶加载至620k N钢管桩开始沉降。加载至95t, 钢管桩下沉7mm, 持续95t荷载180min, 钢管桩累计下沉8mm, 并趋于稳定。千斤顶卸载后弹性变化为6mm, 永久沉降为2mm。

2 理论钢管桩受力计算分析

钢管桩按摩擦桩计算, 钢管桩内壁与持力层摩擦只作为安全储备, 不考虑承载。根据沉桩的容许承载力计算原则, , 不考虑桩底承载力, A取0值, 对于锤击桩 αi值取1.0。试验区第一层土主要为粉质粘土, 厚度2.1m;第二层为淤泥、厚度9.5m;第三层为粘土混砾砂组成, 厚度18m~21m。计算时, 根据地质报告提供的摩阻力标准值, 粉质粘土按 τ=35k Pa取值; 淤泥按 τ=20k Pa取值;粘土混砾砂按 τ=55k Pa取值。准630 钢管截面特性如下:A=194.78cm2;自量:q自=1.53k N/m。

2.1 钢管桩承载力计算

根据试验打入的钢管桩深度及试验处勘测地质剖面图, 钢管桩位于河床粉质粘土层为2.1m, 淤泥层为9.5m, 粘土混砾砂层3.9m。

计算钢管桩承载力则:

2.2 钢管桩强度及稳定性验算

钢管桩露出原地面1.0m, 其回转半径, 按压杆考虑, 长细比, 根据建筑施工计算手册附表查的Ф=0.999, 属于a类截面。安全系数取为1.2。按实际现场试验950k N进行计算。

钢管桩轴向应力

满足强度和轴向稳定性要求。

3 结论分析

钢管桩理论计算承载力为457.612k N ( 钢管桩内壁与持力层摩擦作为安全储备未计算) , 通过实际试验钢管桩开始下降点承载力为610k N。考虑到理论计算钢管桩内壁为进行计算, 且实际钢管桩承载力为950k N时, 钢管桩下沉8mm, 承载力卸载后永久承载力为2mm, 考虑到施工多方面不利因素等影响, 洛河大桥施工平台钢管桩承载力按照600k N进行设计。

通过试验证明反力架承载力试验是钢管桩位于实际岩土层中受力状态的一种有效的试验方法, 确保了钢管桩打入深度, 保证结构安全, 验证了施工设计参数的合理性和施工工艺的可行性。

参考文献

[1]汪宏, 王林, 谌奇峰.大直径钢管桩承载力的分析[J].港工技术, 2004 (03) .

[2]冯光华, 曾华彬, 谭德银, 戴宇文.湛江霞山港区深厚老沉积土地基钢管桩承载力试验分析[J].水运工程, 2015 (03) .

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