桥梁结构计算.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,施工中常见的计算项目及计算方法,1,一、概 述,二、临时工程计算主要设计依据,三、临时结构计算的主要原则,四、各种构件验算的主要项目,五、临时结构设计的一般过程,六、临时结构检算的一般步骤,七、计算实例,1:,某特大桥,32m,48m,32m,连续梁检算,八、基坑开挖支护计算,2,一、概 述,我们在桥梁施工中，在施工方案里会用到许多辅助设施，如支架、临时墩、基础、基坑支护结构、便桥等，为确保方案合理以及结构的安全，需要对组成设施的构件材料进行计算校核。,1,、基础施工大临结构,主要包括钢板桩围堰、围护桩、水上施工平台、简易浮吊、钢套箱、沉井、双壁钢围堰、栈桥，以及用于基坑支护的钢板桩、钢轨桩、挖孔桩、土钉墙、地下连续墙等结构,3,2,、上部结构施工大临设施,现浇梁膺架、连续梁悬臂施工挂篮、,0#,块施工托架、钢管满堂支架、缆索吊、塔架、制梁场布置、台座设计，利用万能杆件等拼装的可拆装的架桥机、龙门吊等。,3,、对连续梁施工来说，临时结构包括以下种类,0#,块施工满堂支架、托架；挂篮；边跨现浇段满堂支架（或贝雷支架、托架）；,0#,块临时固结设施；合拢段临时锁定设施等。,4,、临时工程中常用的材料有各种型材（角钢、槽钢、工字钢等）、钢管柱、脚手架、贝雷梁、方木、竹胶板、钢板桩等等。,4,二、临时工程计算主要设计依据,1,、设计资料及图纸,2,、行业规范如公路、铁路桥梁设计、施工方面的相关规范及建筑结构设计、施工方面的一些规范（如：钢结构设计规范,、,混凝土结构设计规范,、,建筑地基基础设计规范,）等。,3,、各类设计手册。如：五金手册、钢结构设计手册、钢筋混凝土结构设计手册、建筑施工计算手册、路桥施工计算手册、桥涵施工手册、实用土木工程手册等。,4,、教科书（如,工程力学,、,结构设计原理,、,材料力学,、,基础工程,等）、类似工程施工实例。,5,三、临时结构计算的主要原则,1,、一般原则：适用、安全、经济,2,、追求的原则：结构简单、受力明确、施工便捷,3,、结构计算如果计算采用手算，为避免繁琐的计算，要采取避繁就简的原则：,（,1,）非等截面的梁部荷载偏安全按最大截面取值；,（,2,）构件按最不利的受力状态进行验算；,（,3,）构件的受力模式采用均布荷载或集中荷载或组合方式；,（,4,）对于型钢等梁式受力构件，要简化成简支梁或连续梁等易于计算的模型。,6,四、各种构件验算的主要项目,1,、型钢类材料主要做为支架体系中的纵横梁，需要验算其受力状况下的强度、刚度（变形）以及抗剪情况；,2,、贝雷梁主要应用于便桥、跨度较大的支架结构中，同型钢类一样需要验算强度、刚度（一般作为整体来考虑，即不需要计算其每根杆件的内力）；,3,、方木主要做为支架顶部的分配梁，其受力型式也为梁式，需要验算强度、刚度、抗剪能力；,4,、脚手杆一般采取,483.5,截面，主要验算其承载力及稳定性；,5,、扩大基础一般要验算基底的承载力（确定基础底面积，基础埋深及换填厚度）；,7,6,、钢管柱类要验算抗压承载力及稳定性（受力，长细比）；,7,、竹胶板等各种板材主要用于模板制作，主要验算抗弯拉强度、刚度（变形）情况；,8,、砂筒一般应用于有卸落要求的支架中或用于先简支后连续梁的临时支座，主要是根据承受荷载计算砂筒的内径和壁厚；,9,、钢管桩、木桩、混凝土桩主要计算确定在设计荷载下桩的入土深度和桩径（混凝土桩还需要进行配筋计算）,8,五、临时结构设计的一般过程,1,、掌握设计目的,在进行临时结构设计之前，首先必须搞清楚设计它的目的，也就是设计的意图是什么。,你得明白究竟这个临时结构作用是什么，能不能通过设计达到这个目的。如设计支架，有的人心里说，我设计支架就为了现浇梁，目的很正确，但是我想再问，你的支架跨不跨越公路、铁路？有没有净空要求？有没有限界限制？如果不考虑这些，那所有的现浇梁支架岂不相同，完全可以做一个固定模式，也不用再设计了。再比如设计栈桥，目的是为了跨越沟渠，连接两岸交通，但是让栈桥通什么样的车？运些什么东西？需不需要上下行车道？单行道需不需要设会车台？洪水期间是否考虑正常使用？这些与设计相关的目的如果有一条没考虑到，就会影响整个大桥的施工总体方案，甚至会增加投入，延误工期。,9,2,、现场调查踏勘,根据桥梁设计图，对现场需设临时结构的施工位置进行调查。主要内容包括。,现场材料堆放、吊装是否方便，通往施工场地道路能否运输长大构件；如果跨越公路或铁路，要勘查道路两侧墩身到公路或铁路限界的距离、净空要求、交通流量、路肩或路中可否设置临时墩、挂篮施工是否需设防护棚架；对于制梁场需调查场地大小、地下水文地质情况、线路和梁场的相对位置及线路设计形式。,10,3,、结构选型,结构选型即根据现场踏勘情况、现有材料设备情况及大临结构的适用范围确定临时设施的形式。,如：基坑支护类型的选择；支架类型选择；挂篮类型的选择；临时固结设施选择等等。,4,、设计概图,通过以上,“,结构选形,”,步骤，临时结构大体样式已心中有数，下一步就应该结合桥梁设计图及以往施工经验及实例定出结构的大致尺寸，并确定相应的材料规格、尺寸。,11,5,、计算、细化结构,根据概图，进行计算，再根据计算，对没考虑到的部位补充设计或没通过计算的部位调整设计。,如：构件截面的详细设计；节点详细设计（如焊缝高度及长度；螺栓规格型号及布置等等）,6,、正式出图、出计算单,最后根据调整后的设计完善整个结构设计图，并按最终设计进行检算，并出相应设计图及计算单。,12,六、临时结构检算的一般步骤,1,、计算荷载及其组合,荷载一般包括：永久荷载和可变荷载。,其中永久荷载包括：结构物自重、模板重量；构成支架的杆件自重等等。,可变荷载包括：风荷载；支架上面的作业人员、材料、机具等重量；混凝土冲击及振动产生的荷载等等。,2,、计算构件的截面特性,包括：截面的面积、惯性矩、截面抗弯模量、面积矩、回转半径（型钢可由相应的手册查得）、杆件的长细比,3,、根据支架构造图及其受力特点画出受力简图,4,、受力计算及分析,利用结构力学及材料力学知识对以上受力简图进行受力分析，最后结合设计规范的有关条文规定判断结构构件是否安全,13,5,、手工计算常用的计算简图及计算公式,（,1,）简支梁图式,A,B,l,-,+,14,（,2,）连续梁图式,（,3,）需要掌握的检算公式,15,（,4,）压杆的稳定计算,16,i,、矩形截面惯性矩,Ix,Iy.,截面模量,Wx,，,Wy,的计算：,b,h,x,x,y,y,(5),几种截面有关参数的计算,17,ii,、圆形截面惯性矩,Ix,Iy,Wx,Wy,的计算：,D,x,x,y,y,18,D,x,x,y,y,d,假设某钢管柱的计算长度为,l,0,计算其长细比,：,iii,、圆管截面的惯性矩,I,x,，,I,y,截面模量,W,x,W,y,，,回转半径,i,的计算公式：,19,七、计算实例,1:,某特大桥,32m,48m,32m,连续梁,1,、,0#,块施工临时结构检算,（,1,）,0#,块托架概述,某特大桥（,32+48+32,）,m,连续梁，有,25,26,两个,0#,块，,0#,块梁高,3.50m,，单个,0#,块总计混凝土方量,95.53m2,，,248.36t,。施工采用一次浇注成型。,0#,块支架分,2,部分，圆形墩两侧各为一部分，荷载通过底模及横梁传至三角架托架上。,（,2,）设计依据,钢结构设计规范,；,铁路桥梁钢结构设计规范,；,混凝土结构设计规范,；,公路钢木设计规范,；,路桥施工计算手册,；,预埋件设计手册,；,实用建筑结构静力计算手册,；,钢结构,；,竹编胶合板,；设计院施工图。,20,（,3,）荷载取值及材料特性,、荷载取值,临时施工结构检算用荷载值包括恒载及可变荷载。恒载主要为结构自重，可变荷载包括施工人员荷载、混凝土冲击荷载及振捣混凝土荷载等。在支架不同部位，荷载值不同。强度检算时采用荷载设计组合值，刚度检算时采用荷载标准组合值，稳定性检算时采用荷载设计组合值，地基强度检算时采用荷载标准组合值。详细荷载取值见下表。,名称,分项,计算高度,(m),荷载标准值,kN/m,2,分项系数,荷载设计值,kN/m,2,箱梁,恒载,腹板,3.5,91,1.2,109.2,底板,+,顶板,0.95,24.7,1.2,29.64,翼缘,0.20.65,11.7,1.2,14.04,模板恒载,底模,1,1.2,1.2,侧模,4,1.2,4.8,内模,4,1.2,4.8,活载,施工人员,1,1.4,1.4,混凝土冲击,2,1.4,2.8,振捣荷载,2,1.4,2.8,21,、材料特性,所用材料有竹胶板、木材和,Q235,钢材，材料特性见下表。,名称,分项,压弯应力,(MPa),弹性模量,(MPa),计算截面,b,h,(cm),截面特性,重量,I,(cm,4,),W,(cm,3,),A,(cm,2,),i,(cm),kN/m,竹胶板,横向,50,6100,1001.5,28.125,37.5,纵向,70,7400,槽钢,Q235,210,206000,8,101.0,25.3,木材,顺纹,13,9000,1215,3375,450,180,0.14,钢管,Q235,210,206000,602.0,306845,10228,364,20.5,3.86,Q235,210,206000,401.5,33666,3366,181.4,13.6,1.42,Q235,210,206000,4.80.35,12.19,5.08,4.89,1.58,0.04,22,（,4,）模板检算,底模为,=15mm,厚竹胶板，在腹板、底板、翼缘下横桥向设置中心距分别为,0.15m,、,0.2m,、,0.2m,的,8,槽钢。,模板宽度取,1m,，对应的截面参数为,截面模量,W=37.5cm3,；惯性矩,I=28.125cm4,。,可将模板简化为,4,跨连续梁进行计算，跨度分别为,0.15m,、,0.2m,、,0.2m,，见下图。,、,腹板处底模检算,换算均布荷载,q,设计,=(109.2+1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)1=122.2kN/m,q,标准,=(91+1.0+4.0)1=96.0kN/m,23,正应力计算：,=0.1122.20.152=0.275kNm,=7.33MPa=50 MPa,强度满足,剪应力计算：,最大剪力,V,max,=K,V,ql=0.620122.20.15=11.36kN,最大剪应力,=1.14MPa=2.8MPa,剪应力满足要求,最大挠度计算：,=0.27mmL/400=0.375mm,刚度满足要求,24,、,底板处底模检算,取桥底板最大荷载处进行检算。,q,设计,=(29.64+1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)1=42.64kN/m,q,标准,=(24.7+1.0+4.0)1=29.7kN/m,挠度满足,25,、,翼缘处底模检算,翼缘处模板上的荷载小于底板下模板上的荷载，但其下槽钢间距相同，均为,200mm,，所以强度和刚度满足要求。,（,5,）槽钢检算,在腹板、底板、翼缘下横桥向设置中心距分别为,0.15m,、,0.2m,、,0.2m,的,Q235,级,8,槽钢，其下方木间距分别为,0.3m,、,0.6m,、,0.6m,。,截面参数为：,截面模量,W,=25.3cm,3,；惯性矩,I,=101.0cm,4,。,、,腹板处槽钢检算,换算均布荷载,q,设计,=(109.2+1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)0.15=18.33kN/m,q,标准,=(91+1.0+4.0)0.15=14.4kN/m,正应力计算：,=0.118.330.3,2,=0.165kN.m,26,强度满足,=0.1mmL/400=0.75mm,刚度满足,、,底板处槽钢检算,取桥底板最大荷载处进行检算。,q,设计,=(29.64+1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)0.2=8.53kN/m,q,标准,=(24.7+1.0+4.0)0.2=5.94kN/m,强度满足,27,（,6,）方木检算,采用,120150mm,方木立放，跨度为横梁顺桥向间距，底板处为,L=0.6m,，腹板处,L=0.3m,，其下钢管间距分别为,0.6m,和,0.3m,。,截面参数为：,截面模量,W,=450cm,3,；惯性矩,I,=3375cm,4,。,刚度满足,、,腹板处方木检算,换算均布荷载,q,设计,=(109.2+1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)0.3=36.66kN/m,q,标准,=(91+1.0+4.0)0.3=28.8kN/m,应力计算：,28,强度满足,最大挠度计算：,刚度满足,、,底板处方木检算,取桥底板最大荷载处进行检算。,q,设计,=(29.64+1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)0.6=25.584kN/m,q,标准,=(24.7+1.0+4.0)0.6=17.82kN/m,29,强度满足,刚度满足,（,7,）横梁验算,横梁采用,I32b,顺桥向间距底板和翼缘板下为,0.6m,，腹板下为,0.3m,。跨度为托架横桥向间距，底板处为,L=3.6m,，腹板处,L=1.4m,，计算跨度采用托架中心间距连续梁进行计算。,、,荷载计算,腹板处换算均布荷载：,q,设计,=(109.2+1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)0.3=36.66kN/m,q,标准,=(91+1.0+4.0)0.3=28.8kN/m,30,底板处换算均布荷载：,q,设计,=(29.64+1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)0.6=25.584kN/m,q,标准,=(24.7+1.0+4.0)0.6=17.82kN/m,翼缘处换算均布荷载：,q,设计,=(14.04+1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)0.6=16.224kN/m,q,标准,=(11.7+1.0+4.0)0.6=10.02kN/m,、,计算简图 计算简图见下图。,31,、,计算结果,计算模型,组合应力计算结果,32,剪应力计算结果,变形计算结果,33,组合应力最大值,90.4MPa215 MPa,满足要求；,剪应力最大值,15.04 MPa125 MPa,满足要求；,变形最大值,5mml/400=9.125mm,满足要求。,（,8,）托架计算,、,荷载计算,桁架一均布荷载：,q,设计,=109.20.7+29.641.8+(1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)2.5,=162.30kN/m,q,标准,=910.7+24.71.8+(1.0+4.0)2.5=120.66kN/m,桁架二均布荷载：,q,设计,=14.043.65+109.20.7+(1.2+4.8+1.4+2.8+2.8)4.35,=150.68kN/m,q,标准,=11.73.65+910.7+(1.0+4.0)4.35=128.16kN/m,34,、,计算结果,计算模型,组合应力计算结果,35,剪应力计算结果,变形计算结果,36,组合应力最大值,144.19MPa215 MPa,满足要求；,剪应力最大值,41.64 MPa125 MPa,满足要求；,变形最大值,2.5mml/400=11.25mm,满足要求。,（,9,）预埋件计算,、,焊缝计算,从上述计算看,预埋件,1,的受力：最大拉力为,363.5kN,，由对拉精轧螺纹平衡，最大剪力为,428.3kN,，最大弯矩为,380.8kN.m,，由预埋件承受。,预埋件,2,的受力：最大压力,363.5kN,，最大剪力为,406.5kN,，最大弯矩为,67kN.m,。,预埋件,1,钢筋型号为：,28mm,钢筋，共,20,根，单根钢筋面积,S=615.8mm2,。,工字钢与预埋板焊缝的焊脚尺寸为,10mm,，截面特性：,A=21047.6mm,2,W=2651743.3mm,3,37,焊缝计算如下：,M1,=380.810,6,/2651743.3=143.6MPa,v,=428.310,3,/21047.6=20.35MPa,工钢与预埋板连接焊缝满足要求。,、,预埋,1,钢筋面积计算,计算弯剪预埋件的公式，下两式中取大值：,根据上式计算所需钢筋面积为,10370.37mm,2,615.820,12316mm,2,(,砼规,9.7,节的规定,),38,、预埋,2,钢筋面积计算,预埋件,2,钢筋型号为：,25mm,钢筋，共,16,根，单根钢筋面积,S=490.9mm,2,。,预埋件,2,为压、弯、剪预埋件。取下两式中较大值：,墩身砼,C55,，预埋件钢筋采用,25,二级钢筋，取：,(,砼规,9.7,节的规定,),39,由式,1,计算得,根据上式计算所需钢筋面积为,2024.32mm2490.916,7854.4mm2,。,（,10,）墩顶临时固结计算,临时固结承受的不平衡弯矩为,23804kN.m,，竖向压力为,14744kN,。配精轧螺纹钢筋，直径,25mm,，,f,y,=930N/mm2,。混凝土为,C55,。,临时固结布置如下图所示。,40,临时固结尺寸为,0.4m1.9mx0.7m,，两个临时固结在顺桥向的中心间距为,2.7m,。,单个临时固结承受的拉（压）力为：,P1=23804/2.7/2=4408.2kN,单个临时固结承受的竖向压力为：,P2=14744/4=3686kN,承受拉力的临时固结,P,拉,=4408.2-3686=722.2kN,则,AS=8920m2,承受压力的临时固结,P,压,=4408.2+3686=8094.2kN,则,AS=6080m2,经过计算，单个临时固结需要配置精轧螺纹钢筋面积,As=8920m2490.926=12763.4 m2,。,（,11,）结论,、底模采用,15mm,厚竹胶板，满足受力要求。,41,、模板下设置,8,槽钢，在腹板、底板及翼缘下的中心间距分别为,0.15m,、,0.2m,和,0.2m,。经过计算，模板下也可设置,120150mm,方木（立放），在腹板、底板及翼缘下的中心间距分别为,0.15m,、,0.2m,和,0.2m,。,、槽钢下设置,120150mm,方木，其中心间距在腹板下为,0.3m,，在底板及翼缘下均为,0.6m,。,、托架上方横向分配梁采用,I32b,，其中心间距在腹板下为,0.3m,，在底板及翼缘下均为,0.6m,。横梁之间的连接杆件采用角钢,L75758mm,。,、托架主杆件采用,2I45b,，托架与墩身预埋件焊接牢固。上方预埋件采用直径,25mm,的精轧螺纹钢筋对拉。,、墩顶设置,4,个临时固结，对称放置。,、要求杆件之间连接牢固。,42,2,、,(32+48+32),直线段支架施工计算书,（,1,）概述,此直线段总长,7.85m,，合扰段长,1.5m,，梁顶宽,11.7m,，梁底宽,6.4m,。箱梁截面在墩顶侧底板厚,0.9m,，顶板厚,0.9m,此加厚度过渡到标准段顶板,0.4m,，底板,0.4m,过渡段长,3.0m,。腹板由,60cm,过渡到标准段顶板,0.48m,。拟采用钢管脚手支架施工，钢管支架采用,483.0mm,支架布置纵桥向,0.6m,、横桥向,0.6m,、步距,1.2m,；在腹板及合龙段范围进行加强采用,0.3m,间距。剪刀撑纵、横向均采用每各,3,排支架设置一道剪刀撑，达到稳定要求。支架布置图如下：,43,图一、支架纵梁向布置图,44,图二、支架施工横桥向布置图,45,（,2,）荷载取值,设计荷载：,a.,钢筋混凝土容重标准值：,26KN/m3,b.,模板及支架自重标准值：,侧模自重,:q1=1.0KN/m2,内模自重,:q2=1.0KN/m2,底模自重,:q3=1.0KN/m2,施工人员及设备荷载标准值：,2.5KN/m,（,3,）结构计算,a.,竹胶板计算,取,1m,宽度，底板处最大混凝土高度,1.2m(,加厚段处于墩顶，可不计算,),，跨度,300mm,。,46,腹板处最大混凝土高度,2.5m,。跨度,150mm,。,47,b.,底纵梁垫木计算,、,垫木跨度,600mm,，底板处间距,300mm,，对应最大混凝土高度,1.2m,。,所受均布荷载,:,方木尺寸为,120mm100mm:,、,腹板处对应最大混凝土高度,2.5m,，方木间距,150mm,：,48,c.,钢管脚手计算,钢管支架采用,483.5mm,，允许荷载,33.1KN(,路桥施工计算手册表,8,34),。,钢管脚手布置如图所示,:,图三、钢管脚手平面布置图,49,、,墩顶处加厚段用垫木支撑于墩顶，故不用计算其受力，施工时抄垫平整即可。,、翼缘处受力最大钢管为,1,号钢管,混凝土平均高度,0.50m,、过渡段腹板处受力最大钢管为,2,号钢管,混凝土平均高度,2.5m,、过渡段底板处受力最大钢管为,3,号钢管,混凝土平均高度,1.0m,50,、标准直线段腹板处受力最大钢管为,4,号钢管,混凝土平均高度,2.5m,、标准直线段底板处受力最大钢管为,5,号钢管,混凝土平均高度,0.98m,同时，为满足合扰段施工时附加荷载要求，合扰段钢管加密布置。,通过上述计算可看出钢管受轴向力均满足要求，同时为满足稳定性需根据规范要求设置横撑，剪刀撑。,51,八,基坑开挖支护计算,8.1,土压力计算,在工程施工中，基坑开挖边坡稳定的分析与验算、深基坑支护的设置、临时支挡结构的设计与计算，以及地下结构和逆作法施工受力、稳定性核算等都需要进行土压力的计算。,计算土压力的理论和方法有多种，常用的主要有,W.J.M,朗金,(Ran Kine),理论、,C.A,库伦,(Coulomb),理论和,建筑地基基础设计规范,(GB50017),方法等三种。其中应用最多的为朗金理论，这里主要简介这一理论土压力计算。,8.1.1,主动土压力计算,当墙背竖直、光滑，其后填土表面水平，并无限延伸，不计土与墙间的摩擦力，主动土压力强度,(kN/m2),可按下式计算，见,(,图,8-1),：,无粘性土：,(8-1),52,图,8-1,主动土压力计算简图,粘性土：,(8-2),其中：,(8-3),53,式中：,墙后填土的重度,(kN/m3),，地下水位以下用浮重度；,h,计算主动土压力强度的点至填土表面的距离,(m),；,填土的内摩擦角,(),，根据试验确定，当无试验资料时。可参考,表,3-,1,数值选用；,主动土压力系数；,c,填土的粘聚力,(kN/m,2,),。,表,8-1,土壤内摩擦角,值参考数值,名称,粉砂土,细砂土,中砂土,粗砂土、砾砂土、砾石,碎石土,粘性土,内摩擦角,15,25,20,30,25,35,30,40,40,45,10,30,发生主动土压力时的滑裂面与水平面的夹角为,墙高,H,，单位长度总主动土压力,(kN/m),按下式计算：,无粘性土：,(8-4),54,主动土压力强度,与深度,h,成正比，沿墙高的压力分布呈三角形，,通过三角形形心，即在离墙底,H,/3,处。,粘性土：,(8-5),通过三角形压力分布图,abc,的形心，即在离墙底,(,H,0,h,)/3,处。,式中：,(8-6),【,例,8-1】,挡土墙高,5.2m,，墙背竖直、光滑，填土表面水平，填土为砂土，其重度,=18 kN/m,3,，内摩擦角,=30,o,，试求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力强度分布图。,【,解,】,按式,(8-1),计算墙底处,(,h,=,H,=5.2 m),的压力强度：,55,图,8-2,土动土压力强度分布图,按式计算主动土压力：,主动土压力作用点离墙底距离为：,H,/3=5.2/3=1.733 m,主动土压力强度呈三角形分布如图,8-2,所示。,【,例,8-2】,挡土墙高,4.8m,，墙背竖直、光滑，填土表面水平，填土为粘性土，其重度,=18 kN/m3,，内摩擦角,=20,o,，粘聚力,c,=10 kN/m2,，试求主动土压力及其作用点，并绘出主动土压力强度分布图。,【,解,】,已知,=20,o,，按式,(8-2),计算墙顶处,(,h,=0),土压力强度：,56,图,8-3,主动土压力强度分布图,在墙底处,(,h,=4.8m),的土压力强度由式,(8-2),得：,57,主动土压力，由式,(3-5),得,临界深度：,主动土压力,作用点在离墙底的距离为：,(,H,h,)/3=(4.8 1.587)/3=1.071m,主动土压力强度分布如,图,3-,3,所示。,3.1.2,被动土压力计算,当墙背竖直、光滑，填土水平，不计土与墙间的摩擦力，被动土压力强度,(kN/m2),可按下式计算,(,图,3-4),：,无粘性土：,(3-7),58,粘性土：,其中：,式中：,被动土压力系数。,其余符号意义同前。,墙高,H,，单位长度总被动土压力,(kN/m),按下式计算：,无粘性土：,(8-8),(8-9),(8-10),通过三角形形心，即在离墙底,H,/3,处。,粘性土：,(8-11),59,图,8-4,被动土压力计算简图,a),被动土压力计算；,b),无粘性土；,c),粘性土,通过梯形压力分布图的形心，即在离墙底,处。,【,例,8-3】,挡土墙底脚高,2m(,图,8-,5),，填土水平，土的重度,=19 kN/m3,，内摩擦角,=20,。，粘聚力,c,=10 kN/m2,，试求被动土压力及其作用点距墙底的距离。,【,解,】,由题意已知,=19 kN/m3,，,=20,。,，,c,=10 kN/m2,。,按式,(8-8),计算墙顶处,(,h,=0),土压力强度：,=,60,图,8-5,挡土墙的被动土压力,在墙底处,(,h,=2 m),的土压力强度由式,(8-8),得：,被动土压力，由式,(8-11),被动土压力作用点离墙底距离为：,61,8.1.3,特殊情况下土压力计算,填土面上有均布荷载土压力计算,当墙后填土面上有均布荷载,q,作用时，可将均布荷载换算成位于地表以上假想的当量土层,(,等效的土层厚度,),，即用假想的土重代替均布荷载，当量的土层厚度为,填土的重度,),。,计算时，以,A,B,为墙背,(,即,H,+,h,为墙高,),，按假想的墙高、填土面无荷载的情况计算土压力强度，然后根据实际墙高范围内的土压力强度分布图计算土压力,(,图,8-6),，今用朗金理论并以无粘性土为例，则填土面,A,点的土压力强度为：,(8-12),墙底,B,点的土压强度为：,(8-13),则主动土压力为土压分布图,ABCD,部分,(8-14),62,图,8-6,填土面水平其上有均布荷载的土压力计算简图,土压力的作用点在梯形的形心，在离墙底,(,或,),处。,【,例,8-4】,挡土墙高,5.5m,，墙背直立、光滑填土面水平，并有均布荷载,q,=12 kN/m2,，填土的重度,=19 kN/m3,，内摩擦角,=34,。,，粘聚力,c,=0,，试求挡土墙的主动土压力 及其作用点,【,解,】,将地面均布荷载换算成填土的当量土层厚度,(,图,8-7),63,图,8-7,填土面上有均布荷载的主动土压力分布图,在填土面处的土压力强度：,在墙底处的土压力强度：,则总主动土压力为：,64,主动土压力,作用在离墙底的距离为：,8.2,抗滑桩设计,8.2.1,抗滑桩位置设计,某项目顶进箱涵在西孔箱涵北侧路基边坡箱涵接长范围内增设,4,根挖孔桩，桩长为,20.15m,，其中锚固端长度为,8.9m,。东西两侧各两根抗滑桩，桩径为,1.2m,，桩间净距为,0.6m,。其中靠近原箱涵的桩与接长箱涵框架外壁净距,1.28m,，远离原箱涵的桩与接长箱涵框架外壁净距,1.68m,，位置如图,8-8,所示。,图,8-8,抗滑桩平面布置图,65,3.2.2,抗滑桩结构设计,钢筋笼纵向受力主筋采用,25 HRB335,螺纹钢筋，靠主动土压力一侧,(,即路基土体,侧，受拉区,),间距为,140mm,，布置,14,束,(,每束,3,根,),，靠被动土压力一侧,(,即箱涵侧，受压区,),间距为,135mm,，布置,13,束,(,每束,2,根,),，混凝土保护层厚度为,30mm,。构造筋采用,16HRB335,螺纹钢筋，纵向间距,2m,。箍筋采用,8HPB235,圆钢筋，纵向间距,200mm,。混凝土强度等级为,C40,，采用商品混凝土。采用,M10,水泥砂浆砌筑砖护壁，厚度为,0.12m,，结构如下图,8-9,所示。,图,8-9,抗滑桩结构示意图,66,8.2.3,抗滑桩锚固长度计算,计算简图如图,8-10,所示。,图,8-10,抗滑桩锚固段计算示意图,主动土压力,F,2,为：,被动土压力,F,1,为,67,桩身自重,G,为：,以,O,点为转点取矩：,即,经过计算,h,=8,.,84m,，取,h,=8,.,9m,。,抗滑桩锚固长度为,8.9m,。,代入上式计算得,F,1,=2586.4kN,，,F,2,=5803.7kN,，,G,=569.4kN,8.3,钢板桩围堰,钢板桩围堰在桥涵基础施工中被广泛应用，下面结合工程实例论述钢板桩围堰的设计与施工问题。,8.3.1,工程概况,某铁路桥基础为钻孔桩基础，承台结构尺寸为,10.212.6m,。据现场调查，水位为,+76.0m,，其地层组成：表层细砂，松散，其下淤泥质亚粘土，呈流塑状，再其下粉砂、中砂层，饱和、松散，最下部为燕山晚期二长花岗岩。根据现场水文地质状况和施工单位现有设备情况，采用筑岛打钢板桩围堰，设集水井排水的方法进行施工。,68,8.3.2,钢板桩围堰布置,钢板桩围堰布置，一般来讲，应根据基础尺寸加堰内作业空间来考虑，同时还应考虑钢板桩的宽度模数。采用钢板桩长度，应根据基础底面标高，经过分析确定，本例采用,12m,。根据承台设计尺寸和承台底标高，钢板桩围堰布置见图,3-11,。,图,8-11,钢板桩围堰立面示意图,8.3.3,钢板桩围堰验算,（,1,）计算作用于钢板桩上的压力强度,钢板桩计算简图见图,3-12,，作用于钢板桩上的土压力强度分布见图,8-13,。,主动土压力：,A,点,(,h,=0),：,B,点,(,h,=0.5m),：,69,图,8-12,钢板桩计算简图,图,8-13,作用于钢板桩上的土压力强度及分布图,70,C,点,(),C,点,(,h,=1.5m),：,D,点,():,71,D,点,(,h,=5.5m),：,E,点,(,h,=6.5m),：,G,点,():,),：,72,被动土压力：,E,点,(,h,=0),：,F,点,(,h,=0.5m),：,G,点,():,（,2,）,钢板桩嵌固深度计算,支护结构支点力计算,基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至基坑底面的距离,的计算：,73,(8-15),式中：,水平荷载标准值,(kPa),；,水平抗力标准值,(kPa),；,基坑底面至设定弯矩零点的距离,(m),。,则：,得：,支点水平力,:,(8-16),式中：,T,c1,支点水平力,(kN/m),；,M,ac1,基坑外侧各土层水平荷载标准值的合力之和对弯矩零点位置处弯矩,(kN,m/m),；,M,pc1,基坑内侧各土层水平荷载标准值的合力之和对弯矩零点位置处弯矩,(kN,m/m),；,74,则：,嵌固深度设计值,h,d,计算,嵌固深度设计值,h,d,可按下式确定：,(8-17),75,式中：,h,T,内支撑支点距基坑底距离，,h,T,=4.5m,；,嵌固深度的安全系数，取,=1.2;,0,建筑基坑侧壁重要性系数，一级结构取,1.1,，二级结构取,1.0,，三级结构取,0.9,，本例取,1.1,。,76,以上数据代入得：,整理得：,解方程得：,钢板桩总长,L,=6.5+6.473=12.973m,，,实际取,L,=13m,，满足要求,!,77,