PKPM基坑支护软件开发的主要原理和依据.ppt

1前 言lPKPM基坑支护软件的开发原理和依据(讲课重点，包括三维计算和规范计算两大部分，结合国家规范来讲)l和国内主要软件的比较l交流和讨论22 五月 20242PKPM基坑支护三维分析 22 五月 20243基坑支护三维分析概要基坑支护三维分析的优点基坑支护三维分析的理论基础PKPM基坑三维分析的特点影响基坑三维分析结果的主要因素基坑支护三维分析的过程对象是桩墙、内支撑、立柱、锚杆所组成的空间结构体系22 五月 20244基坑支护三维分析的优点l在二维分析中，支护体系被人为地拆成水平面分析（内支撑）和竖直面分析（桩、墙），只能作到点上的位移协调；l基坑支护体系本质上是一空间结构，三维分析具备理论上的先进性，可实现真正的位移协调；l得到更符合实际的内力和位移计算结果，真正反映支护体系的空间效应；l构件计算更合理，可以节省工程造价。22 五月 20245基坑支护三维分析的理论基础l结构：桩、地下连续墙，钢筋砼或钢支撑梁，锚杆，钢或砼支撑立柱形成的空间体系。l荷载：土、水压力，地面附加荷载。l约束：被动区土体。弹性支点法基本计算模型 计算简图22 五月 20246PKPM基坑支护三维分析的荷载l土压力：粘性土由于透水性差，一般水土合算；而无粘性土由于透水性好，一般水土分算。合算与分算的差别演示见黑板。l附加荷载：无限宽度均布荷载按荷载大小*Kai传递（可以理解为增加等效的土层 ）；有限宽度局部荷载按应力45度扩散方法处理，但与上海规范、浙江规范、福建规范有差别。l三种水压力：静止水压力，渗流水压力1、渗流水压力2(上海规范特有)，见黑板。22 五月 20247PKPM基坑支护三维分析的约束l常用的有“m”法，“K”法，“C”法，本质上是假定被动区土体弹性约束的刚度曲线不同l l“m“法基床系数图 “K”法基床系数图 “C”法基床系数图l C=mH C=K C=c*sqrt(H)l图中H为从开挖面算起的深度。22 五月 20248PKPM基坑支护三维分析的特点l采用弹性支点法，即m法；l三维计算核心模块已在PKPM的高层建筑结构计算中广泛运用并通过验证；l模拟支护结构实际施工过程的分步开挖和分步加撑和支撑拆除；l在下一步开挖中考虑上一步所加支点的已有变形，从而得到符合实际的支点力；l计算结果可靠合理，前后处理完全图形化。22 五月 20249影响基坑三维分析结果的主要因素l土压力模型 朗肯土压力 规程土压力(要知道两者的差别)l土抗力模型 m法 k法l土的特殊性质，如软土的流变性（长期作用时，结构会相应的变形，内力也相应发生改变）22 五月 202410基坑支护三维分析的架构体系 22 五月 202411基坑支护三维分析的过程 l前处理 划分节点和单元，计算单元上的荷载，归并截面的几何类型和材料类型，计算单元上的约束信息，形成PMSAP数据文件；l计算 调用PKPM成熟的三维计算模块PMSAP；l后处理 形成各杆件的内力、位移图 桩、墙、钢砼构件的配筋计算等22 五月 202412与国内其它基坑软件的比较(1)lPKPM基坑支护软件是真三维分析，三维分析模块的正确性已经被多项结构工程的设计所验证，而国内其它主流软件的三维分析是拟三维，6个空间位移中只计算出了Ux,Uy,，不能反映内支撑体系出平面外的稳定问题，如下图所示：22 五月 202413与国内其它基坑软件的比较(2)lPKPM在图形平台和三维建模、显示方面有自己的特点，既直观形象，又全面方便，可以最大限度地节省用户在三维分析方面的投资。22 五月 202414PKPM排桩支护三维分析例题22 五月 202415排桩体系三维位移图22 五月 202416排桩最大内力,水平位移图22 五月 202417第 1道内支撑弯矩剪力轴力位移图22 五月 202418第 2道内支撑弯矩剪力轴力位移图22 五月 202419第 3道内支撑弯矩剪力轴力位移图22 五月 202420排桩和三道支撑梁的配筋图22 五月 202421PKPM地连墙支护三维分析例题22 五月 202422地连墙体系三维位移图22 五月 202423地连墙最大内力、水平位移图22 五月 202424地连墙水平等效梁的内力、位移图22 五月 202425第 1道内支撑弯矩剪力轴力位移图22 五月 202426第 2道内支撑弯矩剪力轴力位移图22 五月 202427第 3道内支撑弯矩剪力轴力位移图22 五月 202428某槽段地下连续墙配筋图示例22 五月 202429支撑平面图22 五月 202430PKPM基坑支护规范计算 中国建筑科学研究院PKPM软件所22 五月 202431规范计算的架构体系22 五月 202432桩(墙)结构嵌固深度计算-悬壁桩EpEpEaEa考虑安全系数，主动区合力考虑安全系数，主动区合力EaEa和被动区合力和被动区合力EpEp对桩底取矩平衡对桩底取矩平衡,计算计算出嵌固深度。出嵌固深度。22 五月 202433桩(墙)结构嵌固深度计算-单支点1 1、假定土压力强度、假定土压力强度0 0点点C C为弯矩为弯矩0 0点。点。2 2、对、对C C点取矩，得支点的支点力点取矩，得支点的支点力3 3、考虑安全系数，主动区合力、考虑安全系数，主动区合力EaEa和被动区合力和被动区合力Ep,Ep,支点力支点力T1T1对桩底取矩平衡对桩底取矩平衡,计算计算 出嵌固深度。出嵌固深度。EpEpEaEaT1T122 五月 202434桩(墙)结构嵌固深度计算-多支点1 1、假定土压力强度、假定土压力强度0 0点点C C为弯矩为弯矩0 0点。点。2 2、对、对C C点取矩，开挖到第点取矩，开挖到第2 2道支撑底标高，得第道支撑底标高，得第1 1道支点的支点力，然后往下开挖到坑底，假定第道支点的支点力，然后往下开挖到坑底，假定第1 1道支点道支点 的支点力不变，再对的支点力不变，再对C C点取矩，得第点取矩，得第2 2道支点的支点力，以此类推道支点的支点力，以此类推3 3、考虑安全系数，取、考虑安全系数，取C C点以下至桩底的部分桩为研究对象，点以下至桩底的部分桩为研究对象，C C点以下主动区合力、点以下主动区合力、C C点不平衡的剪力、被点不平衡的剪力、被动动 区合力对桩底取矩平衡，计算出嵌固深度。区合力对桩底取矩平衡，计算出嵌固深度。EpEpEaEaT1T1T2T2注：此方法即等值梁法，注：此方法即等值梁法，国家规范中采用过桩墙国家规范中采用过桩墙底的圆弧滑动法来计算底的圆弧滑动法来计算嵌固深度，福建规范中嵌固深度，福建规范中不假定弯矩不假定弯矩0 0点，对每点，对每道支点取矩，不平衡的道支点取矩，不平衡的土压力就为此道支点受土压力就为此道支点受力，然后假定本道支点力，然后假定本道支点力不变，计算下一道支力不变，计算下一道支点的力。点的力。22 五月 202435桩(墙)结构抗隆起验算一、按墙底地基承载力隆起验算一、按墙底地基承载力隆起验算 坑外侧土体考虑自重和附加荷载，坑内侧被动区土体考虑自重和凝聚力，坑外侧土体考虑自重和附加荷载，坑内侧被动区土体考虑自重和凝聚力，按地基极限承载力的原理建立计算公式。没有考虑墙底以上土体抗剪强度的影按地基极限承载力的原理建立计算公式。没有考虑墙底以上土体抗剪强度的影响。响。Pu=cNc+Ga2*D*Nq=Ga1(h0+D)+q,h0Pu=cNc+Ga2*D*Nq=Ga1(h0+D)+q,h0为坑底，为坑底，DD为嵌固深度为嵌固深度(Ga1(Ga1、Ga2Ga2分别为主动区和被动区的土的自重，分别为主动区和被动区的土的自重，NcNc、NqNq为地基极限承载力系数，是为地基极限承载力系数，是内磨擦角内磨擦角的函数的函数)二、绕最下一道支撑和桩墙底的圆弧滑动隆起验算，考虑了墙底以上土体抗剪二、绕最下一道支撑和桩墙底的圆弧滑动隆起验算，考虑了墙底以上土体抗剪强度的影响。（上海规范计算嵌固的方法）强度的影响。（上海规范计算嵌固的方法）22 五月 202436桩(墙)结构抗倾覆验算K=Mrc/MocK=Mrc/MocMrc-Mrc-抗倾覆力矩，被动区土压力对最一下道支点中心抗倾覆力矩，被动区土压力对最一下道支点中心OO取矩取矩Moc-Moc-倾覆力矩，主动区土压力对最一下道支点中心倾覆力矩，主动区土压力对最一下道支点中心OO取矩取矩EpEpEaEa22 五月 202437桩(墙)结构抗渗流验算K=ic/iK=ic/iic-ic-坑底土的临界水力坡度坑底土的临界水力坡度,ic=(ds-1)/(1+e)=,ic=(ds-1)/(1+e)=浮容重浮容重/水容重水容重Moc-i-Moc-i-坑底土的渗流水力坡降坑底土的渗流水力坡降 i=hw/L=i=hw/L=坑内外水头差坑内外水头差/最短最短渗径渗径 （ic=ric=r/rw rw=10kN/m r/rw rw=10kN/m r=Rsat-rw =Rsat-rw Rsat=(ds+e)*10/(1+e)ds=Ws/VsRsat=(ds+e)*10/(1+e)ds=Ws/Vs）22 五月 202438桩(墙)结构承压水验算K=Pcz/PwyK=Pcz/PwyPcz-Pcz-坑底至承压水顶板间土的自重压力坑底至承压水顶板间土的自重压力(kN/m2)(kN/m2)Pwy-Pwy-承压水头压力承压水头压力=承压水头高度承压水头高度*10(kN/m2)(10(kN/m2)(根据地勘报告根据地勘报告得出得出)22 五月 202439SMW工法结构相关验算(1)常见截面型式常见截面型式型钢入土深度确定原则型钢入土深度确定原则1 1、满足抗隆起稳定、抗倾覆稳定验算、满足抗隆起稳定、抗倾覆稳定验算2 2、挡土墙的内力位移不超过允许值、挡土墙的内力位移不超过允许值3 3、如果要回收，可顺利拔出。、如果要回收，可顺利拔出。水泥土入土深度确定原则水泥土入土深度确定原则1 1、满足抗渗流稳定、承压水稳定验算、满足抗渗流稳定、承压水稳定验算2 2、大于型钢的入土深度，以包裹型钢、大于型钢的入土深度，以包裹型钢3 3、坑内降水不能影响到坑外环境，因此、坑内降水不能影响到坑外环境，因此 要有一定的入土深度要有一定的入土深度型钢抗拔验算型钢抗拔验算1 1、型钢最大抗拔力、型钢最大抗拔力Pm=0.7*Pm=0.7*屈服强度屈服强度*型钢截面积型钢截面积2 2、型钢最大可拔出长度、型钢最大可拔出长度=最大抗拔力最大抗拔力/(2*/(2*单元面积摩阻力单元面积摩阻力*型钢截面周长型钢截面周长)22 五月 202440SMW工法结构相关验算(2)型钢净距和水泥土强度验算型钢净距和水泥土强度验算1 1、型钢净间距的验算、型钢净间距的验算(型钢的净间距不能过大型钢的净间距不能过大=水泥土墙体厚度水泥土墙体厚度+型钢高度型钢高度+型钢形心轴型钢形心轴 与截面形心轴间距离与截面形心轴间距离)2 2、若型钢连续布置，仅需验算型钢翼缘边的水泥土抗剪强度（要剪断型钢比剪断水泥土、若型钢连续布置，仅需验算型钢翼缘边的水泥土抗剪强度（要剪断型钢比剪断水泥土 困难）困难）3 3、若型钢间隔布置，还需验算水泥土搭接处的抗剪强度、若型钢间隔布置，还需验算水泥土搭接处的抗剪强度组合刚度计算组合刚度计算1 1、若型钢全位布置，只考虑型钢本身的刚度、若型钢全位布置，只考虑型钢本身的刚度 Ke=Eh*IhKe=Eh*Ih2 2、若型钢半位布置，还考虑水泥土的刚度、若型钢半位布置，还考虑水泥土的刚度,即计算组合截面的刚度即计算组合截面的刚度 Ke=Eh*Ih+Ec*Ic Ke=Eh*Ih+Ec*Ic 根据材料力根据材料力学原理，先计算组合截面的形心轴，然后分别计算两种材料的不同截面对此形心轴的惯性矩，与弹模学原理，先计算组合截面的形心轴，然后分别计算两种材料的不同截面对此形心轴的惯性矩，与弹模相乘后再相加。相乘后再相加。型钢抗弯抗剪强度验算型钢抗弯抗剪强度验算在计算出型钢的内力后，用在计算出型钢的内力后，用 M/W=M/W=型钢设计强度型钢设计强度,Q/A=,Q/A=0.4*Hd=0.4*基坑深度基坑深度墙体厚度计算公式墙体厚度计算公式墙体正截面承载力验算公式墙体正截面承载力验算公式22 五月 202459水泥土墙的计算公式-其它方法还有抗倾覆验算还有抗倾覆验算地基承载力验算地基承载力验算正截面承载力验算等正截面承载力验算等22 五月 202460水泥土墙的计算书22 五月 202461钻孔的地质剖面图22 五月 202462各种材料的统计结果输出到Excel22 五月 202463施工图生成具体的施工图从图库中选择施工图种类22 五月 202464提供施工方案模板方案可导入Word用模板生成方案22 五月 202465谢 谢!Thank You!22 五月 2024