pkpm基坑支護(hù)軟件開發(fā)的主要原理和依據(jù)

1、1,前 言,PKPM基坑支護(hù)軟件的開發(fā)原理和依據(jù)(講課重點(diǎn)，包括三維計(jì)算和規(guī)范計(jì)算兩大部分，結(jié)合國(guó)家規(guī)范來講)和國(guó)內(nèi)主要軟件的比較交流和討論,2,PKPM基坑支護(hù)三維分析,,3,基坑支護(hù)三維分析概要,,基坑支護(hù)三維分析的優(yōu)點(diǎn)基坑支護(hù)三維分析的理論基礎(chǔ)PKPM基坑三維分析的特點(diǎn)影響基坑三維分析結(jié)果的主要因素基坑支護(hù)三維分析的過程,對(duì)象是樁墻、內(nèi)支撐、立柱、錨桿所組成的空間結(jié)構(gòu)體系,4,基坑支護(hù)三維分析的優(yōu)點(diǎn),在二維分析中，支

2、護(hù)體系被人為地拆成水平面分析（內(nèi)支撐）和豎直面分析（樁、墻），只能作到點(diǎn)上的位移協(xié)調(diào)；基坑支護(hù)體系本質(zhì)上是一空間結(jié)構(gòu)，三維分析具備理論上的先進(jìn)性，可實(shí)現(xiàn)真正的位移協(xié)調(diào)； 得到更符合實(shí)際的內(nèi)力和位移計(jì)算結(jié)果，真正反映支護(hù)體系的空間效應(yīng)；構(gòu)件計(jì)算更合理，可以節(jié)省工程造價(jià)。,5,基坑支護(hù)三維分析的理論基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)：樁、地下連續(xù)墻，鋼筋砼或鋼支撐梁，錨桿，鋼或砼支撐立柱形成的空間體系。荷載：土、水壓力，地面附加荷載。約束：被動(dòng)區(qū)土體。,

3、,,彈性支點(diǎn)法基本計(jì)算模型,計(jì)算簡(jiǎn)圖,6,PKPM基坑支護(hù)三維分析的荷載,土壓力：粘性土由于透水性差，一般水土合算；而無粘性土由于透水性好，一般水土分算。合算與分算的差別演示見黑板。附加荷載：無限寬度均布荷載按荷載大小*Kai傳遞（可以理解為增加等效的土層 ）；有限寬度局部荷載按應(yīng)力45度擴(kuò)散方法處理，但與上海規(guī)范、浙江規(guī)范、福建規(guī)范有差別。三種水壓力：靜止水壓力，滲流水壓力1、滲流水壓力2(上海規(guī)范

4、特有)，見黑板。,7,PKPM基坑支護(hù)三維分析的約束,常用的有“m”法，“K”法，“C”法，本質(zhì)上是假定被動(dòng)區(qū)土體彈性約束的剛度曲線不同,,“m“法基床系數(shù)圖 “K”法基床系數(shù)圖 “C”法基床系數(shù)圖 C=mH C=K C=c*sqrt(H)圖中H為從開挖面算起的深度。,8,PKPM

5、基坑支護(hù)三維分析的特點(diǎn),采用彈性支點(diǎn)法，即m法；三維計(jì)算核心模塊已在PKPM的高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中廣泛運(yùn)用并通過驗(yàn)證；模擬支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際施工過程的分步開挖和分步加撐和支撐拆除；在下一步開挖中考慮上一步所加支點(diǎn)的已有變形，從而得到符合實(shí)際的支點(diǎn)力；計(jì)算結(jié)果可靠合理，前后處理完全圖形化。,9,影響基坑三維分析結(jié)果的主要因素,土壓力模型 朗肯土壓力 規(guī)程土壓力(要知道兩者的差別)土抗力模型 m法 k法土

6、的特殊性質(zhì)，如軟土的流變性（長(zhǎng)期作用時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)相應(yīng)的變形，內(nèi)力也相應(yīng)發(fā)生改變）,10,基坑支護(hù)三維分析的架構(gòu)體系,,11,基坑支護(hù)三維分析的過程,前處理 劃分節(jié)點(diǎn)和單元，計(jì)算單元上的荷載，歸并截面的幾何類型和材料類型，計(jì)算單元上的約束信息，形成PMSAP數(shù)據(jù)文件；計(jì)算 調(diào)用PKPM成熟的三維計(jì)算模塊PMSAP； 后處理 形成各桿件的內(nèi)力、位移圖 樁、墻、鋼砼構(gòu)件的配筋計(jì)

7、算等,12,與國(guó)內(nèi)其它基坑軟件的比較(1),PKPM基坑支護(hù)軟件是真三維分析，三維分析模塊的正確性已經(jīng)被多項(xiàng)結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)所驗(yàn)證，而國(guó)內(nèi)其它主流軟件的三維分析是擬三維，6個(gè)空間位移中只計(jì)算出了Ux,Uy, ，不能反映內(nèi)支撐體系出平面外的穩(wěn)定問題，如下圖所示：,13,與國(guó)內(nèi)其它基坑軟件的比較(2),PKPM在圖形平臺(tái)和三維建模、顯示方面有自己的特點(diǎn)，既直觀形象，又全面方便，可以最大限度地節(jié)省用戶在三維分析方面的投資。,14,PK

8、PM排樁支護(hù)三維分析例題,15,排樁體系三維位移圖,16,排樁最大內(nèi)力,水平位移圖,17,第 1道內(nèi)支撐彎矩剪力軸力位移圖,18,第 2道內(nèi)支撐彎矩剪力軸力位移圖,19,第 3道內(nèi)支撐彎矩剪力軸力位移圖,20,排樁和三道支撐梁的配筋圖,21,PKPM地連墻支護(hù)三維分析例題,22,地連墻體系三維位移圖,23,地連墻最

9、大內(nèi)力、水平位移圖,24,地連墻水平等效梁的內(nèi)力、位移圖,25,第 1道內(nèi)支撐彎矩剪力軸力位移圖,26,第 2道內(nèi)支撐彎矩剪力軸力位移圖,27,第 3道內(nèi)支撐彎矩剪力軸力位移圖,28,某槽段地下連續(xù)墻配筋圖示例,29,支撐平面圖,30,PKPM基坑支護(hù)規(guī)范計(jì)算,,中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM軟件所,31,規(guī)范計(jì)算的

10、架構(gòu)體系,,32,樁(墻)結(jié)構(gòu)嵌固深度計(jì)算-懸壁樁,,,Ep,Ea,考慮安全系數(shù)，主動(dòng)區(qū)合力Ea和被動(dòng)區(qū)合力Ep對(duì)樁底取矩平衡,計(jì)算出嵌固深度。,33,樁(墻)結(jié)構(gòu)嵌固深度計(jì)算-單支點(diǎn),1、假定土壓力強(qiáng)度0點(diǎn)C為彎矩0點(diǎn)。2、對(duì)C點(diǎn)取矩，得支點(diǎn)的支點(diǎn)力3、考慮安全系數(shù)，主動(dòng)區(qū)合力Ea和被動(dòng)區(qū)合力Ep,支點(diǎn)力T1對(duì)樁底取矩平衡,計(jì)算 出嵌固深度。,,,Ep,Ea,,T1,34,樁(墻)結(jié)構(gòu)嵌固深度計(jì)算-多支點(diǎn),1、假定土壓力

11、強(qiáng)度0點(diǎn)C為彎矩0點(diǎn)。2、對(duì)C點(diǎn)取矩，開挖到第2道支撐底標(biāo)高，得第1道支點(diǎn)的支點(diǎn)力，然后往下開挖到坑底，假定第1道支點(diǎn) 的支點(diǎn)力不變，再對(duì)C點(diǎn)取矩，得第2道支點(diǎn)的支點(diǎn)力，以此類推…3、考慮安全系數(shù)，取C點(diǎn)以下至樁底的部分樁為研究對(duì)象，C點(diǎn)以下主動(dòng)區(qū)合力、C點(diǎn)不平衡的剪力、被動(dòng) 區(qū)合力對(duì)樁底取矩平衡，計(jì)算出嵌固深度。,,,Ep,Ea,,T1,,T2,,注：此方法即等值梁法，國(guó)家規(guī)范中采用過樁墻底的圓弧滑動(dòng)法來計(jì)算嵌

12、固深度，福建規(guī)范中不假定彎矩0點(diǎn)，對(duì)每道支點(diǎn)取矩，不平衡的土壓力就為此道支點(diǎn)受力，然后假定本道支點(diǎn)力不變，計(jì)算下一道支點(diǎn)的力。,35,樁(墻)結(jié)構(gòu)抗隆起驗(yàn)算,一、按墻底地基承載力隆起驗(yàn)算 坑外側(cè)土體考慮自重和附加荷載，坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)區(qū)土體考慮自重和凝聚力，按地基極限承載力的原理建立計(jì)算公式。沒有考慮墻底以上土體抗剪強(qiáng)度的影響。Pu=cNc+Ga2*D*Nq>=Ga1(h0+D)+q, h0為坑底，D為嵌固深度(Ga1、G

13、a2分別為主動(dòng)區(qū)和被動(dòng)區(qū)的土的自重，Nc、Nq為地基極限承載力系數(shù)，是內(nèi)磨擦角φ的函數(shù))二、繞最下一道支撐和樁墻底的圓弧滑動(dòng)隆起驗(yàn)算，考慮了墻底以上土體抗剪強(qiáng)度的影響。（上海規(guī)范計(jì)算嵌固的方法）,,36,樁(墻)結(jié)構(gòu)抗傾覆驗(yàn)算,K=Mrc/MocMrc-抗傾覆力矩，被動(dòng)區(qū)土壓力對(duì)最一下道支點(diǎn)中心O取矩Moc-傾覆力矩，主動(dòng)區(qū)土壓力對(duì)最一下道支點(diǎn)中心O取矩,,,,Ep,Ea,37,樁(墻)結(jié)構(gòu)抗?jié)B流驗(yàn)算,K=ic/iic-坑底土的

14、臨界水力坡度,ic=(ds-1)/(1+e)=浮容重/水容重Moc-i-坑底土的滲流水力坡降 i=hw/L=坑內(nèi)外水頭差/最短滲徑 （ic=r’/rw rw=10kN/m r’=Rsat-rw Rsat=(ds+e)*10/(1+e) ds=Ws/ Vs）,,38,樁(墻)結(jié)構(gòu)承壓水驗(yàn)算,K=Pcz/PwyPcz-坑底至承壓水頂板間土的自重壓力(kN/m2)Pwy-承壓水頭壓力=承壓水頭高度*10(kN/m2)(根據(jù)地勘

15、報(bào)告得出),,39,SMW工法結(jié)構(gòu)相關(guān)驗(yàn)算(1),,常見截面型式,型鋼入土深度確定原則1、滿足抗隆起穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算2、擋土墻的內(nèi)力位移不超過允許值3、如果要回收，可順利拔出。,水泥土入土深度確定原則1、滿足抗?jié)B流穩(wěn)定、承壓水穩(wěn)定驗(yàn)算2、大于型鋼的入土深度，以包裹型鋼3、坑內(nèi)降水不能影響到坑外環(huán)境，因此 要有一定的入土深度,型鋼抗拔驗(yàn)算1、型鋼最大抗拔力Pm=0.7*屈服強(qiáng)度*型鋼截面積2、型鋼最大可拔出長(zhǎng)

16、度<=最大抗拔力/(2*單元面積摩阻力*型鋼截面周長(zhǎng)),40,SMW工法結(jié)構(gòu)相關(guān)驗(yàn)算(2),,型鋼凈距和水泥土強(qiáng)度驗(yàn)算1、型鋼凈間距的驗(yàn)算(型鋼的凈間距不能過大<=水泥土墻體厚度+型鋼高度+型鋼形心軸 與截面形心軸間距離)2、若型鋼連續(xù)布置，僅需驗(yàn)算型鋼翼緣邊的水泥土抗剪強(qiáng)度（要剪斷型鋼比剪斷水泥土 困難）3、若型鋼間隔布置，還需驗(yàn)算水泥土搭接處的抗剪強(qiáng)度,組合剛度計(jì)算1、若型鋼全位布置，只考慮

17、型鋼本身的剛度 Ke=Eh*Ih2、若型鋼半位布置，還考慮水泥土的剛度,即計(jì)算組合截面的剛度 Ke=Eh*Ih+Ec*Ic 根據(jù)材料力學(xué)原理，先計(jì)算組合截面的形心軸，然后分別計(jì)算兩種材料的不同截面對(duì)此形心軸的慣性矩，與彈模相乘后再相加。,型鋼抗彎抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算在計(jì)算出型鋼的內(nèi)力后，用 M/W<=型鋼設(shè)計(jì)強(qiáng)度, Q/A<=型鋼抗剪強(qiáng)度 來進(jìn)行驗(yàn)算,41,樁(墻)結(jié)構(gòu)內(nèi)力位移計(jì)算-等值梁法,1、假定土壓力強(qiáng)度

18、0點(diǎn)C為彎矩0點(diǎn)。2、對(duì)C點(diǎn)取矩，開挖到第2道支撐底標(biāo)高，得第1道支點(diǎn)的支點(diǎn)力，然后往下開挖到坑底，假定第1道支點(diǎn) 的支點(diǎn)力不變，再對(duì)C點(diǎn)取矩，得第2道支點(diǎn)的支點(diǎn)力，以此類推…3、考慮安全系數(shù)，取C點(diǎn)以下至樁底的部分樁為研究對(duì)象，C點(diǎn)以下主動(dòng)區(qū)合力、C點(diǎn)不平衡的剪力、被動(dòng) 區(qū)合力對(duì)樁底取矩平衡，計(jì)算出嵌固深度。,,,Ep,Ea,,T1,,T2,,42,樁(墻)結(jié)構(gòu)內(nèi)力位移計(jì)算-m法,有限元方程為：,,,式中[K]

19、pc為樁墻的剛度，[K]sa為內(nèi)支撐和錨桿的剛度，{ F}為作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的外荷載。{U}為待求的支護(hù)結(jié)構(gòu)位移, {U0}為加支錨時(shí)，樁墻在支錨位置處的已有位移。,計(jì)算簡(jiǎn)圖如右圖所示：,43,多種方法的水土壓力圖,,,由于動(dòng)力水的影響造成的,44,樁(墻)分步開挖的內(nèi)力圖-等值梁法,等值梁法不能計(jì)算位移,45,樁(墻)分步開挖的內(nèi)力圖-m法,可計(jì)算位移，結(jié)果更合理,46,樁(墻)支護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿計(jì)算 (1),,47,樁(墻)支護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿計(jì)

20、算 (2),48,樁(墻)支護(hù)結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算,對(duì)沿周邊均勻配置縱向鋼筋的圓形截面和矩形截面的排樁和地下連續(xù)墻，其正截面受彎承載力按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。 非均勻配筋的圓形截面鋼筋混凝土樁，按國(guó)家規(guī)程JGJ120-99的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，如圖所示：,49,樁(墻)支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定計(jì)算,樁（墻）結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定分析采用圓弧滑動(dòng)簡(jiǎn)單條分法，計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖所示。在基坑施工的各個(gè)工況，根據(jù)本工況的基坑開挖深度、樁墻的

21、嵌固深度、土層參數(shù)、支點(diǎn)參數(shù)、及附加荷載等情況計(jì)算任意可能滑動(dòng)面的抗滑力矩和滑動(dòng)力矩，并找出最危險(xiǎn)滑弧，計(jì)算出最危險(xiǎn)滑弧的抗滑力矩、滑動(dòng)力矩以及二者的比值（即基坑邊坡的整體穩(wěn)定安全系數(shù)），如果整體穩(wěn)定不滿足要求，則調(diào)整上述有關(guān)參數(shù)后重新進(jìn)行計(jì)算，直到滿足為止。,50,排樁分步開挖的計(jì)算書,51,S MW工法計(jì)算,52,SMW工法計(jì)算書,53,m法計(jì)算書,54,土釘墻的局部穩(wěn)定計(jì)算,計(jì)算簡(jiǎn)圖,相關(guān)計(jì)算公式?,55,土釘墻的整體穩(wěn)定計(jì)算,相

22、關(guān)計(jì)算公式?,計(jì)算簡(jiǎn)圖,56,土釘墻的整體穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果,57,土釘墻的計(jì)算書,58,水泥土墻的計(jì)算公式-國(guó)家規(guī)程,嵌固深度計(jì)算原則1、按圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算2、滿足抗?jié)B穩(wěn)定3、Hd>=0.4*基坑深度,墻體厚度計(jì)算公式,墻體正截面承載力驗(yàn)算公式,59,水泥土墻的計(jì)算公式-其它方法,還有抗傾覆驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算正截面承載力驗(yàn)算等,60,水泥土墻的計(jì)算書,61,鉆孔的地質(zhì)剖面圖,62,各種材料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,輸出到Excel?,