pkpm基坑支護軟件開發(fā)的主要原理和依據(jù)

1、1,前 言,PKPM基坑支護軟件的開發(fā)原理和依據(jù)(講課重點，包括三維計算和規(guī)范計算兩大部分，結(jié)合國家規(guī)范來講)和國內(nèi)主要軟件的比較交流和討論,2,PKPM基坑支護三維分析,,3,基坑支護三維分析概要,,基坑支護三維分析的優(yōu)點基坑支護三維分析的理論基礎(chǔ)PKPM基坑三維分析的特點影響基坑三維分析結(jié)果的主要因素基坑支護三維分析的過程,對象是樁墻、內(nèi)支撐、立柱、錨桿所組成的空間結(jié)構(gòu)體系,4,基坑支護三維分析的優(yōu)點,在二維分析中，支

2、護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），只能作到點上的位移協(xié)調(diào)；基坑支護體系本質(zhì)上是一空間結(jié)構(gòu)，三維分析具備理論上的先進性，可實現(xiàn)真正的位移協(xié)調(diào)； 得到更符合實際的內(nèi)力和位移計算結(jié)果，真正反映支護體系的空間效應(yīng)；構(gòu)件計算更合理，可以節(jié)省工程造價。,5,基坑支護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：被動區(qū)土體。,

3、,,彈性支點法基本計算模型,計算簡圖,6,PKPM基坑支護三維分析的荷載,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、基坑支護三維分析的特點,采用彈性支點法，即m法；三維計算核心模塊已在PKPM的高層建筑結(jié)構(gòu)計算中廣泛運用并通過驗證；模擬支護結(jié)構(gòu)實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的已有變形，從而得到符合實際的支點力；計算結(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（長期作用時，結(jié)構(gòu)會相應(yīng)的變形，內(nèi)力也相應(yīng)發(fā)生改變）,10,基坑支護三維分析的架構(gòu)體系,,11,基坑支護三維分析的過程,前處理 劃分節(jié)點和單元，計算單元上的荷載，歸并截面的幾何類型和材料類型，計算單元上的約束信息，形成PMSAP數(shù)據(jù)文件；計算 調(diào)用PKPM成熟的三維計算模塊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

7、算等,12,與國內(nèi)其它基坑軟件的比較(1),PKPM基坑支護軟件是真三維分析，三維分析模塊的正確性已經(jīng)被多項結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計所驗證，而國內(nèi)其它主流軟件的三維分析是擬三維，6個空間位移中只計算出了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,與國內(nèi)其它基坑軟件的比較(2),PKPM在圖形平臺和三維建模、顯示方面有自己的特點，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基坑支護規(guī)范計算,,中國建筑科學(xué)研究院PKPM軟件所,31,規(guī)范計算的

10、架構(gòu)體系,,32,樁(墻)結(jié)構(gòu)嵌固深度計算-懸壁樁,,,Ep,Ea,考慮安全系數(shù)，主動區(qū)合力Ea和被動區(qū)合力Ep對樁底取矩平衡,計算出嵌固深度。,33,樁(墻)結(jié)構(gòu)嵌固深度計算-單支點,1、假定土壓力強度0點C為彎矩0點。2、對C點取矩，得支點的支點力3、考慮安全系數(shù)，主動區(qū)合力Ea和被動區(qū)合力Ep,支點力T1對樁底取矩平衡,計算 出嵌固深度。,,,Ep,Ea,,T1,34,樁(墻)結(jié)構(gòu)嵌固深度計算-多支點,1、假定土壓力

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

12、固深度，福建規(guī)范中不假定彎矩0點，對每道支點取矩，不平衡的土壓力就為此道支點受力，然后假定本道支點力不變，計算下一道支點的力。,35,樁(墻)結(jié)構(gòu)抗隆起驗算,一、按墻底地基承載力隆起驗算 坑外側(cè)土體考慮自重和附加荷載，坑內(nèi)側(cè)被動區(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算公式。沒有考慮墻底以上土體抗剪強度的影響。Pu=cNc+Ga2*D*Nq>=Ga1(h0+D)+q, h0為坑底，D為嵌固深度(Ga1、G

13、a2分別為主動區(qū)和被動區(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隆起驗算，考慮了墻底以上土體抗剪強度的影響。（上海規(guī)范計算嵌固的方法）,,36,樁(墻)結(jié)構(gòu)抗傾覆驗算,K=Mrc/MocMrc-抗傾覆力矩，被動區(qū)土壓力對最一下道支點中心O取矩Moc-傾覆力矩，主動區(qū)土壓力對最一下道支點中心O取矩,,,,Ep,Ea,37,樁(墻)結(jié)構(gòu)抗?jié)B流驗算,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、報告得出),,39,SMW工法結(jié)構(gòu)相關(guān)驗算(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,型鋼抗拔驗算1、型鋼最大抗拔力Pm=0.7*屈服強度*型鋼截面積2、型鋼最大可拔出長

16、度<=最大抗拔力/(2*單元面積摩阻力*型鋼截面周長),40,SMW工法結(jié)構(gòu)相關(guān)驗算(2),,型鋼凈距和水泥土強度驗算1、型鋼凈間距的驗算(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，僅需驗算型鋼翼緣邊的水泥土抗剪強度（要剪斷型鋼比剪斷水泥土 困難）3、若型鋼間隔布置，還需驗算水泥土搭接處的抗剪強度,組合剛度計算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，先計算組合截面的形心軸，然后分別計算兩種材料的不同截面對此形心軸的慣性矩，與彈模相乘后再相加。,型鋼抗彎抗剪強度驗算在計算出型鋼的內(nèi)力后，用 M/W<=型鋼設(shè)計強度, Q/A<=型鋼抗剪強度 來進行驗算,41,樁(墻)結(jié)構(gòu)內(nèi)力位移計算-等值梁法,1、假定土壓力強度

18、0點C為彎矩0點。2、對C點取矩，開挖到第2道支撐底標高，得第1道支點的支點力，然后往下開挖到坑底，假定第1道支點 的支點力不變，再對C點取矩，得第2道支點的支點力，以此類推…3、考慮安全系數(shù)，取C點以下至樁底的部分樁為研究對象，C點以下主動區(qū)合力、C點不平衡的剪力、被動 區(qū)合力對樁底取矩平衡，計算出嵌固深度。,,,Ep,Ea,,T1,,T2,,42,樁(墻)結(jié)構(gòu)內(nèi)力位移計算-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}為作用在支護結(jié)構(gòu)上的外荷載。{U}為待求的支護結(jié)構(gòu)位移, {U0}為加支錨時，樁墻在支錨位置處的已有位移。,計算簡圖如右圖所示：,43,多種方法的水土壓力圖,,,由于動力水的影響造成的,44,樁(墻)分步開挖的內(nèi)力圖-等值梁法,等值梁法不能計算位移,45,樁(墻)分步開挖的內(nèi)力圖-m法,可計算位移，結(jié)果更合理,46,樁(墻)支護結(jié)構(gòu)錨桿計算 (1),,47,樁(墻)支護結(jié)構(gòu)錨桿計

20、算 (2),48,樁(墻)支護結(jié)構(gòu)配筋計算,對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)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進行計算。 非均勻配筋的圓形截面鋼筋混凝土樁，按國家規(guī)程JGJ120-99的有關(guān)規(guī)定進行計算，如圖所示：,49,樁(墻)支護結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定計算,樁（墻）結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定分析采用圓弧滑動簡單條分法，計算簡圖如下圖所示。在基坑施工的各個工況，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)、支點參數(shù)、及附加荷載等情況計算任意可能滑動面的抗滑力矩和滑動力矩，并找出最危險滑弧，計算出最危險滑弧的抗滑力矩、滑動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)后重新進行計算，直到滿足為止。,50,排樁分步開挖的計算書,51,S MW工法計算,52,SMW工法計算書,53,m法計算書,54,土釘墻的局部穩(wěn)定計算,計算簡圖,相關(guān)計算公式?,55,土釘墻的整體穩(wěn)定計算,相

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