3.3.6 采用竖向弹性地基梁法计算时,板桩墙的入土深度应按第3.3.3条有关规定确定。板桩墙内力和变位可采用杆系有限元法求解,其计算图式见图3.3.6。入土段墙后的主动土压力宜考虑由计算水底以上超载(地面荷载加土体重)产生的部分。
此法可考虑拉杆锚碇点的位移。锚碇点位移由拉杆受力变形和锚碇结构位移两部分组成。锚碇结构的位移可按第3.4节有关规定计算。
当考虑拉杆锚碇点位移时,计算弯矩不折减;不考虑拉杆锚碇点位移时,计算弯矩应按第3.3.5条规定折减。
弹性杆的弹性系数Ki由水平地基反力系数乘杆的间距确定。水平地基反力系数,根据地基土的性质和设计经验,可采用m法或其他方法,有关参数可按附录A选用。
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3.3.7 采用自由支承法计算时,板桩墙的入土深度应按第3.3.3条规定确定。板桩墙内力的计算图式见图3.3.7,假定在最小入土深度tmin范围内板桩墙前全部出现极限被动土压力,tmin由力和力矩的平衡求得。按此图式计算的板桩墙弯矩不折减。
3.3.8 考虑各拉杆受力不均匀,不论采用何种计算方法,均应取计算的拉杆力乘不均匀系数ξR作为设计拉杆力的标准值,ξR可取1.35。
3.3.9 无锚板桩墙的入土深度可按第3.3.3条规定确定,但式(3.3.3)中的MG、MQZ和MQ为相应作用标准值对桩尖的力矩。
3.3.10 无锚板桩墙入土段的内力和计算水底处的位移可采用竖向弹性地基梁法计算,其计算图式见图3.3.10,计算的弯矩可不折减。
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条文说明
3.3.2 以往设计板桩码头只采用底端嵌固的这一种工作状态,这对于土质较软的地基是合适的。考虑到地质条件的千差万别,在某些情况下采用底端自由支承状态或介于底端嵌固和底端自由支承两者之间的工作状态可能比较合理,所以本条提出四种情况下可考虑采用自由支承工作状态或介乎两者之间的工作状态。这样比较灵活。
3.3.3 采用弹性线法计算时,板桩墙的入土深度是根据板桩墙底端线变位和角变位都等于零的假定来确定,将一个超静定结构简化为静定结构。近年来,日本、原苏联都提出,板桩墙的入土深度要满足“踢脚”稳定的条件。“踢脚”稳定的概念比较清楚,而且要求板桩墙有足够的稳定性这也是合理的,故本条提出“应”满足“踢脚”稳定的要求。
根据对国内20个实际工程计算对比,发现有7个工程用“踢脚”稳定求出的入土深度接近和大于用弹性线法求出的入土深度,这多发生在地基土质较差的情况(φ<17°),条文规定板桩墙的入土深度应满足“踢脚”稳定的条件。当按弹性线法计算时,入土深度取两者算出的大值。
板桩墙的入土深度应满足“踢脚”稳定的要求是采用以分项系数表达的极限状态设计法。
不考虑波浪力时,可变作用效应是码头面可变作用产生的主动土压力对拉杆锚碇点产生的“踢脚”力矩,考虑波浪力时,可变作用效应是墙前波吸力和可变作用主动土压力对拉杆锚碇点的“踢脚”力矩,两者中取大值作为主导可变作用。 作用分项系数的确定是在校准原来的安全系数水准,经各规范协调之后取用的。列于条文中表3.3.3的作用分项系数采用了现行行业标准《重力式码头设计与施工规范》的研究成果,取值与其完全一致。
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本规范编制过程中,曾对20个工程进行了确定入土深度的校准计算。按条文中式(3.3.3)和各码头的有关作用和抗力的标准值求出相应的作用效应组合的设计值
和结构承载力的设计值
,按下式求出起调整作用的结构系数
;
(3.3.3)
计算结果表明,当地基土质差时,rd取1.0;当地基土质好时,rd取1.15。 3.3.4 板桩墙的计算方法应根据其工作状态选用,自由工作状态采用自由支承
法,底端弹性嵌固状态采用弹性线法。这两种计算方法都是在一定的假定条件下推导出来的,使用有局限性。近年来随着计算机的应用,广泛采用竖向弹性地基梁法,这种方法应用范围较广,可适用于任何工作状态;能计算单锚板桩或多锚板桩,并能考虑锚碇点位移的影响。只是用此法计算时水平地基反力系数的确定要慎重。
按弹性线法计算出的板桩墙内力与板桩墙的刚度无关,实际不然,对于大刚度的板桩墙用弹性线法计算往往偏于危险,为安全计提出对于刚度大的板桩墙,不宜采用弹性线法。
3.3.5 弹性线法即罗迈尔法的基本点是假定板桩墙底端的角变位和线变位都等于零,而拉杆锚碇点的位移也等于零,实际情况与这假定是有出入的,对跨中弯矩的影响有:墙后土压力重分布及锚碇点位移。考虑到这两个因素,条文规定跨中最大弯矩的折减系数采用0.7~0.8,对刚度较小的板桩墙主要是第一种因素影响。对刚度较大的板桩墙主要是第二种因素影响。
3.3.6 竖向弹性地基梁法是近年来推广采用的方法,可利用计算机计算。板桩墙入土段墙后仅考虑由设计水底以上超载(地面荷载加土体重)产生的主动土压力,不考虑土体本身产生的土压力,因为这部分土压力已反映在土抗力中,这与灌筑桩的计算是一致的。
杆系有限元法就是把板桩墙入土段的抗力用一系列弹性杆来代替,弹性杆的弹性系数等于水平地基反力系数乘以杆的间距。
3.3.7 自由支承法只适用单锚板桩墙的自由工作状态。板桩墙的入土深度是按“踢脚”稳定确定的,拉杆力和板桩墙内弯矩是按最小入土深度Tmin的情况计算。 3.3.8 许多工程原观都发现,各拉杆受力是不均匀的,而且差异很大,因此设计拉杆和锚碇结构时,必须考虑这种情况,所以乘1.35倍系数主要是拉杆受力不均匀所致。
3.4 锚碇结构计算
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3.4.1 锚碇墙(板)的稳定性应满足下式;
(3.4.1)
式中 γ0——结构重要性系数,取1.0; γE——主动土压力分项系数,取1.35;
Eax——锚碇墙(板)后土体本身产生的主动土压力水平分力的标准值(kN),按第3.2节有关规定计算,计算时δ取零; γ
RA
——拉杆拉力的分项系数,取1.35;
RAX——拉杆拉力水平分力的标准值(kN),按第4.2.1条规定计算; ψ——作用组合系数,取0.7;
Eqx——锚碇墙(板)后地面可变作用产生的主动土压力的标准值(kN),按3.2.3条有关规定,计算时δ取零;
Epx——锚碇墙(板)前被动土压力水平分力的标准值(kN),按第3.4.2条规定计算;
γd——结构系数,取1.15。
3.4.2 锚碇墙(板)前被动土压力可按下式计算:
(3.4.2)
式中 Epx——锚碇墙(板)前被动土压力标准值(kN); γ——墙(板)前回填料或土的重度(kN/m3); th——锚碇墙(板)底端的埋深(m); Kp——被动土压力系数;
bk——锚碇墙(板)的计算宽度(m);对于连续锚碇墙,bk取拉杆间距;对于锚碇板(不连续的锚碇墙),bk取Kbb,b为锚碇板宽度,Kb为考虑锚碇板位移带动两侧土体使被动土压力增大的系数;
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