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2分析原理
2.1分析荷载和允许应力(R24)
(1).需要充分分析项目中不同荷载的稳定性,荷载类型包括以下4类:
a)开挖基坑结构的自重,可能需考虑临时搭载的桥梁和基坑上层临时覆盖层;
b)第2.3节中作用的活荷载;
c)土自重、结构和活荷载造成的土压力,必要时需考虑土体内聚力;
d)水压。
(2).对于该项目具体情况,还需考虑以下荷载:
a)制动力,例如用于铁路或有轨电车线路旁边或下方的开挖;
b)异常载荷和很少发生的荷载组合或很少发生的作用点位置,例如异常水位;
c)温度对支柱的影响,例如不带有屈曲保护装置的H型钢支撑杆,或在狭窄同时因温度骤降而结霜的开挖地面中,对于柔性墙体,无需研究温度变化对剩余基坑开挖的影响。
(3).除了已经提到的荷载外,在特别情况下,可能还需考虑在正常情况下不会发生的异常载荷,例如:
a)短期异常荷载,例如在测试、过压或卸载锚或支柱时;
b)工程机械对临时搭载桥梁或基坑上层临时覆盖层的支撑或保护装置的中间支架的影响;
c)因操作或维护装置故障而增加的荷载的影响;
d)由于挡土墙前冲刷而导致轴承(例如支柱或锚点)发生故障引起的荷载。
(4).下列关于结构材料的许可应力分析:
a)附录A6和A7增加的许可应力适用于该项目荷载以及3(a)所述的情况;
b)根据3(b)至3(e)调查极限状态的容许压力应按规范确认。
(5).在确定容许的有效应力与限重设计时,所用型钢应力值:
a)用于S235:fy=240MN/m2
b)用于S240:fy=240MN/m2
c)用于S270:fy=270MN/m2
d)用于S355:fy=360MN/m2
e)用于S390:fy=390MN/m2
(6).如果根据DIN1054对基坑开挖结构、临时搭载桥梁和基坑上层临时覆盖层进行稳定性分析,安全系数可根据EAU[2]确定,如下所示:
a)在H工况中,根据EAU[2],适用案例2;
b)在HZ工况中,以及根据第3节调查特殊情况,适用案例3。
2.2土性质测定(R2)
(1).主动土压力和被动土压力中、 c、、等参数根据附录A4确定。
(2).如果第4条第3款(第3.2节)没有限制,可根据附录A4将粘性土的凝聚力分析。
(3).如果无粘性土的毛细管凝聚力不能因干燥或洪水而丧失,或在建筑工程中因地下水或来自上方的水而流失,可考虑无粘性土的毛细管凝聚力。
2.3墙体摩擦角(R89)
(1).摩擦角主要取决于:
a)土的抗剪强度;
b)墙的表面粗糙度;
c)墙和土体之间的相对移动。
此外,所选滑移曲面也起着一定的作用。
(2).在墙体粗糙度方面,有以下情况有区别:
a)后壁面被称为'锯齿形墙面',如果由于其形状,它显示如此复杂的表面,墙摩擦立即作用的墙壁和地面之间不是关键,但摩擦在地面上的平面失效表面,只部分接触墙壁。对于板桩墙,它也是一个近似值。
b)未经处理的钢、混凝土和木材表面通常可被视为'粗糙',特别是桩和填充墙的表面。
c)如果滤饼发育率低,例如在粘性土中隔膜壁,隔膜壁的表面可归类为'略粗'。
d)如果土由于其粘土含量和一致性而表现出'污迹'属性,后壁面应被归类为'光滑'。
只有在主动土压力或被动土压力分析基于折线或非圆形滑动表面时,才能采用真是摩擦角度。如果使用大约平面滑动表面,则必须降低壁摩擦角,以补偿由此产生的误差。以下壁摩擦角,作为摩擦角,将采取:
墙面纹理 |
滑动面弯曲度 |
滑动面平面 |
举措形墙面 |
||
粗糙墙面 |
||
略粗糙墙面 |
||
光滑墙面 |
(4).垂壁摩擦角的符号取决于墙壁和地面之间的相对位移:
a)对于土压力,如果土楔向下移动超过图R89-la所示,壁摩擦角为正。
b)对于土压力,如果壁向下移动超过地面,壁摩擦角为负,如图R89-1b所示。
这原则上也适用于确定被动土压力。另见图R19-1(第6.4节)。
图R89-1.主动土压力垂壁摩擦角
2.4活荷载的一般要求(R3)
(1).以下情况定义为活荷载:
a)根据R55(第2.4节)从公路和铁路交通中的路面荷载,
b)根据R56(第2.5节)从站点流量和站点操作中场地荷载,
c)根据R57(第2.6节)从挖掘机和起重设备等机械设备荷载。
有关这些荷载分类为主要荷载和附加荷载,请参阅R24(第2.1节)。
(2).如果不进行精确调查,橡胶轮胎车辆和建筑设备的单个轮胎接触宽度假定如下:
a)0.60m,用于100kN(10t)的车轮荷载,
b)0.46m,用于65kN(6.5t)的车轮荷载,
c)0.40m,用于50kN(5.0t)的车轮荷载,
d)0.30m,用于40kN(4.0t)的车轮荷载,
e)0.26m,用于30kN(3.0t)的车轮荷载。
如有需要可采用线性插值。行驶方向的触点长度始终为0.20m。
(3).上部道路层内所有方向的荷载分布可以假定,如图R3-1所示,与荷载分布层的属性和厚度d无关:
a)混凝土或紧密联锁的石材铺路分布,
b)厚度=0.75d液压稳定砾石或碎石垫层,
c)非稳定砾石或碎石垫层厚度=0.50d。
图R3-1.道路上部荷载分布情况
有关工程地基设计要求,请参阅公路工程基础课程的相关技术法规和指南。
(4).如未安装路面,橡胶轮胎车辆和施工设备的接触区域因沉降到路面而增加。如果不进行精确调查,适用于第2款铺面道路的接触区域长度和宽度可增加15厘米。
(5).为了确定土压力,如图R3-2a所示的点荷载或有界分布的分布荷载可以转换为等效的条带荷载,并将荷载投影假定为大约45°到水平。如果相邻荷载的影响重叠,则可应用具有两个荷载公共接触区域的简化方法,如图R3-2b所示。
(6).如果在支撑式基坑开挖中,只有一面墙由活载荷的土压加载,则必须为相同的内部力设计相反的墙,除非对弹性固定结构分析支撑点上产生的土压力。没有必要加固排桩墙的填充。
2.5公路和铁路的活荷载(R55)
(1).桥梁设计通常采用的桥轴间距和桥架荷载不会导致基坑开挖达到临界状态。在分析基坑结构的稳定性时,仅根据实际车轴间距和常用许可道路车辆的允许车轴荷载进行分析,并调查以下荷载组合:
a)单轴荷载为115kN(11.5t),如图R55-la所示;
b)双轴荷载为160kN(16.0t),如图R55-lb所示;
c)三轴荷载为210kN(21.0t),如图R55-lc所示。
轴荷载可以均匀地分布在单轴或多轴组的所有车轮上。无需考虑影响附加费。
图R55-1.主轴荷载情况
(2).以下建议适用于根据第1款确定由于车轮荷载对挡土壁施加的土压力:
a)R3,第2款(第2.3节),用于接触区;
b)R3,第3段,用于上部道路层的荷载分布;
c)R3,第5段,用于地面荷载分配。
无需单独调查车轮对车辆侧面远离挡土墙的影响,以及车辆在更远处车道上的影响。相反,10kN/m2的未绑定分布式荷载紧邻离挡土墙最近的车轮荷载。
(3).如果确定:
a)不会超过第1款的荷载;
b)路面,包括沥青基路层,由混凝土或紧密联锁的石材铺路组成,厚度至少为15厘米;
c)车轮接触区域与挡土墙后部之间的距离至少为1.0m。
根据第2款进行更精确的调查,可以免除P=10kN/m2的无限分布荷载作为等效荷载。对于较小的距离,分布式荷载必须位于紧邻挡土墙的1.5m宽的条带中,并按如下方式增加:
如果接触区域保持至少0.60m的距离,则由P=40kN/m2,如果未遵守间距,例如在临时桥梁区域。
图R55-2.距挡土墙不到1.0m的道路交通等效荷载
另见图R55-2。这些方法已经考虑了道路路面的荷载分布。
(4).如果在应用等效荷载时,必须考虑到比第1款规定的车辆重量过重的车辆,如果个别车辆、拖拉机和拖车没有超过三个轴,则第3款所赋予的同等荷载可按与车轴载重对应的比例转换。必须对拥有三个轴以外的车辆进行特别调查,例如运载货车的拖车。
(5).如果路缘支撑在挡土墙上,则必须施加水平点力。桥梁工程的相关规定中对幅度给予了规定。设计道路边缘时必须采用对称重力,在设计基坑开挖结构时必须作为附加荷载。
(6).如果挡土墙位于轨道车辆荷载投影内,则根据有关运输服务提供条例采用活载荷或等效荷载。不需要考虑动态系数。如果与卧铺末端和挡土墙之间的最小距离为0.6m,即可对有轨电车应用P=10kN/m2的无边界分布式荷载。必要时必须考虑离心力和去向力。
(7).在设计临时桥梁和基坑开挖时,包括适用的桥梁和铁路交通适当运输服务提供者的相关规定。在多车道临时桥梁和挖掘盖上,车辆因车轴载重或总重量而需要特别许可,因此一般没有牌照,通常足以提供一条专门设计的车道。
2.6从站点流量和站点操作活荷载(R56)
(1).通常存放在露天或工地小屋中的建筑材料,通常通过P=10kN/m2的无限分布荷载来考虑。如果基坑开挖的附近储存着大量的土方或大量的钢、石和类似材料,则必须进行更精确的调查。这同样适用于土体荷载。
(2).在一般公共道路(如重型货车、拖拉机和拖车)上应用同等荷载时,R55、第3条第3款(第2.5节)也适用于未安装道路路面的车辆。如果建筑车辆由于车轴载荷或车轴数量而无法与R55第1段中给出的荷载关联,则R55、第4段将相应适用。
如果已经考虑到同一区域已经考虑到挖掘机和起重设备对同一区域的影响,则没有必要采用现场交通的活荷载。只能沿基坑开挖外部行驶的挖掘机和起重设备必须作为道路车辆考虑。
(3).如果建筑车辆的地面压力不是根据第2款在同等荷载的帮助下确定的,则适用以下建议:
a)R3,第2款(第2.4节),橡胶轮胎车辆的接触区域;
b)R3,第3段,用于上部道路层的荷载分配;
c)R3,第4段,关于没有路面的接触面积的增加;
d)R3,第5段,用于地面荷载分配。
无需单独调查车轮对车辆侧面远离挡土墙的影响,以及车辆在更远处车道上的影响。相反,与挡土墙最近的车轮荷载相邻,将应用无边界分布式荷载P=10kN/m2。
(4).在设计作为模板、钢筋混凝土和类似工作的作业区或储存区时,第1款适用。临时桥梁和挖掘盖须采用预期荷载,用于现场交通。这同样适用于非橡胶轮胎现场交通,例如加压滚路机或履带式挖掘机。现行桥梁法规对动态系数、附加费和特殊荷载适用。如果几辆装载的车
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