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地鐵車站抗浮設計中抗拔樁的結構計算研究

作者:來源:日期:2019-12-27 9:47:52人氣:1156
      0引言

      地鐵車站的施工建設質量關乎人們的出行安全,因而,工程建設人員應對車站所處的水文地質環境進行勘查,以使最具效用的抗拔樁結構計算方法作用于實踐. ,提高抗浮設計的科學有效性。但在實踐過程中,地鐵車站工程所處的地質水文環境復雜性與結構計算方法的多樣性,增加了可靠獲取抗拔樁結構計算結果的難度。此背景下,工程建設者應對最常使用的結構計算方法進行分析,即在掌握其設計控制要點與重點的情況下,使其有效作用于水文裂隙與地處斷層帶的地鐵車站工程環境。所以,相關建設者應將其作為重點研究對象,以為地.鐵車站所處的地鐵線路運行穩定性得到保障,進而促進城市化建設的健康穩定發展。


      1研究地鐵車站抗浮設計中抗拔樁結構計算的現實意義

      對已建地鐵車站的施工使用過程進行分析,發現部分地鐵車站所處的水文地質環境復雜。而地鐵車站存在的埋深較大和頂板覆土攪拌等問題,均對.抗浮控制提出了結構設計要求。作為保障地鐵車站抗浮設計安全與車站運行使用效果的關鍵,抗浮設計雖有既定的規范標準,但針對地下結構物的抗浮驗算卻沒有規定具體方法。此工程結構設計背景下,相關建設者需對現有的地鐵車站抗浮設計中抗拔樁結構計算方法進行分析,并將其作用于實際工程項目的計算,以提高方法運用的科學有效性"。2地鐵車站抗浮設計中抗拔樁的結構計算方法

      2.1車站結構單元有限元模型

      以廣州地鐵暹崗站進行的抗浮設計過程為例,其利用SAP2000軟件計算車站結構的有限元。具體的計算就是將各個層板與側墻假設為單位長度的梁單元,并把框架柱結構按照剛度進行換算,作為單位長度厚度,而車站結構的底板與地基之間,應彈性假定,即將底板單元長度與豎向機床系數的乘積作為地基彈簧剛度。此外,在利用樁體彈簧模型進行抗拔樁的假定時,應采用有限元法進行荷載-結構模型的內力計算。如圖1所示,為車站結構的有限元模型。


      2.2荷載計算與荷載組合

      地鐵車站抗浮設計過程中,應考慮的荷載包括五種,即測土壓力、結構自重、底板下水浮力、頂板以上覆土與各個層面樓層的恒載、作用于側墻結構的超載問題,應采用4鐘荷載組合的計算方法。如.表1所示,為抗拔樁設計荷載組合。


      2.3抗拔樁等效剛度模擬

      利用設計計算軟件進行車站地下結構的抗浮設計時,應在得到整體結構內力圖的情況下,進行計算效率的控制,以實現簡化抗拔樁模擬的目標。就當前設計計算的技術環境來看,大剛度彈簧,是抗拔樁結構計算中最常使用的模擬方法。當樁體的彈簧模型得到了簡化,就可經軟件.公式以及基床系數得到彈簧剛度的大小。如此,就可輸入計算模型,并對計算結果進行修正,以滿足地鐵車站工程實際抗浮設計的計算要求凹。

      3地鐵車站抗浮設計中抗拔樁結構計算的實例分析

      廣州地鐵暹崗站的建設型式為地下三層,設計為雙柱三跨銅筋混凝土箱型結構。車站總長約為148 m,底板埋深在24.3~32.4m,覆土厚度在3.5 m左右,標準段寬為21.4m。此工程建設背景下,抗浮設計的水平應取整平地面以下1 m,應采用明挖順作法進行施工建設。對結構作用效果進行初步估算發現,車站四層區域底板水的浮力要高于頂板覆土重量加上結構恒載自重,因此,無法滿足當前既定規范標準提出的抗浮安全控制要求。為此,抗浮設.計人員應在掌握地鐵車站水文地質基本情況的基礎上,進行深化設計控制。經勘察,本車站所處的地下水類型為微承壓水、潛水以及基巖裂隙水。其中微承壓水主要存在于殘積土與混合土環境中;潛水主要存在于淺部填土層,但會受到季節性降雨的影響發生變化;基巖裂隙水主要存在于基巖鳳化帝.節理裂陳與斷層破碎帶環境中。從總體角度來看,地鐵車站所處的水文環境具有富水程度差異大且連通性不高特點,將大幅增加車站工程抗浮設計的難度。

      此建設環境背景下,針對抗拔樁的平面布置,設計人員采用了以下原則:首先,布置抗拔樁時,應盡可能地避免群樁效應,即將樁側摩阻力利用起來,并把中心距與凈距控制在既定的規范標準要求以內。其次,將抗拔樁設置在柱下與底板梁下,相關人員應充分考慮到其對底板梁的受力影響,來控制抗拔樁作用帶來的不穩定性問題。最后,作用于底板底的抗拔樁,設計人員應通過對其抗剪、抗沖切以及抗彎承載力的性能進行驗算,以確保結構作用的安全可靠性。值得注意的是,對于抗拔樁根數與單根長度的設計,相關人員應根據結構的防水要求與結.構受力情況來進行各項施工因素的綜合考量。配筋設計時,地鐵車站抗浮設計中抗拔樁作用穩定性控制人員應根據荷載運用組合設計方法,通過內力計算來確定抗拔樁的長度與數量設置。此外,在另外兩組荷載組合的作用下,還可求出抗拔樁的標注值與軸力設計值。值得注意的是,配筋面積的有效設計控制,應在強度與裂縫控制的計算條件下,將較大值作為設計計算結果。而承載力的計算,以本地鐵車站抗浮設計中抗拔樁的豎向抗拔承載力為例,其在實踐作用過程主要集中在兩個部分,即抗拔樁與中風化閃長巖的自重和破裂面巖石強度抗力。實際設計計算過程中,抗浮驗算荷載組合為1時,承載力的計算應充分考慮到破裂面巖石強度所帶來的抗力問題。當抗浮驗算的荷載為2時,考慮安裝的豎向承載力控制,僅考慮到破裂面內中鳳化閃長巖自重與抗拔樁,即可對結構作用的承載力計算進行精準控制。此過程中,設計人員還應考慮到破裂面巖石強度所產生的抗力影響。這里的中鳳化閃長巖所帶來破壞模式為圓錐形剪切破壞、圓柱形剪切破壞與圓錐形沖切破壞。由此得出的三種計算結果,應取最小值為地鐵車站抗拔樁的抗拔承載力。這里的圓錐形破壞承載力計算分為兩種,即剪切破壞與沖切間。


      4結語

      綜上所述,地鐵車站的建設使用,是提升所在區城城市化發展水平的關鍵。工程建設者除了要提高抗浮設計的質量效果,還應結合工程所處的水文地質環境,以采用最有效的結構設計方案。例如,對于抗拔樁結構的配筋設計,相關人員應根據荷載組合方法,來確定抗拔樁的長度與數量。此外,還應根據防水與結構受力情況,來對抗拔樁的布置因素進行分析控制,以提高作用于抗浮設計的有效性。為此,地鐵車站工程的建設者應綜合多方面因素來為抗浮設計的抗拔樁提供設計依據,滿足工程建設使用的安全可靠要求。

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