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文檔簡介
樁承式加筋路堤筋材設(shè)計方法的討論馬克菲爾(長沙)新型支檔科技開發(fā)有限公司韓飛引言軟土地基上筑堤(加固)的技術(shù)選擇地基加固,根據(jù)路基要求可以選擇不同技術(shù)方案:復(fù)合地基技術(shù)(水泥土樁、石灰樁、碎石樁、CFG樁等)PVD預(yù)壓固結(jié)技術(shù)(堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓)其他地基處理組合技術(shù)(如長版短樁+堆載工法)輕質(zhì)填料路堤,如EPS路堤分期施工技術(shù):前期固結(jié)基本完成后再加載傳統(tǒng)樁承路堤墊層加筋路堤樁承加筋路堤2傳統(tǒng)樁承路堤Firmsoilorbedrock使用斜樁3軟土地基路堤填土土工合成材料加筋樁典型樁承加筋路堤構(gòu)成樁帽主要區(qū)別:引入加筋墊層,取消邊緣斜樁4樁網(wǎng)復(fù)合地基著眼點是復(fù)合地基,不論采用何種樁型,強調(diào)樁-網(wǎng)-土的協(xié)調(diào)工作和共同分擔(dān)上部荷載;樁間土承擔(dān)荷載是復(fù)合地基的前提。樁承式加筋路堤更側(cè)重“樁承路堤”,多采用剛性樁,充分考慮填土路堤內(nèi)的土拱效應(yīng),特別是在水平加筋膜效應(yīng)下,由樁體分擔(dān)絕大部分路堤荷載與附加荷載,在一般情況下不考慮樁間土的支撐作用。樁承加筋堤vs.樁網(wǎng)復(fù)合地基5樁承式加筋路堤的設(shè)計方法英國規(guī)范BS8006(2010)
德國規(guī)范EBGEO(2010)
北歐指南NORDIC(2004)日本手冊(2001)復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范(GB/T50783-2012)6BS8006(2010)極限狀態(tài)PilegroupcapacityPilegroupextentVerticalloadsheddingOverallstabilityLateralsliding7承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)BS8006(2010)極限狀態(tài)ReinforcementstrainFoundationsettlement8北歐Nordic楔形拱英國BS8006土拱效應(yīng)荷載日本細則德國EBGEO規(guī)程9路堤荷載最終是由樁(樁間土)分擔(dān),樁基承擔(dān)的是經(jīng)過土拱效應(yīng)加強的上部荷載(A)和經(jīng)筋材薄膜效應(yīng)(梁效應(yīng))傳遞過來的荷載(B);而樁間土分擔(dān)的是經(jīng)過土拱效應(yīng)和薄膜效應(yīng)轉(zhuǎn)移后剩余的上部荷載(C)。10樁承式加筋路堤設(shè)計基本思路
根據(jù)路堤填筑高度和設(shè)計基本條件,考慮土拱效應(yīng),確定樁間加筋上的作用荷載。依據(jù)薄膜效應(yīng)或者梁效應(yīng)(Beamtheory),確定土工合成材料受力,進行加筋墊層設(shè)計。然后進行樁承式加筋路堤的穩(wěn)定性分析,樁基(樁型、間距、長度)設(shè)計,路堤沉降驗算。11各國規(guī)范對筋材長期設(shè)計抗拉強度的計算英國BS8006:
德國EBGEO:北歐NORDIC:日本細則:國家規(guī)范:12長期抗拉強度設(shè)計值:13BS8006&SANS207EBGEOFHWAISOTR20432TDRB,kTLTDSTLTDSRFCRA1RFCRRFCRfm21A2RFIDRFIDincludedinfm22includedinA4RFWRFWincludedinfm22includedinA4RFCHRFCHfm12xfm12fixedvalue=1.3FSFSRB,k=RB,K0/(A1xA2xA3xA4xA5)TB=TCR=Tchar/RFCRTD=TCR/fmwherefm=RFIDxRFWxRFCHxFS==fm21xfm22xfm12xfm12
長期抗拉強度設(shè)計值:14拉伸強度,T設(shè)計年限,tdLog(時間)1.Tult
(快速拉伸試驗測得)施工期傳統(tǒng)方法--長期抗拉設(shè)計強度Td
(e.g.,TRISO20432):15T第一步:土工合成加筋材料的機械性能可以通過不同的試驗方法測試;根據(jù)土工合成加筋筋材破壞時的變形,其結(jié)果略有不同。影響測試結(jié)果的其他因素:測試溫度;固定加筋筋材的夾具類型;速率(應(yīng)變、應(yīng)力)16拉伸強度,T2.Tult/RFID設(shè)計年限,tdLog(時間)施工期
RFID:施工損傷折減系數(shù)
(一般為:
1.05–3.0)1.Tult
(快速拉伸試驗測得)傳統(tǒng)方法--長期抗拉設(shè)計強度Td
(e.g.,TRISO20432):17第二步:施工損傷主要影響因素:填料粒徑填料顆粒尖銳程度壓實機械壓實能量壓實厚度.現(xiàn)場試驗非常有必要!182.Tult/RFID拉伸強度,T設(shè)計年限,tdLog(時間)NegativeageingeffectscoveredbyRFD施工期直接到設(shè)計年限末
!1.Tult
(由快速拉伸試驗測得)
RFD:環(huán)境因素折減系數(shù)(一般為
1.1–2.0)3.Tult/(RFIDxRFD)傳統(tǒng)方法--長期抗拉設(shè)計強度Td
(e.g.,TRISO20432):192.Tult/RFID3.Tult/(RFIDxRFD)拉伸強度,T設(shè)計年限,tdLog(time)NegativeageingeffectscoveredbyRFD施工期Gobackfromthefuture!1.Tult
(由快速拉伸試驗測得)傳統(tǒng)方法--長期抗拉設(shè)計強度Td
(e.g.,TRISO20432):20第三步:主要影響因素:紫外線聚烯烴類的氧化反應(yīng)聚酯類的水解反應(yīng)微生物土壤酸堿度PH值.
212.Tult/RFID3.Tult/(RFIDxRFD)拉伸強度,T設(shè)計年限,tdLog(時間)NegativeageingeffectscoveredbyRFDConventionalstress-rupturecurve施工期再一次到設(shè)計年限末
!4.
Tult/(RFIDxRFDxRFCR)
RFCR:蠕變折減系數(shù)e.g.,4.0–5.0forPP&2.6–5.0forHDPE(FHWA,2001)1.Tult
(由快速拉伸試驗測得)傳統(tǒng)方法--長期抗拉設(shè)計強度Td
(e.g.,TRISO20432):22第四步:蠕變折減系數(shù)主要影響因素:聚合物類型溫度
聚酯
90/110260°C聚丙烯
-20
170/180
高密度聚乙烯
-120/-90
130彈性階段粘彈性階段流態(tài)玻璃化溫度熔點一般土壤溫度:
0°C<t<30°C23最常用的是等時蠕變曲線。它可以提供了在特定的設(shè)計年限內(nèi)較明確的最大拉伸強度(左圖)
-強度準則
–蠕變應(yīng)變速率(右圖)-變形準則.24Log(time)5.設(shè)計強度:Td=Tult/(RFIDxRFDxRFCRx(Fs)overall)2.Tult/RFID3.Tult/(RFIDxRFD)拉伸強度,T設(shè)計年限,tdNegativeageingeffectscoveredbyRFD施工期4.Creeprupturestrength:Tult/(RFIDxRFDxRFCR)1.Tult
(由快速拉伸試驗測得)Conventionalstress-rupturecurve傳統(tǒng)方法--長期抗拉設(shè)計強度Td
(e.g.,TRISO20432):第五步:(Fs)overall
=
fm121Xfm122這個系數(shù)很重要但經(jīng)常會被遺忘。它包含了所采用材料生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量流程控制、建廠歷史、材料試驗測試頻率以及其依據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)提出材料參數(shù)典型數(shù)值的可信度。依據(jù)英國規(guī)范BS8006,fm122
與可提供的樣板數(shù)據(jù)庫次數(shù)成線性關(guān)系。如果不能達到最低值,此種材料不能被采用!26工程算例:軟基處理工程,筋材最大允許變形量4%,蠕變量<1%設(shè)計抗拉強度:Td=120kN/m工作溫度:30°C土壤PH值:
PH<9土料:隧道棄土
dmax=40mm27
1ststep:通過表格來反推與所需長期設(shè)計強度120kN/m相對應(yīng)的強度由上表可得,120年的設(shè)計年限:TCR=69%Tchar由此可得:RFCR =1/0.69=1.449上式中:TCR為長期蠕變設(shè)計強度值;
Tchar(Tult)為短期拉伸強度典型值,既通常所說的極限強度值。28RFID
=1.03~1.05與格柵型號有關(guān).
RD
=1.23(設(shè)計年限120年,土壤溫度:30°C土壤酸堿度:PH<9.5(Fs)overall=1.2依據(jù)BBA報告來計算所有與工作狀態(tài)相關(guān)的各種安全系數(shù):29
格柵總安全折減系數(shù)為:1.449x1.05x1.23x1.2
=2.24短期強度典型值Tchar
=Tult:Tdx2.24=120kN/mx2.24=268.8kN/mTult依據(jù)“強度準則”,應(yīng)選擇極限強度>269kN/m的格柵30
The2ndstep:校核269kN/m的格柵是否滿足“變形準則”。最大允許變形為4%-最大的蠕變變形量1%既格柵極限強度值為3%應(yīng)變時對應(yīng)的既為長期拉伸強度設(shè)計值Td(=120kN/m)kN/m。
120kN/m=45%的Tult(120/269=45%)相對應(yīng)的變形=3.9%與3%的應(yīng)變要求不符,不滿足“變形準則”31本工程中格柵允許最大變形量為4%,最大蠕變量為1%,為了滿足“變形準則”,根據(jù)格柵應(yīng)力~應(yīng)變典型曲線可以得到,3%應(yīng)變所對應(yīng)的長期拉伸強度設(shè)計值Td=33%的Tult。
The3ndstep:驗算格柵型號以滿足“變形準則”。32根據(jù)格柵應(yīng)力~應(yīng)變典型曲線可知:依據(jù)“變形準則”所對應(yīng)的33%的Tult
和“強度準則”所對應(yīng)的45%的Tult,格柵的應(yīng)變<0.5%,因此,我們可以把變形控制到3.5%。The3ndstep:驗算格柵型號以滿足“變形準則”。本工程中格柵允許最大變形量為4%,最大蠕變量為1%,為了滿足“變形準則”,根據(jù)格柵應(yīng)力~應(yīng)變典型曲線可以得到,3%應(yīng)變所對應(yīng)的長期拉伸強度設(shè)計值Td=33%的Tult。
33Tult
=Td/0.39=120/0.39=308kN/mThe3ndstep:驗算格柵型號以滿足“變形準則”。根據(jù)格柵應(yīng)力~應(yīng)變典型曲線可知:依據(jù)“變形準則”所對應(yīng)的33%的Tult
和“強度準則”所對應(yīng)的45%的Tult,格柵的應(yīng)變<0.5%,因此,我們可以把變形控制到3.5%。本工程中格柵允許最大變形量為4%,最大蠕變量為1%,為了滿足“變形準則”,根據(jù)格柵應(yīng)力~應(yīng)變典型曲線可以得到,3%應(yīng)變所對應(yīng)的長期拉伸強度設(shè)計值Td=33%的Tult。
解決方案強度為269kN/m的格柵滿足“強度準則”,但不滿足“變形準則”。正確的格柵強度(極限抗拉強度)應(yīng)該不小于308kN/m,而且是蠕變比較小的格柵類型,如PET格柵。工程算例:軟基處理工程,筋材最大允許變形量4%,蠕變量<1%設(shè)計抗拉強度:Td=120kN/m工作溫度:30°C土壤PH值:
PH<9土料:隧道棄土
dmax=40mm這是一個標準計算方法,是否有值得商榷的地方?
5.Designstrength:Td=Tult/(RFIDxRFDxRFCRx(Fs)overall)2.Tult/RFID3.Tult/(RFIDxRFD)拉伸強度,T設(shè)計年限,tdLog(時間)NegativeageingeffectscoveredbyRFD施工期4.Creeprupturestrength:Tult/(RFIDxRFDxRFCR)1.TultbyfastloadingtestonnewproductConventionalstress-rupturecurve這種方法值得商榷的地方在于蠕變是一個降解的現(xiàn)象,此意味著筋材的強度在恒定的應(yīng)變速率下隨著時間而減小、隨著蠕變荷載歷史而降低。把筋材的蠕變和降解過程分開來考慮。36
但是,蠕變不是一個筋材降解現(xiàn)象
a)筋材強度在恒定的應(yīng)變速率下不會隨著時間而減小,除非筋材收到生物、化學(xué)侵蝕作用。b)筋材強度不會隨著蠕變荷載歷史而降低。37
2.Tult/RFID3.Tult/(RFIDxRFD)Tensileforce,TDesignlife,tdLog(time)NegativeageingeffectscoveredbyRFDTimeofconstructionConventionalstress-rupturecurve4.Creeprupturestrength:Tult/(RFIDxRFDxRFCR)1.TultbyfastloadingtestonnewproductStress-rupturecurveforsimultaneouscreepdeformationanddegradation這是一個標準計算方法,是否有值得商榷的地方?這種方法值得商榷的地方在于蠕變是一個降解的現(xiàn)象,此意味著筋材的強度在恒定的應(yīng)變速率下隨著時間而減小、隨著蠕變荷載歷史而降低。把筋材的蠕變和降解過程分開來考慮。筋材降解作用和蠕變是同時發(fā)生的!在三種不同的降解環(huán)境下來模擬蠕變破壞曲線。T目前的設(shè)計方法::蠕變發(fā)生在降解之后(保守)蠕變和降解同時發(fā)生(實際)2.Tult/RFID3.Tult/(RFIDxRFD)拉伸強度,T設(shè)計年限,tdLog(時間)Negativeageingeffects1.Tult施工期5’.:Td'=Tult/(RFIDxRFCR.D
x(Fs)overall)4.Tult/(RFIDxRFDxRFCR)5.
Td=Tult/(RFIDxRFDxRFCRx(Fs)overall)4’.:Tult/(RFIDxRFCR.D)Newstress-rupturecurveTd
'>Td筋材長期抗拉強度設(shè)計方法討論馬克菲爾計算軟件43強度準則!變形準則!44樁承式加筋路堤的特點與優(yōu)勢與一般軟基加固技術(shù)相比,可有效控制沉降與傳統(tǒng)樁承堤相比,由于加筋存在,體系更穩(wěn)定工作機理、各部分之間的相互作用復(fù)雜與橋跨(樁+梁+肋板)相比,節(jié)約費用主要工程應(yīng)用公路、鐵路路基工程中與結(jié)構(gòu)物連接路堤公路、鐵路路基工程中需控制工后沉降的一般路堤公路、鐵路路基拓寬工程中的拓寬路堤45擬建的京滬高速鐵
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