
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
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文檔簡介
《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》
地基承載力
地基承載力
單元1
概述單元2
按塑性變形區(qū)的開展范圍確定地基承載力
單元3
按極限荷載確定承載力單元4
按規(guī)范確定地基承載力單元5
原位試驗(yàn)確定地基承載力單元1
概述v地基破壞的形式與特點(diǎn)
v地基整體破壞的三個(gè)階段
v地基承載力的概念一、地基破壞的形式與特點(diǎn)
(1)豎直荷載下地基破壞的形式v
1)整體剪切破壞
v
2)局部剪切破壞
v
3)沖剪破壞密實(shí)砂土,堅(jiān)硬粘土,淺埋
土質(zhì)較軟軟粘土,深埋v
4)液化
飽和松砂(2)豎直和水平荷載下地基破壞形式
v
表面滑動(dòng)
水平力大v
深層滑動(dòng)
豎直荷載大1)整體破壞土質(zhì)堅(jiān)實(shí),基礎(chǔ)埋深淺;P曲線開始近直線,隨后沉降陡增,
兩側(cè)土體隆起。1.整體破壞S2)局部剪切松軟地基,埋深較大;P曲線開始就是非線性,沒有明顯的驟降段。3)沖剪破壞松軟地基,埋深較大;荷載板幾
乎垂直下切,兩側(cè)無土體隆起。2.局部剪切3.沖剪破壞SS表面土P深土層條形基礎(chǔ)受鉛直中心荷載作用時(shí)地基破壞形式及特點(diǎn)破壞類型地基中滑動(dòng)面情況荷載與沉降曲線的特征基礎(chǔ)兩側(cè)地面情況破壞時(shí)基礎(chǔ)的沉降情況基礎(chǔ)的表現(xiàn)設(shè)計(jì)的控制因素事故出現(xiàn)情況適用條件基土相對(duì)埋深整體破壞完整(以至露出地面)有明顯的拐點(diǎn)隆起較小傾倒強(qiáng)度突然傾倒密實(shí)的小局部破壞不完整拐點(diǎn)不易確定有時(shí)微有隆起中等可能會(huì)出現(xiàn)傾倒變形為主較慢下沉有傾倒松軟的中沖剪破壞很不完整拐點(diǎn)無法確定沿基礎(chǔ)出現(xiàn)下陷較大只出現(xiàn)下沉變形緩慢下沉軟弱的大某谷倉的地基整體破壞1940年在軟粘土地基上的某水泥倉的傾覆巖石水泥倉地基
整體破壞辦公樓外墻黃粘土藍(lán)粘土地基土可能的滑動(dòng)方向
石頭和粘土在軟粘土上的密砂
地基的沖剪破壞1964年日本新瀉(Niigata)地震地基的大面積液化地基液化引起的建筑物破壞(2)
豎直荷載和水平荷載下建筑物地基破壞的形式PhPv表層滑動(dòng)PhPv深層滑動(dòng)二、地基整體破壞的三個(gè)階段
地基整體剪切破壞可分為彈性變形階段(如圖a曲線中的oa段)、彈塑性變形階(如圖a曲線中的ab段段)和破壞階段a三、地基承載力的概念地基承載力就是指地基所能承受荷載的能力,在不同使用狀態(tài)下地
基具有不同的承載力,如極限承載力、臨塑承載力等。建筑物正常使用條件:1)地基不受破壞,且具有一定的
安全度;2)滿足建筑物的變形要求(即正常使用狀態(tài))?!督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)用地基承
載力特征值f
表示正常使用極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)的地基承載力,其
涵義是在發(fā)揮正常使用功能時(shí)所允許采用的抗力設(shè)計(jì)值。建筑物地基設(shè)計(jì)的基本要求
v1)強(qiáng)度要求:荷載小于承載力(抗力)p
pu/Fs
=fv2)變形要求:變形小于設(shè)計(jì)允許值S
[S]v3)變形的類型(1)沉降量
(2)沉降差(3)傾斜
(4)局部傾斜小節(jié)1)破壞形式豎直荷載作用下,有水平荷載時(shí)2)
變形要求(1)沉降量
(2)沉降差相鄰柱基(3)傾斜高聳結(jié)構(gòu)
(4)局部傾斜砌體承重結(jié)構(gòu)如何滿足地基設(shè)計(jì)的條件?
v
承載力?v
變形?確定承載力的三種方法原位試驗(yàn)理論公式計(jì)算經(jīng)驗(yàn)估算確定地基承載力設(shè)計(jì)值的方法1.現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)法:載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探等。需要進(jìn)行修正2.規(guī)范公式計(jì)算法,不做寬度、深度修正
3.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定承載力,做寬度、深度修正學(xué)習(xí)情境7
地基承載力
單元1
概述單元2
按塑性變形區(qū)的開展范圍確定地基承載力
單元3
按極限荷載確定承載力單元4
按規(guī)范確定地基承載力單元5
原位試驗(yàn)確定地基承載力單元2
按塑性變形的區(qū)開展范圍確定地基承載力
v一、臨塑荷載計(jì)算v二、塑性荷載計(jì)算v三、極限荷載確定地基承載力設(shè)計(jì)值
f
的確定辦法:①
要求較高:f
a
=
Pcr在中國取P1/4②
一般情況下:f
a
=
P1/4
或
P1/3
或者:③
用極限荷載除以安全系數(shù):
f
a=
Pu
/
FsFs
---安全系數(shù)始出現(xiàn)壞臨塑荷載
臨界荷載極限荷載pcr臨塑荷載pcrpupcr~
pu
塑性區(qū)發(fā)展和臨界荷載
pu
連續(xù)滑動(dòng)面和極限荷載地基土開連續(xù)剪
滑切
動(dòng)破
面s荷載沉降曲線臨塑荷載、極限荷載地基承受荷載的不同階段性區(qū)1.彈性階段-特征值fa
(設(shè)計(jì)承載力)臨塑荷載2.局部塑3.
極限承載力一、臨塑荷載計(jì)算1.塑性變形區(qū)的邊界方程允許地基中有一定的塑性區(qū),作為設(shè)計(jì)承載力
——考察地基中塑性區(qū)的發(fā)展v地基土中某一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài):
,
v極限平衡應(yīng)力狀態(tài)(塑性區(qū))條形荷載塑性區(qū)的計(jì)算
v
自重應(yīng)力:v
s1=
(d+z)v
s3=k0
(d+z)v
彈性區(qū)的附加應(yīng)力:z2
Dv
合力:
1,
3
v
設(shè)k0
=1.0M塑性區(qū)的計(jì)算
v
彈性區(qū)的合力:
Dv
極限平衡條件:z2
M塑性區(qū)的計(jì)算
將應(yīng)力代入極限平衡條件式。在荷載p作用下,得
D到如下邊界方程:z=f(
)z2
M彈塑區(qū)邊界方程(表示該點(diǎn)既滿足彈性區(qū),也滿足塑性區(qū)——是彈
塑性區(qū)的邊界)塑性區(qū)的最大深度Zmax
D2
M2、臨塑荷載=0v對(duì)應(yīng)Zmax=0
——臨塑荷載;Nc=Nq=2、臨塑荷載v對(duì)應(yīng)Zmax=0
——臨塑荷載;
v對(duì)應(yīng)Zmax=b/4,b/3
——臨界荷載。
v可寫成:Pcr
p1/4,
p1/3=N
b
/2+Nq
d+Ncc(對(duì)于三個(gè)荷載,各個(gè)系數(shù)取值不同。)二、塑性荷載通
常
限
制
塑
性
變
形
區(qū)
的
最
大
開
展
深
度
zmax,
相
應(yīng)
的
荷
載
也
稱
臨界荷載。一般可取基底寬度的1/4~1/3。對(duì)應(yīng)Zmax=b/4,b/3
——臨界荷載(又稱塑性荷載)
p1/4=Nγγb
+Ncc+Nqγ0dp1/3=Nγ′γb
+Ncc+Nqγ0d各種臨界荷載的承載力系數(shù)NqNcN
Pcr1+
/
ctg
-
/2+
)
(1-
Nq
)ctg
0pp1/41/31+
/
ctg
-
/2+
)
(1-
Nq
)ctg
1+
/
ctg
-
/2+
)
(1-
Nq
)ctg
(Nq-1)/22(Nq-1)/3《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)地基
承載力特征值fa
計(jì)算fa=Mbγb+Mdγ0d+McckMb、Md、Mc——承載力系數(shù),它們是土體內(nèi)
摩擦角φk的函數(shù)。可查表7-2確定33例7-1:
有一條形基礎(chǔ),寬度b=3m,埋置深度d=1m。地
基土的重度水上γ=19kN/m
,水下飽和重度γsat=20
kN/m
,土的快剪強(qiáng)度指標(biāo)c=10kPa,φ=10°。試求:(
1)無地下水時(shí)的界限荷載p1/4,p1/3
及承載力特征值fa;
(2)若地下水位升至基礎(chǔ)底面,承載力有何變化。
(3)若強(qiáng)度指標(biāo)c=0,φ=30°時(shí),其承載力又如何?解:(1)由φ=10°,計(jì)算得Nγ=0.18,Nγ′=0.24,Nq=1.73,
Nc=4.17。代入式7-7、7-8得到:p1/4=
Nγγb+Nqγd+Ncc=0.18×19×3+1.73×19×1+10×4.17=84.83
kPap1/3=
Nγ′γb+Nqγd+Ncc
=0.24×19×3+1.73×19×1+10×4.17
=88.25kPa查表7-2得:Mb=0.18、
Md=1.73、Mc=4.17fa=Mbγb+Mdγ0d+Mcck=0.18×19×3+1.73×19×1+10×4.17kPa
=84.83kPa33(2)當(dāng)?shù)叵滤簧仙粱A(chǔ)底面時(shí),若假設(shè)土的強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值不變,因而承載力系數(shù)同上。地下水位以下土的重度采用浮重度γ′=20-10
kN/m
=10kN/m
。將γ′及承載力系數(shù)等值代入式7-7、7-8、7-9中,即可得
出地下水位上升后的地基承載力為:p1/4=
Nγγb+Nqγd+Ncc=0.18×10×3+1.73×19×1+10×4.17
=79.97kPap1/3=
Nγ′γb+Nqγd+Ncc
=0.24×10×3+1.73×19×1+10×4.17=81.77kPafa=Mbγb+Mdγ0d+Mcck=0.18×10×3+1.73×19×1+10×4.17
=79.97kPa(3)強(qiáng)度指標(biāo)c=0,φ=30°時(shí),計(jì)算可得Nγ=1.15,Nγ′=1.53,
Nq=5.59,Nc=7.95,查表7-2得Mb=1.90、
Md=5.59、Mc=7.95,分
別將各系數(shù)代入式(7-7)、(7-8)、(7-9)得:p1/4=
Nγγb+Nqγd+Ncc=1.15×10.0×3+5.59×19×1+0×7.95
=141.86kPap1/3=
Nγ′γb+Nqγd+Ncc
=1.53×10.0×3+5.59×19×1+0×7.95
=152.11kPafa=Mbγb+Mdγ0d+Mcck=1.90×10.0×3+5.59×19×1+0×7.95
=163.21
kPa學(xué)習(xí)情境7
地基承載力
單元1
概述單元2
按塑性變形區(qū)的開展范圍確定地基承載力
單元3
按極限荷載確定承載力單元4
按規(guī)范確定地基承載力單元5
原位試驗(yàn)確定地基承載力單元3
按極限荷載確定承載力
v一.太沙基公式v二.漢森公式rpr一.太沙基公式1.
公式假設(shè)
d(1)基礎(chǔ)為條形淺基礎(chǔ)(2)基礎(chǔ)埋深范圍的土重視為邊荷載BbI
0C實(shí)際地面IIIIIEF(3)基礎(chǔ)底面是粗糙的(4)在極限荷載作用下,地基中的滑動(dòng)面如圖所示可分
為三個(gè)區(qū)pIr
tg
地基中的極限平衡區(qū)b實(shí)際地面dB0
IIrCIIIEF(1)朗肯主動(dòng)區(qū):
pu為大主應(yīng)力,與水平方向夾角
45
2(2)
過度區(qū):r=r0e(3)朗肯被動(dòng)區(qū):水平方向?yàn)榇笾鲬?yīng)力,與水平方向夾
角45
-
22.
假設(shè)的滑裂面受力分析剛性核被動(dòng)區(qū)過渡區(qū)
;E
=E
+E
+E考慮剛性核的平衡1)
當(dāng)基底絕對(duì)粗糙時(shí),夾角為2)考慮剛性核的平衡:p
p1
p2
p3b
p荷載:
p
u
自重:W
粘聚力:C
被動(dòng)土壓力EpEp1:土體自重Ep2:滑裂面上粘聚力
Ep3
:側(cè)向荷載Wu3.
極限承載力計(jì)算公式太沙基公式中的承載力因數(shù)
N
、Nq、Nc查教材表7-3,以
為變量比普朗特-瑞斯納承載力公式偏大,因?yàn)榭紤]了基底摩
擦和土體自重局部剪切破壞(非整體破壞)極限承載力pu的組成qNq
bN
/2
cNcd極限承載力的三部分滑動(dòng)土體自重產(chǎn)生的抗力滑裂面上的粘聚力產(chǎn)生的抗力
側(cè)荷載
D產(chǎn)生的抗力(1)
的影響pu
影響滑裂面形狀的大小,承載力因數(shù)的大小.滑動(dòng)土體的體積,
q的分布范圍,
滑裂面的大小.2pupu(2)
寬度b增加為2b,滑動(dòng)體體積增加為原來的2
倍(提供的
抗力),由此增加的承載力增加為原來的2倍
(
bN
/2線性增加)
b增加,q的分布面積線性增加,qNq不變。b增加,滑裂面面
積線性增加,
cNc不變(3)qNq,與側(cè)面荷載大小,和荷載分布范圍有
關(guān)-滑裂面形狀有關(guān)?;衙嫘螤钆c
有關(guān)。
Nq,
是
的函數(shù)pupupu(4)
cNc,與粘聚力,和滑裂面長度有關(guān)--滑裂面形狀有關(guān)。
滑裂面形狀與
有關(guān)。
Nc,
是
的涵數(shù)3例7-2:有一條形基礎(chǔ),寬度b=6m,埋置深度為1.5m,其上作
用中心荷載p=1500kN/m。地基土質(zhì)均勻,重度γ=19
kN/m
,
土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=20kPa,φ=20°,試驗(yàn)算:(1)地基的穩(wěn)
定性;(2)當(dāng)φ=15°時(shí)地基的穩(wěn)定性又如何?解:(1)φ=20°時(shí)的穩(wěn)定性驗(yàn)算①求基底壓力
p=
=1500/6
=250
kPa②驗(yàn)算φ=20°時(shí)的地基穩(wěn)定性由φ=20°查表7-3得Nr=5.0、Nq=7.4和Nc=17.7。將以上各值代入式
7-12,得到地基的極限荷載為:pu=
γbNγ+qNq+cNc=
×19×6×5+19×1.5×7.4+20×17.7
=849.90
kPa若安全系數(shù)Fs=2.5,則地基的容許承載力為:[p]=
=340.0kPa因?yàn)榛讐毫小于容許承載力[p],所以地基是穩(wěn)定的(2)驗(yàn)算φ=15°時(shí)的地基穩(wěn)定性由φ=15°查表7-3得Nr=2.5,Nq=4.4,Nc=12.9。將各值代入式7-12,得
到地基的極限承載力為:pu
=
×19×6×2.5+19×1.5×4.4+20×12.9
=525.90kPa[p]=
=210.36
kPa,此時(shí)因?yàn)閜大于[p],所以地基失去穩(wěn)定。二、漢森公式漢森公式的普遍形式為:
puv=
γb′Nγiγsγdγgγ+qNqiqsqdqgq+cNcicscdcgc
式中符號(hào)見教材學(xué)習(xí)情境7
地基承載力
單元1
概述單元2
按塑性變形區(qū)的開展范圍確定地基承載力
單元3
按極限荷載確定承載力單元4
按規(guī)范確定地基承載力單元5
原位試驗(yàn)確定地基承載力單元4
按規(guī)范確定地基承載力
《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG3363-2019)規(guī)定:地基承載力的驗(yàn)算,
應(yīng)以修正以后的地基承載力特征值fa乘以抗
力系數(shù)γR控制。步驟如下:1.
確定地基土的類別和土的物理狀態(tài)指標(biāo)2.
查取地基承載力特征值faο3.
根據(jù)基底的埋深和寬度計(jì)算地基承載力修正值fa一、地基承載力驗(yàn)算要求(1)修正后的地基承載力特征值fa應(yīng)基于地基承載力特征值fa0,根據(jù)基地埋深、基礎(chǔ)寬度及地基土的類別進(jìn)行修正。(2)軟土地基承載力容許值可按《規(guī)范》4.3.5條規(guī)定確定。
(3)地基承載力抗力系數(shù)γR可按《規(guī)范》3.0.7條規(guī)定確定。
(4)其他特殊性巖土基承載力基本容許值可按照各地區(qū)經(jīng)驗(yàn)
確定。二、地基承載力基本特征值
fa0當(dāng)基礎(chǔ)寬度b≤2m,基礎(chǔ)埋置深度d≤3m時(shí),地
基土的承載力特征值faο可按土的類別和物理狀態(tài)指標(biāo)從規(guī)范相應(yīng)的表中查得。教材列出
常用土類的faο值,如表7-7~表7-15。表7-9
碎石土地基承載力特征值
fa0土名密實(shí)程度密實(shí)中密稍密松散卵石1200~10001000~600650~500500~300碎石1000~800800~500550~400400~200圓礫800~600600~400400~300300~200角
礫700~500500~300400~300300~200表7-11
砂土地基承載力特征值
fa0土
名濕
度密
實(shí)
度密
實(shí)中
密稍密松
散礫砂、粗砂與濕度無關(guān)550430370200中
砂與濕度無關(guān)450370330150細(xì)
砂水
上350270230100水
下300210190—粉
砂水
上300210190—水
下20011090—表7-12
粉土地基承載力特征值fa0孔隙比e含水率ω(%)1015202530350.50.60.70.80.9400300250200160380290235190150355280225180145—270215170140——205165130————125I表7-13
一般粘性土地基承載力特征值
fa0eL00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.20.50.60.70.80.91.01.1450420400380320250—440410370330280230—43040035030026022016042038033028024021015040036031026022019014038034029024021017013035031027023019016012031028024021018015011027025022018016014010024022019016014012090220200170150130110——180160140120————150130100——I表7-14
老粘性土地基承載力特征值
fa0ES1-2
/MPa10152025303540[σ0]/kPa380430470510550580620表7-15
新近沉積粘性土地基承載力特征值
fa0eL≤0.250.751.25≤0.81401201000.9130110901.0120100801.111090—(三)地基承載力修正當(dāng)基底寬度b>2m、埋置深度d>3m時(shí),按表格確
定的地基承載力特征值fa0應(yīng)進(jìn)行修正。fa
=
fa0+
k1γ1(b-2)
+
k2γ2(h-3)式中符號(hào)見教材當(dāng)b<2m時(shí),取b=2m;當(dāng)b>10m時(shí),按b=10m;
當(dāng)h<3m,取h=3m;當(dāng)h/b>4時(shí),取h=4b。四、軟土地基承載力特征值(
1)
根
據(jù)
原
狀
土
天
然
含
水
率
ω,按表7-16確
定
承
載
力特征值fa0,然后按下式計(jì)算修正后的承載力特征值fa。fa=
fa0
+γ2h軟土地基承載力基本特征值
fa0天然含水率ω%36404550556575fa0
/kPa100908070605040l(2)根據(jù)原狀土強(qiáng)度指標(biāo)確定軟土地基承
載力特征值
fafa=
kPCU+γ2h
式中符號(hào)見教材l五、地基承載力容許值的受荷情況影響
地基或基礎(chǔ)的豎向承載力驗(yàn)算應(yīng)符合下列規(guī)定:(1)采用作用的頻遇組合和偶然組合,作用組合表達(dá)式
中的頻遇值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)均應(yīng)取1.0,汽車荷載應(yīng)計(jì)
入沖擊系數(shù)。(2)承載力特征值乘以相應(yīng)的抗力系數(shù)γR應(yīng)大于相應(yīng)的組
合效應(yīng)。地基承載力特征值應(yīng)按照受荷歷史階段及受荷情況
乘以抗力系數(shù)γR?!兑?guī)范》(JTG3363-2019)給出地基承載力抗力系數(shù)表33例7-3:某水中基礎(chǔ),其底面為4.0m×6.0m的矩形,埋置深度為3.5m,平均常
水位到—般沖刷線的深度為2.5m。持力層為一般粘性土,它的天然孔隙比e
=
0.7,液性指數(shù)IL=0.45,天然重度γ=
19.0kN/m
?;滓陨先珵橹忻艿姆凵?,
其飽和重度γsat=
20.0kN/m
。當(dāng)荷載組合Ⅱ作用時(shí),試求持力層的地基允許
承載力。解:持力層屬一般粘性土,按其e、IL值查表7-13得fa0=300kPa;查表7-16得寬、深度修
正系數(shù)k1
=
0,k2
=
2.5,由于持力層粘土的IL
=
0.45<1.0,呈硬塑狀態(tài),可視為不透水,
考慮水深2.5m,故考慮水深影響,按式(7-21)可算得:[fa]=
[fa0]+k1γ1(b-2)+k2γ2(d-3)=
300+0+2.5×20(3.5-3)=325kPaγR
fa=1.25×(325+10×2.5)kPa=437.5kPa由
于
黏
土
持
力
層
的
IL
=
0.45<1.0,
呈
硬
塑
狀
態(tài)
,
可
視
為
不
透
水
,
故
考
慮
水
深
影
響
,
按
平
均
常
水
位
至
一
般
沖
刷
線
的
水
深
每
米
再
增
大
10kPa,
常
水
位
到
—般
沖
刷
線
的
深
度
為
dw
=2.5m,
10dw=25
kPa,
故
考
慮
水
深
影
響
的
承
載
力
特
征
值
fa=350
kPa。
在
承
受
作
用
短
期
效
應(yīng)
組
合
時(shí)
,
fa大
于
150
kPa,
可
取
抗
力
修
正
系
數(shù)
γR=1.25,
故
該
持
力
層
的
地
基
承
載
力
容
許
值為:γR
fa=1.25×350kPa=437.5kPa學(xué)習(xí)情境7
地基承載力
單元1
概述單元2
按塑性變形區(qū)的開展范圍確定地基承載力
單元3
按極限荷載確定承載力單元4
按規(guī)范確定地基承載力單元5
原位試驗(yàn)確定地基承載力單元5
原位試驗(yàn)確定地基承載力
一、載荷試驗(yàn)1.
載荷試驗(yàn)的一般規(guī)定深層平板適試驗(yàn)深度不小于5m,淺層平板適用于
淺層。試驗(yàn)點(diǎn)不少于3個(gè)。2.
技術(shù)要求見教材(略)平板載荷試驗(yàn)3.根據(jù)載荷試驗(yàn)成果p-s曲線確定地基承載力特征值(1)根據(jù)載荷試驗(yàn)成果分析要求,應(yīng)繪制荷載(p)與沉降(s)曲線,必
要時(shí)繪制各級(jí)荷載下沉降(s)與時(shí)間(t)或時(shí)間對(duì)數(shù)(lgt)曲
線。當(dāng)p~
s曲線
上有比例界限時(shí),取比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值。(
2)
滿
足
終
止
加
載
條
件
前
三
款
之
一
時(shí)
,
其
對(duì)
應(yīng)
的
前
一
級(jí)
荷
載
定
為
極
限
荷
載
,
當(dāng)
該
值
小
于
對(duì)
應(yīng)
比
例
界
限
荷
載
的
兩
倍
時(shí)
,
取
極
限
荷
載
值
的
一
半。(3)不能按上述二款要求確定時(shí),可取s/d=0.01~0.015所對(duì)應(yīng)的荷載
值,但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。2對(duì)
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