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钢板桩荷载及荷载组合

355 2021-12-21 14:00:42

本节所述荷载为格形钢板桩各类建筑物上可能出现的所有荷载。对不同种类的建筑物,有些荷载可能不出现,有些参组方式不同,详细规定可参见《港口工程技术规范》中相应章油。

一、作用在格形钢板桩结构建筑物上的荷载设计格形钢板桩结构建筑物时,一般考虑下列荷载;

(1)自重∶包括建筑物自身,固定设备等。

(2)地面使用荷载∶ 包括堆货、车辆、流动装卸机械、行人等。

(3)船舶荷载∶包括系缆力、挤靠力、撞击力等。

(4)风荷载。

(5)冰荷载。

(6)水压力∶包括水流力、波浪力、剩余水压力等。

(7)土压力∶ 包括主动、静止、被动各种状态的土压力。

(8)地震荷载∶包括地震惯性力,动土压力,动水压力等。

(9)施工荷载∶包括沉桩、立模、震实、碾压等施工过程中出现的荷载。

二、荷载的分类和组合1.荷载的分类

荷载按其参组性质分为∶

(1)设计荷载∶指在正常使用或正常工作条件下,作用在建筑物上的荷载,通常包括自重、地面使用荷载、船舶荷载、土压力、水压力等。

(2)校核荷载∶ 在使用和工作条件下,几率小于设计荷载出现几率的荷载。通常包括风荷载、冰荷载、水压力、船舶荷载、施工荷载等。

(3)特殊荷载∶指偶然作用在建筑物上的荷载,通常只有地震荷载。

2.荷载组合

设计时应对可能同时出现的各种荷载按最不利的原则进行组合,并把水位作为一一个组合条件。荷载组合分为设计、校核及特殊三种,分述如下∶

(1)设计组合∶计算水位采用设计水位,对设计荷载进行的最不利组合。

(2)校核组合∶计算水位采用校核水位或与参组荷载可能同时出现的最不利水位,组合中包括校核荷载。

(3)特殊组合∶组合中包括特殊荷载。

三、荷载的计算

作用于格形钢板桩结构建筑物的荷载,与其它类型结构中荷载的计算方法基本相同,详见《港口工程技术规范》,仅土压力、波浪力、剩余水压力几项由于格形结构的特性,其计算方法略有不同,现分述如下∶

1.土压力

由于格形板桩墙沿建筑物轴线方向为曲面,造成了土压力强度的分布具有空间特性,在格体外凸部分,土压力强度较大;在格体的凹人部分,由于板桩与填料之间的摩擦力形成的局部拱效应,土压力有所减小。此外,由于格体外沿线参差不齐,上部荷载产生的土压力沿建筑物纵向也有差异。这样。 要精确计算土压力往往很困难。从一些资料上看,虽然对此间题曾作过不少模型试验及理论上的研究工作,但其成果大多是定性的,尚不足以用于设计计算。所以目前在设计中只好沿用一般的老办法,只是根据格形结构的特点作一些近似的处理与假定∶其一,在土压力计算中,近似假设格体墙背为一平面,而后按正规方法计算;其二,考虑到土与格体的曲面墙背的接触面积要比平面假想墙背大,土与墙背间的总摩擦力也大。因此,按假想墙背计算土压力时,土与墙背间的摩擦角δ可取用较大值。根据一些资料的分析结果看来,取用δ=φ /2~2φ /3是较为合适的。

2.波浪力

由于格形钢板桩结构建筑物的迎水面是不规则的,导致墙前波浪形态非常复杂。由于墙面是不平的,即使是正向来浪,其波峰到达墙体各部位的时间也是不相同的,即存在相位差。同时,由于格体外壁的不规则,造成了波浪反射机制发生改变。在格体的凸出部分,波能由于漫反射而分散,在格体的凹入部分,波能集中并以紊动的形式耗散。 因而墙前波浪的反射不像直墙前那么完全,也就不能形成正规立波。此外,由于使用及构造上的需要,格形结构建筑物的上部结构往往有些部分要突出于格体之外,这也将对墙前的波态产生一定的影响,并且在上部结构突出于格体的部分还将产生上托的动水压力。从目前的情况看,这种状况下的波浪力,无论是解析解还是数值解均难以求得,唯一的解决途径是进行模型试验。鉴于对不同的设计阶段,不同等级的各类建筑物一概要求进行模型试验,无论从时间上和经济性来看都不尽合理,并且有时也没有必要。从一些资料上介绍的试验结果来看,尽管不规则的格体墙前波浪力受波长、水深、格体尺度等众多因素的影响,难于一概而论,但总的来说,通常的情况是总波浪力较平直墙前的总波浪力略有减小,减小的幅度一般在 5%~15%之间,极个别的试验得到的结果与平直墙的情况基本一致。据此。就波浪力的确定,本文作如下建议∶

(1)对于以波浪力为主要荷载的工,Ⅱ级建筑物,在施工图设计阶段,必须通过模型试验确定波浪力。

(2)对于以波浪力为主要荷载的工、Ⅱ级建筑物初步设计,Ⅲ级或Ⅲ级以下建筑物的施工图设计和以波浪力为次要荷载的Ⅰ、Ⅱ级建筑物的施工图设计,原则上也宜安排模型试验确定波浪力,当不具备试验条件时,可近似按平面直墙的情况计算波浪力。

(3)对于以波浪力为主要荷载的Ⅲ级或Ⅲ级以下建筑物的初步设计,各等级建筑物的可行性研究和以波浪力为次要荷载的Ⅲ级或Ⅲ级以下建筑物的施工图设计,各等级建筑物的初步设计,可行性研究阶段,可不进行模型试验,近似按平面直墙的情况计算波浪力。

(4)当以平面直墙的方法近似计算格形钢板桩结构建筑物墙前波浪力时,通常不应对计算值进行折减,当有充分论证或比较资料时,则可对计算值进行适当折减,但折减幅度不宜超过10%。

3.剩余水压力

本文建议格形钢板桩结构建筑物中剩余水头选用原则如下;

(1)对于围堰类挡水建筑物及无潮汐水域的建筑物,水位差可视具体情况而定,按稳定渗流计算各部分的水头。

(2)对于以潮汐为水位差主要成因的非挡水类海岸建筑物,当建筑物钢板桩格墙上不设排水设施时,格体两侧的剩余水头取用2/3~1倍平均潮差,设排水设施时取用0~1/3倍平均潮差。具体取值视格内、后方填料及排水设施而定。填料渗水性能良好,排水设施排水性能可靠时取小值,反之取大值。

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