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岩土研究院

钢板桩拉力的计算模式简化

364 2022-03-18 13:53:46

1.垂直方向的筒化

尽管本节研究的是钢板桩格体在水平方向上的内力问题,但由于结构自身、土压力、水压力等在垂直方向上的分布都是不均匀的,因而这一问题仍然是一个空间问题。从理论上讲。应取整个格体作为脱离体。按空间问题求解。但在工程设计工作中,则存在着理论与计算上的困难。考虑到钢板桩结构的柔性较大,尽管由于板桩内部弯剪力的存在会使板桩水平向内力的分布与外荷载的分布有所差异,但这种变化的幅度不致于很大,因而目前工程上通常假定格体在某高程处的板桩力是与该高程处的水平外部胀裂荷载成正比的。这样,就可以针对不同的高程从整体中依次截取单位长度的格环按平面问题求解。很明显,这种作法是偏于保守的。因为各高程段之间存在的内力总是使其内力的分布趋于均匀的。

2.水平方向的简化

位于格形中不同部位处的钢板桩所受的拉力是很不均匀的。大量的试验与现场观测表明,格形结构的前侧,即格体所受水平力指向的一侧,板桩拉力最大,中部板桩拉力次之,后侧区域的钢板桩拉力最小。有资料介绍,前侧板桩拉力可超过中部值 25%,而后侧则可低于中部值 50%。这种分布的趋势是很容易理解的,因为,如取格体不承受水平荷载作为起始情况,那么此时格体前后侧的板桩拉力应是相同的。当格体受有向前的水平荷载时,如其作用在后侧,则为压力,致使后侧的板桩墙形成受压拱面,初始的拉力减小;如其作用在前侧,则为吸力或拉力,将使前侧的板桩墙形成受拉腹面,初始的拉力将有所增加。

即是格体各部位的钢板桩受力不同,那么就应该针对不同的部位进行强度计算。但是正如前文中叙述的那样,格形结构内部、外部填料的工作状态十分复杂,其它各种荷载的作用机制、效果也是如此。 目前要对其加以定量的分析尚有许多理论与实践上的困难. 此外。 从工程的角度上看,受制造、设计、施工等各方面的限制,单纯根据内力的大小选择过多规格的钢板桩既不现实也不合理。从这种意义上说,过于精确地计算各部位钢板桩的拉力差异也没有必要。

鉴于上述原因,目前工程中一般对前后区域不加分别地采用同一个计算拉力值,并选择同样强度的钢板桩。仅见个别工程实例中将钢板桩设计为前强后弱的两档。并且这种选择还很大程度上是出于防腐而非单纯是受力方面的考虑。

3.外荷载水平分布的筒化

格形钢板桩结构通常已通过构造上的措施避免了过大的集中荷载直接作用于钢板桩格体,常规的建筑物中格体的外荷载主要是水压力,土压力等分布荷载。尽管如此,问题仍然不那么简单。就水压力而言,静水压力的分布较明确,而凸凹不平的格室曲面上动水压力的分布问题目前除了依靠模型试验,理论上就很难准确地解决,作为土压力则更为复杂。由于填料与钢板桩间存在摩擦力,作用于板桩的力不再像水压力那样仅是法向的,而是与切力叠加的倾斜的力。并且随着各部位填料工作状态的不同,其倾斜的幅度、方向均有所改变。当然还有许多其它的荷载也存在类似的目前在工程中尚难以圆满解决的问题。退一步讲,即使这些荷载已明确,像格形钢板桩这种结构,要由此计算其内力也将是十分艰难的。因而,目前工程中在计算钢板桩拉力时对外荷载的水平分布只能采用一种很粗糙的假定,即将其简化为均布的法向荷载。

4.曲面上均布法向荷载的计算简化

设柱形曲面截面曲线方程为y=f(x),其上作用集度为q的均布法向荷载见图3.11.1。

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