欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

岩土研究院

格形钢板桩结构建筑物的破坏

288 2021-12-21 14:00:55

形式及相应的计算控制方法

格形钢板桩结构与其它结构形式一样,其破坏形式是多样的,各种破坏形式都有其不同的机理,工程设计的目的就是针对不同的破坏机制进行研究,拟定相应的计算极限模式,通过更改结构的尺度及构造来避免破坏的发生。本节即主要研究格形钢板桩结构的各种破坏机制。

一、格形钢板桩结构建筑物的破坏形式

从众多的工程实践与模型试验中观察,格形钢板桩结构建筑物的破坏形式是多种多样的,但从中不难抽象出以下几种典型的形式(见图3.2.1),各种具体的破坏形式不外由其中一种或几种综合而成。

image.png

二、破坏机制分析

1.剪切变形

该形态的破坏,主要表现为建筑物有较大的侧向变形,且通常是越靠近建筑物顶部,变形越大,格体底部则变形较小或基本上不变位。其发生的原因是,格体及内部填料构成的主体部分抗剪切能力不足,在水平荷载引起的剪力作用下,出现剪切失效面,由于随高度积累的关系,越靠近建筑物顶部侧向变位越大。

2. 格体胀裂

该形态的破坏,主要表现是板桩格体下部接近海底面处板桩格体胀裂,锁口脱开。由于填料下沉或泄出,格体顶部填料常有较大的沉降。发生这种破坏的原因是格体板桩强度或锁口抗拉强度不足,在格内填料侧压力的作用下断裂或产生塑性变形。

3.板桩陷入

该形态的破坏,主要表现是格体前侧钢板桩明显沉陷,当上部结构设置持力基桩时,可出现格体与上部结构在前侧脱开的现象。其破坏的原因是前排板桩入土深度不足。承载力低,板桩被压沉。4.滑移

该形态的破坏。主要表现是建筑物有较大的侧向变位, 与剪切变形破坏形态不同的是。格体自上至下均有较大位移,但格体自身则无明显变形,由于格体整体前移,当格后为陆域时则常发生较大裂缝。该形式破坏发生的主要原因是格体下方地基抗剪能力不足、在水平荷载作用下于板桩桩尖处或桩尖以下区域出现塑性失效面,当格体后方有回填时,如回填区竖向荷载不大且自身抗剪性能好时,滑移可能表现为上下均匀的水平滑动,陆域也无明显沉降,并且此时陆域的裂缝一般出现在紧靠格体后方附近。如回填区竖向荷载较大且自身强度又不太好时,格体下方的破坏面则可能延伸到回填区,形成折线或曲线形的破坏面。此时常常伴随着发生陆域沉降,并且陆域的裂缝通常出现在格体后方主动破裂面出坡点附近或更后方。

5.倾覆

该形式破坏表现为建筑物以前趾附近为基点翻倒,建筑物顶部前倾,后方隆起。其成因是格体及填料系统稳定万矩不足,在侧向倾倒力矩作用下失稳。

6.沉陷

该破坏形态的主要表现是; 建筑物包括后方地面有较大的沉降, 并且通常格体外侧海底面隆起。其原因是建筑物下侧地基承载力不足,发生塑性变形,格体下方土体被挤出, 从而产生较大沉降。

三、计算控制方法

在设计工作中,通常根据不同的破坏形态,拟定相应的极限状态模式,进行各类设计计算,通过限定安全系数的方法来避免破坏的发生。在格形钢板桩结构建筑物的设计中、针对前述的各种可能发生的破坏模式,一般应进行下列计算∶

1.格体抗剪切变形计算

本项计算是针对剪切变形破坏模式所作的,加大格体尺寸、选择优质填料可改善格体抗剪性能,削减水平力可减小格体内剪力,均可增强剪切变形稳定性。。

2.板桩入土深度计算

本项计算针对板桩陷人破坏模式,加大板桩入土深度、打人硬层、置换弱土层可增加板桩承载能力,设置上部结构持力基桩可减小桩力,均可增强板桩承载安全度。

3.整体稳定性计算

整体稳定性计算包括抗滑、抗倾、曲面滑动三项计算。主要针对建筑物的滑移与倾覆破坏模式,通常增大格体尺度、加大格体板桩入土深度、减小水平力可增强结构整体稳定性。

4.胀裂稳定性计算

本项计算针对格体胀裂破坏模式,校核格体钢板桩的环向拉力,通过缩小格体尺度、更改格形布置形式、减小格内填料应力可减小板桩及锁口拉力;通过加厚钢板桩,选用大锁口可加大钢板桩强度,均可增强其胀裂稳定性。

5.地基承载力计算

本项计算针对沉陷破坏模式,通常要进行极限承载力计算,以防止出现连贯的地基破坏面,进行地基变形计算;以防止局部的塑性变形区的发生并控制单纯的地基密实沉降。通过置换弱土层,加大地基应力分布范围,减小竖向荷载及其偏心可改善地基稳定性。

6.其它计算

除上述几项计算外,对格形钢板桩结构建筑物的各局部构件还应进行通常的强度、变形等结构计算。