結構檢算基礎知識

1、施工中的荷載分類： 1、永久荷載：例如結構自重、模板支架自重。2、可變荷載：例如施工人員、施工料具堆放荷載、傾倒混凝土產生的沖擊荷載、振搗荷載、風荷載等。3、偶然荷載：例如爆炸力、撞擊力等。公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60-2004）荷載組合：根據各種荷載的重要性，荷載的組合分為六類：組合-： 組合組合：基本可變荷載（平板掛車或履帶車除外）的一種或幾種，與永久荷載的一種或幾種相組合； 組合組合：基本可變荷載（平板掛車或履帶車除外）的一種或幾種，與永久荷載的一種或幾種和其它可變荷載的一種或幾種相組合； 組合組合：平板掛車或履帶車，與結構重量、預加應力、土的重力及土側壓力的一種或幾種相組合；

2、組合組合：基本可變荷載（平板掛車或履帶車除外）的一種或幾種，與永久荷載的一種或幾種和偶然荷載中的船只或漂流物的撞擊力相組合； 組合組合：橋涵在進行施工階段的驗算時，根據可能出現的施工：橋涵在進行施工階段的驗算時，根據可能出現的施工荷載（如結構重力、腳手架、材料機具、人群、風力以及拱橋荷載（如結構重力、腳手架、材料機具、人群、風力以及拱橋的單向推力等）進行組合；構件在吊裝時，其自重應乘以動力的單向推力等）進行組合；構件在吊裝時，其自重應乘以動力系數，并可視構件具體情況適當增減；系數，并可視構件具體情況適當增減； 組合組合：結構重力、預加應力、土重及土側壓力中的一種或幾種與地震力相組合。常用設計方

3、法1 1、容許應力設計法、容許應力設計法 以結構構件的計算應力不大于有關規(guī)范所給定的材料容許應力的原則來進行設計的方法。材料的容許應力，是由材料的屈服強度，或極限強度除以安全系數而得。 一般的設計表達式為：2 2、極限狀態(tài)設計法、極限狀態(tài)設計法 當以整個結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求，則此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)，按此狀態(tài)進行設計的方法稱極限狀態(tài)設計法。分為半概率極限狀態(tài)設計法和概率極限狀態(tài)設計法。 概率極限狀態(tài)設計法：將工程結構的極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩大類。對承載能力極限狀態(tài)采用荷載效應的基本組合和偶然組合進行設計，對正常使用

4、極限狀態(tài)按荷載的短期效應組合和長期效應組合進行設計。（見公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60-2004）第4.1.6和4.1.7條） 、承載能力極限狀態(tài)的荷載效應組合荷載效應組合的設計值S應從下列組合值中取最不利值確定： a.由可變荷載效應控制的組合： b.由永久荷載效應控制的組合： 式中： 永久荷載的分項系數。當其效應對結構不利時對由可變荷載效應控制的組合，應取1.2，對由永久荷載效應控制的組合，應取1.35；當其效應對結構有利時，一般取1.0。 第i 個可變荷載的分項系數，其中Q1為可變荷載Q1的分項系數，一般取1.4。 按永久荷載標準值Gk計算的荷載效應值； 按可變荷載標準值Qik計算的

5、荷載效應值,其中SQ1k為諸可變荷載效應中起控制作用者（一般指車輛荷載）； ci 可變荷載Qi的組合值系數，按規(guī)定采用； n 參與組合的可變荷載數。 niQikciQikQQGkGSSSS211niQikciQiGkGSSS2GQiGkSQikS、正常使用極限狀態(tài)的荷載效應組合 對于標準組合： niQikcikQGkSSSS21常用結構設計規(guī)范1、公路橋涵設計通用規(guī)范 （JTG D60-2004）2、鋼結構設計規(guī)范 （GB 50017-2003）3、木結構設計規(guī)范 （GB 50005-2003）4、公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D62-2012）5、混凝土結構設計規(guī)范 （G

6、B 50010-2010）6、建筑基坑支護技術規(guī)程 （JGJ 120-2012）7、建筑地基基礎設計規(guī)范 （GB 50007-2011）8、公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范 （JTG D63-2007）上述規(guī)范大部分采用極限狀態(tài)法進行計算。上述規(guī)范大部分采用極限狀態(tài)法進行計算。 材料性能指標1、材料強度標準值：設計結構或構件時采用的材料強度的基本代表值，具有95%的保證率。（鋼材即為屈服強度）2、材料強度設計值材料強度設計值：材料強度標準值除以材料強度分項系數后的值。3、材料強度容許值：采用容許應力法設計時的材料性能取值。公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范 材料性能指標 鋼材容許應力值（Mpa

7、） 鋼材強度設計值（MPa）鋼材容許應力值的材料安全系數約1.7；強度設計值材料分項系數約1.1。鋼材抗拉、抗壓和抗彎f抗剪fv端面承壓 （刨平頂緊）fce牌號厚度或直徑Q235鋼（A3鋼）162151253251640205120406020011560100190110Q345鋼（16Mn鋼）163101804001635295170355026515550100250145Q390鋼163502054151635335190355031518050100295170Q420鋼163802204401635360210355034019550100325185總結： 容許應力法和極限狀態(tài)法

8、主要體現在分項系數和材料性能取值方面。 計算中的一些誤區(qū)： 1、選擇的計算方法和材料取值不對應。 2、荷載的確定不合適： 不是按照最不利工況選擇荷載，如橋梁現澆支架的預壓荷載未考慮； 沒有按照實際情況確定荷載，如大面積現澆施工中仍然按照全面積計算施工荷載； 3、對計算公式的選擇不正確，如樁基單樁承載力計算公式： 建筑地基基礎設計規(guī)范（GB 50007-2011） 公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范（JTG D63-2007） （一）、基本概念1、應力和應變： 軸心應力=F/A； 式中：法向應力；F垂直作用于截面上的力；A截面面積。 平均剪應力 =V/A 式中： 平均剪應力；V平行作用于截面的力。 軸向

9、應變=/L 式中：應變（單位長度的伸長或縮短）；構件的總伸長或縮短；L構件的初始長度。2、（軸心）彈性模量 根據虎克定律，在彈性極限內，材料的應力和應變關系為線性。 E=/，E彈性模量3、梁截面應力 由彈性理論得到受彎公式，在截面某高度y處的拉或壓應力y為： y=My/I 式中：M作用在截面上的彎矩；y所計算纖維處至截面中和軸的距離；I截面慣性矩。（二）、常規(guī)的計算內容1、應力計算： 軸向應力=N/A； 剪切與擠壓應力=Q/A； 梁的彎曲正應力=My/Iz或者=M/Wz； 梁的彎曲剪應力梁的彎曲剪應力= =QS/QS/( (bIbIz z) )。2、變形計算與剛度 軸向變形l=Nl/(EA)；

10、 彎曲變形及剛度，按表1-10計算。3、組合變形 將組合變形分解為幾種基本變形，分別對基本變形進行計算后疊加。4、壓桿穩(wěn)定 長度系數的取值； 壓桿的穩(wěn)定折減系數，通過計算壓桿長細比后查表取值。結構設計的總體順序 1、確定需設計的結構形式、材料及施工順序。 2、確定設計計算方法，容許應力法或極限狀態(tài)法； 3、確定施工工況，分工況確定荷載及效應組合； 4、按照工況、荷載傳遞順序對結構進行設計及檢算； 5、進一步細化設計圖紙，完善計算書，編制施工方案。常用結構設計中的荷載效應組合 1、支架設計 模板、支架自重； 新澆混凝頭、鋼筋混凝土自重； 施工人員、機具堆放或運輸荷載； 傾倒、振搗混凝土產生的荷載

11、； 支架預壓荷載； 風荷載等其他可能產生的荷載。2、棧橋設計 棧橋自重； 棧橋施工、使用期間最大車輛、設備荷載； 風荷載，流水、流冰壓力或船只、漂浮物撞擊力。3、模板設計 模板自重； 新澆混凝頭、鋼筋混凝土自重或對側面模板的側壓力； 施工人員、機具堆放或運輸荷載； 傾倒、振搗混凝土產生的豎向或水平荷載； 風荷載等其他可能產生的荷載。4、圍堰結構設計 圍堰自重； 圍堰周圍土壓力，流水、流冰壓力或船只、漂浮物撞擊力； 圍堰周圍車輛荷載； 其他可能影響圍堰的荷載。5、掛籃設計 掛籃及模板自重； 新澆混凝頭、鋼筋混凝土自重或對側面模板的側壓力； 施工人員、機具堆放或運輸荷載； 傾倒、振搗混凝土產生的豎

12、向或水平荷載； 掛籃預壓荷載； 風荷載等其他可能產生的荷載。結構設計計算內容1、支架設計 計算側模面板、大小楞、對拉桿的強度和剛度； 計算底模面板、橫縱向分配梁的強度和剛度； 計算支架整體穩(wěn)定性及強度（滿堂支架）； 計算主縱橫梁的強度和剛度，支架立柱的穩(wěn)定性及強度（少支點支架）； 驗算支架基礎的地基承載力或樁基礎的整體穩(wěn)定性、強度和單樁承載能力。2、棧橋設計 計算橋面板、橫縱向分配梁的強度和剛度； 計算橋梁主縱梁及梁下分配梁的強度及剛度； 計算棧橋擴大基礎的強度或者樁基礎的整體穩(wěn)定性、強度； 驗算擴大基礎的地基承載力或樁基礎的單樁承載能力。3、模板設計 計算模板面板的強度和剛度； 計算模板大小

13、楞的強度和剛度； 計算模板對拉桿或支撐體系的強度和剛度； 計算連接螺栓的強度。4、圍堰結構設計 分工況分工況計算圍堰體和支撐體系的受力和變形情況； 計算各構件的強度、剛度； 計算圍堰的整體穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性； 對基坑底進行抗隆起和抗管涌驗算。5、掛籃設計 計算底、內、側模的強度和剛度； 分澆筑和走行工況分澆筑和走行工況計算吊桿、前后主橫梁的強度和剛度； 計算主桁架的強度和剛度； 計算結構各連接部位和前后支點的強度； 分澆筑和走行狀態(tài)計算掛籃整體抗傾覆穩(wěn)定性?；炷两Y構設計1、對于施工單位來講，混凝土結構設計主要用于： 對于施工用臨時混凝土構件的結構設計，如橋梁支架基礎、棧橋混凝土橋面板； 對

14、混凝土結構承載能力的驗算，如梁上運梁時對梁體承載能力計算，對分節(jié)預制吊裝的混凝土構件分節(jié)長度計算；2、混凝土結構計算內容： 混凝土結構的形式、尺寸； 混凝土板、梁構件的受壓區(qū)計算、縱向受力鋼筋配筋以及箍筋、彎起鋼筋配筋；（受彎構件） 計算受壓構件的長細比和承壓能力。深基坑的定義 “基坑”是指為進行建筑物(包括構筑物)基礎與地下室的施工而開挖的地面以下的空間，基坑工程界一般將開挖深度大于或等于5m的基坑稱為深基坑。 根據我局“中鐵四技2008360號”文規(guī)定，深基坑支護結構的設計、施工屬工藝設施設計范疇，大于5m深的基坑支護設計屬重要工藝設施設計，由項目工程部長負責工藝的設計和計算，項目總工程師

15、進行復核，或委托有資質的外部單位進行設計，子（分）公司技術管理部門進行審核，子（分）公司總工程師進行批準實施?；庸こ痰奶攸c 基坑圍護結構多數是臨時的，安全儲備較小，具有較大風險性。 基坑工程具有很強的區(qū)域性，不同的地區(qū)工程地質條件和水文地質條件不同，且差別較大。 基坑工程綜合性很強，它不只是一個巖土工程問題，還涉及到結構工程、材料工程、工程地質、材料力學及施工技術等諸多領域。 基坑圍護結構設計時土壓力的確定是最基本的，在開挖過程中它是一個變量，隨著開挖深度、寬度、墻體橫向和縱向位移、地下水情況而變。深基坑支護的類型 設計坑支護形式設計中需考慮的幾個方面的因素： 基坑開挖深度；（根據設計標高確

16、定） 邊坡允許坡度；（根據土質情況確定） 坑壁土體物理力學性質；（查設計文件） 地下水位情況；（查設計文件或現場試驗勘察） 坑邊地表超載范圍及大??；（調查周邊建筑、道路、機械設備情況） 周圍環(huán)境（周邊建筑物及管線情況）； 基坑允許變形；（確定基坑安全等級） 施工因素（施工單位技術水平和設備狀況等）； 因地制宜合理選定支撐材料和支撐體系布置形式； 支撐體系受力明確，充分協(xié)調發(fā)揮各桿件的力學性能； 支撐體系布置能在安全可靠的前提下，最大限度的方便土方開挖和主體結構的快速施工要求。支護結構按材料種類可分為現澆鋼筋混凝土支撐體系現澆鋼筋混凝土支撐體系和鋼支撐體系鋼支撐體系兩類： 現澆鋼筋混凝土支撐體系

17、：混凝土等強后剛度大，變形小，強度的安全可靠性強，施工方便，但支撐澆制和養(yǎng)護時間長，圍護結構處于無支撐的暴露狀態(tài)的時間長，軟土中被動區(qū)土體位移大，如對控制變形有較高要求時，需對被動區(qū)軟土加固，施工工期長，拆除困難，爆破拆除對周圍環(huán)境有影響。 鋼支撐體系：安裝、拆除施工方便，可周轉使用，支撐中可加預應力，可調整軸力而有效控制圍護墻變形。 施工工藝要求較高，如節(jié)點和支撐結構處理不當，施工支撐不及時不準確，會造成失穩(wěn)。序號布置形式圖例特點1井字形集中式井字形集中式布置布置1）一般在采用鋼筋混凝土支撐時，在環(huán)境保護要求不高的條件下，將水平直交的支撐集中布置成井字型與角撐結合的支撐體系以方便土方開挖和主

18、體工程施工；2）用鋼筋混凝土支撐時可與施工用棧橋平臺結合設計。2腳撐體系布置腳撐體系布置1）方便土方挖掘和主體工程施工；2）整體穩(wěn)定性及變形控制效果不及水平直交式支撐及井字型集中式布置者。3邊桁架1）方便土方開挖和主體工程施工；2）整體穩(wěn)定性及變形控制效果不及水平直交式或井字型集中式布置者。4圓形環(huán)梁布置1）在采用鋼筋混凝土支撐時，因地制宜的采用環(huán)梁方案，可方便中建筒體，主樓施工，方便土方開挖；2）將支撐體系受力主構件化為圓形結構，受力條件較好，可節(jié)省鋼筋混凝土量；3）在坑外周荷載不均勻，土性軟硬差異較大，部分地層水平基床系數很小時，此布置形式要慎用。5垂直對稱布置垂直對稱布置使用長條形基坑，

19、如排管和地鐵，隧道工程6圓拱布置利用圓拱受力特點，節(jié)省材料，方便土方開挖和主體結構施工。7豎向斜撐1）節(jié)省立柱和支撐材料；2）有利于開挖面積較大而深度較小的基坑；3）在軟弱地層中，不易控制基坑穩(wěn)定和變形；4）斜撐和底板相交處結構處理較困難。8拉錨（錨錠）拉錨（錨錠）1）造價經濟，方便土方開挖和主體工程施工；2）只適用于周圍場地具有拉設錨錠的環(huán)境和地質條件。9錨桿1）造價經濟，方便土方開挖和土方工程施工；2）只適用于周圍場地具有拉設錨桿的環(huán)境和地質條件。10組合式布置根據基坑開挖方法，工程特點和基坑平面形狀，將以上各種支撐布置形式因地制宜搭配布置。深基坑設計原則 1、基坑支護結構應采用以分項系數

20、表示的極限狀態(tài)設計表達式進行設計。 2、基坑支護結構極限狀態(tài)可分為下列兩類： 承載能力極限狀態(tài)：對應于支護結構達到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變形導致結構或基坑周邊環(huán)境破壞； 正常使用極限狀態(tài)：對應于支護結構的變形已妨礙地下結構施工或影響基坑周邊環(huán)境的正確使用功能。 基坑支護結構設計應選用相應的側壁安全等級及重要性系數。 3、支護結構應考慮其結構水平變形、地下水的變化對周邊環(huán)境的水平與豎向變形的影響，對于安全等級為一級和對周邊環(huán)境變形有限定要求的二級建筑基坑側壁安全等級為一級和對周邊環(huán)境變形有限定要求的二級建筑基坑側壁，應根據周邊環(huán)境的重要性、對變形的適應能力及土的性質等因素確定支護結構的水平

21、變形限值。安全等級破壞后果0一級支護結構破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結構施工影響很嚴重。1.10二級支護結構破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結構影響一般。1.00三級支護結構破壞、土體失穩(wěn)或過大變形對基坑周邊環(huán)境及地下結構施工影響不嚴重。0.90深基坑設計原則 4、當場地內有地下水時，應根據場地及周邊區(qū)域的工程地質條件、水文地質條件、周邊環(huán)境情況和支護結構與基礎型式等因素，確定地下水控制方法確定地下水控制方法。當場地周當場地周邊有地表水匯流、排瀉或地下水管滲漏時，應對基坑采取保護措施邊有地表水匯流、排瀉或地下水管滲漏時，應對基坑采取保護措施。 5、根據承載能力極限狀

22、態(tài)和正常使用極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設計要求，基坑支護應按下列規(guī)定進行計算和驗算： 基坑支護結構均應進行承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)的計算，計算內容應包括： a、根據基坑支護形式及其受力特點進行土體穩(wěn)定性計算； b、基坑支護結構的受壓、受彎、受剪承載力計算； c、當有錨桿或支撐時，應對其進行承載力計算和穩(wěn)定性驗算。 對于安全等級為一級及對支護結構變形有限定的二級建筑基坑側壁安全等級為一級及對支護結構變形有限定的二級建筑基坑側壁，尚應對基坑周邊環(huán)境及支護結構變形進行驗算。 地下水控制計算和驗算： a、抗?jié)B透穩(wěn)定性驗算： b、基坑底突涌穩(wěn)定性驗算； c、根據支護結構設計要求進行地下水位控制計算。 6、支護設計內容應包括對支護結構計算和驗算、質量檢測及施工監(jiān)控的要求。 7、當有條件時，基坑應采用局部或全部放坡開挖，放坡坡度應滿足穩(wěn)定性要求。深基坑荷載分析 深基