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1、1,前 言,PKPM基坑支护软件的开发原理和依据(讲课重点，包括三维计算和规范计算两大部分，结合国家规范来讲) 和国内主要软件的比较 交流和讨论,2,PKPM基坑支护三维分析,3,基坑支护三维分析概要,基坑支护三维分析的优点 基坑支护三维分析的理论基础 PKPM基坑三维分析的特点 影响基坑三维分析结果的主要因素 基坑支护三维分析的过程,对象是桩墙、内支撑、立柱、锚杆所组成的空间结构体系,4,基坑支护三维分析的优点,在二维分析中，支护体系被人为地拆成水平面分析（内支撑）和竖直面分析（桩、墙），只能作到点上的位移协调； 基坑支护体系本质上是一空间结构，三维分析具备理论上的先进性，可实现真正的位移协
2、调； 得到更符合实际的内力和位移计算结果，真正反映支护体系的空间效应； 构件计算更合理，可以节省工程造价。,5,基坑支护三维分析的理论基础,结构：桩、地下连续墙，钢筋砼或钢支撑梁，锚杆，钢或砼支撑立柱形成的空间体系。 荷载：土、水压力，地面附加荷载。 约束：被动区土体。,弹性支点法基本计算模型,计算简图,6,PKPM基坑支护三维分析的荷载,土压力：粘性土由于透水性差，一般水土合算；而无粘性土由于透水性好，一般水土分算。合算与分算的差别演示见黑板。 附加荷载：无限宽度均布荷载按荷载大小*Kai传递（可以理解为增加等效的土层 ）；有限宽度局部荷载按应力45度扩散方法处理，但与上海规范、浙江规范、福
3、建规范有差别。 三种水压力：静止水压力，渗流水压力1、渗流水压力2(上海规范特有)，见黑板。,7,PKPM基坑支护三维分析的约束,常用的有“m”法，“K”法，“C”法，本质上是假定被动区土体弹性约束的刚度曲线不同,“m“法基床系数图 “K”法基床系数图 “C”法基床系数图C=mH C=K C=c*sqrt(H) 图中H为从开挖面算起的深度。,8,PKPM基坑支护三维分析的特点,采用弹性支点法，即m法； 三维计算核心模块已在PKPM的高层建筑结构计算中广泛运用并通过验证； 模拟支护结构实际施工过程的分步开挖和分步加撑和支撑拆除； 在下一步开挖中考虑上一步所加支点的已有变形，从而得到符合实际的支点
4、力； 计算结果可靠合理，前后处理完全图形化。,9,影响基坑三维分析结果的主要因素,土压力模型朗肯土压力规程土压力(要知道两者的差别) 土抗力模型m法k法 土的特殊性质，如软土的流变性（长期作用时，结构会相应的变形，内力也相应发生改变）,10,基坑支护三维分析的架构体系,11,基坑支护三维分析的过程,前处理 划分节点和单元，计算单元上的荷载，归并截面的几何类型和材料类型，计算单元上的约束信息，形成PMSAP数据文件； 计算 调用PKPM成熟的三维计算模块PMSAP； 后处理形成各杆件的内力、位移图桩、墙、钢砼构件的配筋计算等,12,与国内其它基坑软件的比较(1),PKPM基坑支护软件是真三维分析
5、，三维分析模块的正确性已经被多项结构工程的设计所验证，而国内其它主流软件的三维分析是拟三维，6个空间位移中只计算出了Ux,Uy, ，不能反映内支撑体系出平面外的稳定问题，如下图所示：,13,与国内其它基坑软件的比较(2),PKPM在图形平台和三维建模、显示方面有自己的特点，既直观形象，又全面方便，可以最大限度地节省用户在三维分析方面的投资。,14,PKPM排桩支护三维分析例题,15,排桩体系三维位移图,16,排桩最大内力,水平位移图,17,第1 道 内 支 撑 弯 矩剪 力轴 力位 移 图,18,第2 道 内 支 撑 弯 矩剪 力轴 力位 移 图,19,第3 道 内 支 撑 弯 矩剪 力轴 力
6、位 移 图,20,排 桩 和 三 道 支 撑 梁 的 配 筋 图,21,PKPM地连墙支护三维分析例题,22,地连墙体系三维位移图,23,地连墙最大内力、水平位移图,24,地连墙水平等效梁的内力、位移图,25,第1 道 内 支 撑 弯 矩剪 力轴 力位 移 图,26,第2 道 内 支 撑 弯 矩剪 力轴 力位 移 图,27,第3 道 内 支 撑 弯 矩剪 力轴 力位 移 图,28,某 槽 段 地 下 连 续 墙 配 筋 图 示 例,29,支撑平面图,30,PKPM基坑支护规范计算,中国建筑科学研究院PKPM软件所,31,规范计算的架构体系,32,桩(墙)结构嵌固深度计算-悬壁桩,Ep,Ea,考
7、虑安全系数，主动区合力Ea和被动区合力Ep对桩底取矩平衡,计算出嵌固深度。,33,桩(墙)结构嵌固深度计算-单支点,1、假定土压力强度0点C为弯矩0点。 2、对C点取矩，得支点的支点力 3、考虑安全系数，主动区合力Ea和被动区合力Ep,支点力T1对桩底取矩平衡,计算出嵌固深度。,Ep,Ea,T1,34,桩(墙)结构嵌固深度计算-多支点,1、假定土压力强度0点C为弯矩0点。 2、对C点取矩，开挖到第2道支撑底标高，得第1道支点的支点力，然后往下开挖到坑底，假定第1道支点的支点力不变，再对C点取矩，得第2道支点的支点力，以此类推 3、考虑安全系数，取C点以下至桩底的部分桩为研究对象，C点以下主动区
8、合力、C点不平衡的剪力、被动区合力对桩底取矩平衡，计算出嵌固深度。,Ep,Ea,T1,T2,注：此方法即等值梁法，国家规范中采用过桩墙底的圆弧滑动法来计算嵌固深度，福建规范中不假定弯矩0点，对每道支点取矩，不平衡的土压力就为此道支点受力，然后假定本道支点力不变，计算下一道支点的力。,35,桩(墙)结构抗隆起验算,一、按墙底地基承载力隆起验算坑外侧土体考虑自重和附加荷载，坑内侧被动区土体考虑自重和凝聚力，按地基极限承载力的原理建立计算公式。没有考虑墙底以上土体抗剪强度的影响。Pu=cNc+Ga2*D*Nq=Ga1(h0+D)+q, h0为坑底，D为嵌固深度(Ga1、Ga2分别为主动区和被动区的土
9、的自重，Nc、Nq为地基极限承载力系数，是内磨擦角的函数) 二、绕最下一道支撑和桩墙底的圆弧滑动隆起验算，考虑了墙底以上土体抗剪强度的影响。（上海规范计算嵌固的方法）,36,桩(墙)结构抗倾覆验算,K=Mrc/Moc Mrc-抗倾覆力矩，被动区土压力对最一下道支点中心O取矩 Moc-倾覆力矩，主动区土压力对最一下道支点中心O取矩,Ep,Ea,37,桩(墙)结构抗渗流验算,K=ic/i ic-坑底土的临界水力坡度,ic=(ds-1)/(1+e)=浮容重/水容重Moc-i-坑底土的渗流水力坡降 i=hw/L=坑内外水头差/最短渗径 （ic=r/rw rw=10kN/m r=Rsat-rw Rsat
10、=(ds+e)*10/(1+e) ds=Ws/ Vs）,38,桩(墙)结构承压水验算,K=Pcz/Pwy Pcz-坑底至承压水顶板间土的自重压力(kN/m2) Pwy-承压水头压力=承压水头高度*10(kN/m2)(根据地勘报告得出),39,SMW工法结构相关验算(1),常见截面型式,型钢入土深度确定原则 1、满足抗隆起稳定、抗倾覆稳定验算 2、挡土墙的内力位移不超过允许值 3、如果要回收，可顺利拔出。,水泥土入土深度确定原则 1、满足抗渗流稳定、承压水稳定验算 2、大于型钢的入土深度，以包裹型钢 3、坑内降水不能影响到坑外环境，因此要有一定的入土深度,型钢抗拔验算 1、型钢最大抗拔力Pm=0
11、.7*屈服强度*型钢截面积 2、型钢最大可拔出长度=最大抗拔力/(2*单元面积摩阻力*型钢截面周长),40,SMW工法结构相关验算(2),型钢净距和水泥土强度验算 1、型钢净间距的验算(型钢的净间距不能过大=水泥土墙体厚度+型钢高度+型钢形心轴与截面形心轴间距离) 2、若型钢连续布置，仅需验算型钢翼缘边的水泥土抗剪强度（要剪断型钢比剪断水泥土 困难） 3、若型钢间隔布置，还需验算水泥土搭接处的抗剪强度,组合刚度计算 1、若型钢全位布置，只考虑型钢本身的刚度 Ke=Eh*Ih 2、若型钢半位布置，还考虑水泥土的刚度,即计算组合截面的刚度 Ke=Eh*Ih+Ec*Ic 根据材料力学原理，先计算组合截面的形心轴，然后分别计算两种材料的不同截面对此形心轴的惯性矩，与弹模相乘后再相加。,型钢抗弯抗剪强度验算 在计算出型钢的内力后，用 M/W=型钢设计强度, Q/A=0.4*基坑深度,墙体厚度计算公式,墙体正截面承载力验算公式,59,水泥土墙的计算公式-其它方法,还有抗倾覆验算 地基承载力验算 正截面承载力验算等,60,水泥土墙的计算书,61,钻孔的地质剖面图,62,各种材料的统计结果,输出到Excel,63,施工图,生成具体的施工图,从图库中选择施工图种类,64,提供施工方案模板,方案可导入Word,用模板生成方案,65,谢 谢!,Thank You!,
