CN105095585A - 锚杆抗浮地下室整体协同设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了锚杆抗浮地下室整体协同设计方法，该方法是先采用公式ECS＝(ECAC+ESAS)/(AS+AC)计算锚杆弹性模量ECS，再基于明德林位移解来通过锚杆弹性模量ECS推导锚杆弹性位移ω，然后通过公式K＝P/ω计算锚杆的理论弹性刚度K，接着根据K′等于0.5K～0.7K来计算锚杆的实际弹性刚度K′，最后使用有限元软件将锚杆作为一个弹性系数为K′的弹簧建入整体模型，进行受力分析和锚杆抗浮计算。本发明确定了锚杆的实际弹性刚度K′，在锚杆的抗浮受力计算中能够充分考虑锚杆的受力形变情况，提高安全性；通过整体模型中上部结构压重的抗浮作用来减少锚杆的数量。本发明不仅具有安全性高的优点，还能够减少锚杆数量，降低工程成本和缩短施工工期。

Description

锚杆抗浮地下室整体协同设计方法
技术领域
本发明涉及一种锚杆抗浮地下室设计方法，特别是一种锚杆抗浮地下室整体协同设计方法。
背景技术
目前，现有的锚杆抗浮地下室设计方法中将锚杆作为底板的不动支点进行设计，相当于选取了刚度为无限大的锚杆，没有考虑锚杆受力产生的形变，使得设计结果安全性较低，容易造成安全事故。而且，现有的锚杆抗浮地下室设计方法中锚杆的抗浮受力计算简单的以锚杆的从属面积乘以抗浮水头确定，导致为了满足抗浮受力需要较多的锚杆数量，不仅增加的工程成本，还延长了施工工期。因此，现有的锚杆抗浮地下室设计方法存在着安全性较低、锚杆数量较多、工程成本较高和施工工期较长的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种锚杆抗浮地下室整体协同设计方法。本发明不仅具有安全性高的优点，还能够减少锚杆数量，降低工程成本和缩短施工工期。
本发明的技术方案：锚杆抗浮地下室整体协同设计方法，包括以下步骤：
a、采用公式ECS＝(ECAC+ESAS)/(AS+AC)，通过加权平均的方法计算锚杆弹性模量ECS，其中ES和AS分别为锚杆锚筋的弹性模量及面积，EC和AC分别为锚杆砂浆的弹性模量及面积，得锚杆弹性模量ECS；
b、基于明德林位移解来通过锚杆弹性模量ECS推导锚杆弹性位移，得锚杆弹性位移ω；
c、通过公式K＝P/ω计算锚杆的理论弹性刚度K，其中P为锚杆的拉力，ω为锚杆弹性位移，得锚杆的理论弹性刚度K；
d、根据锚杆的理论弹性刚度K计算锚杆的实际弹性刚度K′，K′等于0.5K～0.7K，得锚杆的实际弹性刚度K′；
e、使用有限元软件将锚杆作为一个弹簧建入整体模型，进行受力分析和锚杆抗浮计算，弹簧的弹性系数等于锚杆的实际弹性刚度K′。
前述的锚杆抗浮地下室整体协同设计方法中，所述步骤b中的通过锚杆弹性模量ECS推导锚杆弹性位移的公式为，
ω = P ( 1 + μ ) 8 π E L ( 1 - μ ) [ ( 4 - 4 μ ) l n 100 + 8 ( 1 - μ ) 2 l n 2 + 0.5 ] + P 2 E c s A * L , 其中P为锚杆的拉力，μ为岩土的泊松比，E为岩土的弹性模量，L为锚杆的长度，A为锚杆的面积，得锚杆弹性位移ω。
前述的锚杆抗浮地下室整体协同设计方法中，所述步骤e中的有限元软件为SAP有限元分析软件、ETABS有限元分析软件或MIDAS有限元分析软件，整体模型包括上部结构压重、弹簧和地下室结构模型。
与现有技术相比，本发明提供了一种锚杆抗浮地下室整体协同设计方法，通过加权平均的方法计算锚杆弹性模量，然后基于明德林位移解来通过锚杆弹性模量计算锚杆弹性位移ω，再根据锚杆弹性位移ω计算锚杆的理论弹性刚度K，最后通过K′＝0.5K～0.7K来算得锚杆的实际弹性刚度K′；从而能够在锚杆的抗浮受力计算中充分考虑锚杆的受力形变情况，提高设计结果的安全性。同时，本发明使用有限元软件将锚杆作为一个弹性系数为K′的弹簧建入整体模型进行受力分析和锚杆抗浮计算，建入的整体模型中包括了上部结构压重，通过上部结构压重的抗浮作用来减少锚杆的数量；本发明相比传统的设计方法能够减少40％～50％的锚杆数量、锚杆成本和锚杆施工工期，从而降低了工程成本和施工工期。因此，本发明不仅具有安全性高的优点，还能够减少锚杆数量，降低工程成本和缩短施工工期。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例一。锚杆抗浮地下室整体协同设计方法，包括以下步骤：
a、采用公式ECS＝(ECAC+ESAS)/(AS+AC)计算锚杆弹性模量ECS，其中ES和AS分别为锚杆锚筋的弹性模量及面积，EC和AC分别为锚杆砂浆的弹性模量及面积，得锚杆弹性模量ECS；
b、基于明德林位移解来通过锚杆弹性模量ECS推导锚杆弹性位移，公式为 ω = P ( 1 + μ ) 8 π E L ( 1 - μ ) [ ( 4 - 4 μ ) l n 100 + 8 ( 1 - μ ) 2 l n 2 + 0.5 ] + P 2 E c s A * L , 其中P为锚杆的拉力，μ为岩土的泊松比，E为岩土的弹性模量，L为锚杆的长度，A为锚杆的面积，得锚杆弹性位移ω；
c、通过公式K＝P/ω计算锚杆的理论弹性刚度K，其中P为锚杆的拉力，ω为锚杆弹性位移，得锚杆的理论弹性刚度K；
d、根据锚杆的理论弹性刚度K计算锚杆的实际弹性刚度K′，K′等于0.5K～0.7K，得锚杆的实际弹性刚度K′；
e、使用有限元软件将锚杆作为一个弹簧建入整体模型，进行受力分析和锚杆抗浮计算，弹簧的弹性系数等于锚杆的实际弹性刚度K′。
所述步骤e中的有限元软件为SAP有限元分析软件、ETABS有限元分析软件或MIDAS有限元分析软件，整体模型包括上部结构压重、弹簧和地下室结构模型。
实施例二。地下室采用岩石锚杆抗浮，岩石为中风化角砾凝灰岩。
锚杆抗浮地下室整体协同设计方法，包括以下步骤：
a、采用公式ECS＝(ECAC+ESAS)/(AS+AC)计算锚杆弹性模量ECS，其中ES和AS分别为锚杆锚筋的弹性模量及面积，EC和AC分别为锚杆砂浆的弹性模量及面积；锚杆锚筋的弹性模量(即ES)为2.0*105Mpa，锚杆锚筋的面积(即AS)为π*12.52mm2；灌注砂浆强度等级采用M30，锚杆砂浆的弹性模量(即EC)为3.0*104Mpa，锚杆砂浆的面积(即AC)为π*(752-12.52)mm2；得锚杆弹性模量ECS＝4.42*104Mpa；
b、基于明德林位移解来通过锚杆弹性模量ECS推导锚杆弹性位移，公式为 ω = P ( 1 + μ ) 8 π E L ( 1 - μ ) [ ( 4 - 4 μ ) l n 100 + 8 ( 1 - μ ) 2 l n 2 + 0.5 ] + P 2 E c s A * L , 其中P为锚杆的拉力，μ为岩土的泊松比，E为岩土的弹性模量，L为锚杆的长度，A为锚杆的面积；根据岩土工程勘察报告，岩土的弹性模量E为385kpa，岩土的泊松比μ为0.35，锚杆的直径为150mm，锚杆的面积A为π*752mm2；锚杆的长度L为3000mm，锚杆的拉力P取280KN，得锚杆弹性位移ω＝0.835mm；
c、通过公式K＝P/ω计算锚杆的理论弹性刚度K，其中P为锚杆的拉力，ω为锚杆弹性位移，得锚杆的理论弹性刚度K＝280/0.835＝335KN/mm；
d、根据锚杆的理论弹性刚度K计算锚杆的实际弹性刚度K′，K′等于0.5K，得锚杆的实际弹性刚度K′＝0.5*335＝167.6KN/mm；
e、使用有限元软件将锚杆作为一个弹簧建入整体模型，进行受力分析和锚杆抗浮计算，弹簧的弹性系数等于锚杆的实际弹性刚度K′。
所述步骤e中的有限元软件为SAP有限元分析软件、ETABS有限元分析软件或MIDAS有限元分析软件，整体模型包括上部结构压重、弹簧和地下室结构模型。所述受力分析和锚杆抗浮计算均为常规的分析和计算。

Claims (3)

1.锚杆抗浮地下室整体协同设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、采用公式ECS＝(ECAC+ESAS)/(AS+AC)计算锚杆弹性模量ECS，其中ES和AS分别为锚杆锚筋的弹性模量及面积，EC和AC分别为锚杆砂浆的弹性模量及面积，得锚杆弹性模量ECS；
b、基于明德林位移解来通过锚杆弹性模量ECS推导锚杆弹性位移，得锚杆弹性位移ω；
c、通过公式K＝P/ω计算锚杆的理论弹性刚度K，其中P为锚杆的拉力，ω为锚杆弹性位移，得锚杆的理论弹性刚度K；
d、根据锚杆的理论弹性刚度K计算锚杆的实际弹性刚度K′，K′等于0.5K～0.7K，得锚杆的实际弹性刚度K′；
e、使用有限元软件将锚杆作为一个弹簧建入整体模型，进行受力分析和锚杆抗浮计算，弹簧的弹性系数等于锚杆的实际弹性刚度K′。
2.根据权利要求1所述的锚杆抗浮地下室整体协同设计方法，其特征在于：所述步骤b中的通过锚杆弹性模量ECS推导锚杆弹性位移的公式为， ω = P ( 1 + μ ) 8 π E L ( 1 - μ ) [ ( 4 - 4 μ ) l n 100 + 8 ( 1 - μ ) 2 l n 2 + 0.5 ] + P 2 E c s A * L , 其中P为锚杆的拉力，μ为岩土的泊松比，E为岩土的弹性模量，L为锚杆的长度，A为锚杆的面积，得锚杆弹性位移ω。
3.根据权利要求1或2所述的锚杆抗浮地下室整体协同设计方法，其特征在于：所述步骤e中的有限元软件为SAP有限元分析软件、ETABS有限元分析软件或MIDAS有限元分析软件，整体模型包括上部结构压重、弹簧和地下室结构模型。
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