在地基“排水”和“不排水”条件下计算地基承载力

技术文章

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使用 RF-/FOUNDATION Pro 能够计算设计一个 RFEM /RSTAB 模型独立基础(基础板、杯形基础和无阶杯口基础)的所有支座反力。 岩土验算在这里按照规范 EN 1997-1 进行。

在该技术文章中,主要目的是根据[1]附录D确定地基承载力,并区分“排水”和“不排水”土层条件。

举例: 基础板上的铰接柱

为了解释其中的区别,这里计算设计一个在基础板上的铰接柱作为示例。

图片 01 - 铰结柱

柱子分别被自重、活荷载、雪荷载和风荷载四种荷载作用加载。 荷载值可以在下面的图表中找到。

图片 02 - 荷载

承载力极限状态下(STR/GEO) 的荷载组合在软件 RFEM 中按照规范 EN 1990 自动生成,并用于模块 RF-/FOUNDATION Pro 中的计算设计。

在 RF-/FOUNDATION Pro 中的输入

因为根据[1]附录D确定基础板的承载力,必须在“1.1基本数据”对话框中选择该选项。

基础板的尺寸预设为长和宽都是 1.25 米以及厚 d 为 25cm。

其它设置,如混凝土等级、柱子尺寸,可能使用的钢筋直径、钢筋种类等等,在这里不是很重要,因此在详细设置中仅选择了激活地基承载力验算以及滑移。 上述参数不在计算中给出,可以在默认设置中保留。

预设土壤参数对于确定地基承载力至关重要。 这有可能要使用“土层剖面”。 在这种情况下,值得一提的是早期的一篇文章 ,其中描述了土层剖面的输入以及在排水条件下分层土层结构的承载力的确定。

在这种情况下要计算基础底部土层的土壤参数。 应用到的土壤参数如下:

砾石,砂砾 - 砂 - 粘土混合物(GC)
γ = 21 kN/³
φk= 35°
c'k = 0.007 MN /m²
c k = 0.040 MN /m²

这里要注意的是,RF/FOUNDATION Pro 中仅默认显示使用的参数。 这取决于在 "1.1 基本输入" 对话框中是否选择了"排水"或者"不排水" 的地基条件。 如果没有选择“仅显示使用的参数”,那么就会显示全部的土层参数。

图片 05 - 土层参数

主导支座反力和弯矩

对于地基承载力的计算在这种情况下生成的荷载组合 4 的支座反力是起决定性的。 该荷载组合如下定义:

$\frac12\;\cdot\;\mathrm{CO}4\;=\;1.35\;\cdot\;\mathrm G\;+\;1.50\;\cdot\;\mathrm Q\;+\;0.75\;\cdot\;\mathrm S\;+\;0.90\;\cdot\;\mathrm W$

由此得出的支座反力见下图。

图片 06 - CO4 的决定性支座反力

“排水”和“不排水”的区别

在 RF-/FOUNDATION Pro 中也说明了“排水”和“不排水”的概念。 在开始计算之前,用户必须选择并控制是否按照公式(D.1)和(D.2)计算地基承载力。

图片 07 - 选择“排水”和“不排水”

通常,假设在排水条件下土层结构吸收或者除去应力的增加(排水状态)。 在不排水条件下,土层中应力的增量是不会通过土层结构吸收,而是由受到超压下的孔隙水除去(不排水状态)。

不排水情况下的地基承载力

不排水结构的承载力按照[1]附录D,Eq。 (D.1):

$\frac{\mathrm R}{\mathrm A'}\;=\;\left(\mathrm\pi\;+\;2\right)\;\cdot\;{\mathrm c}_\mathrm{uk}\;\cdot\;{\mathrm b}_\mathrm c\;\cdot\;{\mathrm s}_\mathrm c\;\cdot\;{\mathrm i}_\mathrm c\;+\;\mathrm q$

A' = 基础底面积计算值 B' ⋅ L'
cud =不排水地基的总粘结力
b c =基面坡度的系数
s c =基面的形状系数
i c =荷载倾角系数
q = 在基础底部的高度处的荷载

通过上面的在设计时的设置,可以得出下面中间结果:

A' = 1.5404 m²
b c = 1.00,因为在RF-FOUNDATION Pro中总是假定土层的水平位置
s c = 1.197
i c = 0.963
q = 0.005 kN/m²

在(D.1)中使用,得出的特性承载力R k / A':

$\frac{\mathrm R}{\mathrm A'}\;=\;\left(\mathrm\pi\;+\;2\right)\;\cdot\;0.040\;\mathrm{MN}/\mathrm m²\;\cdot\;1.197\;\cdot\;0.963\;+\;0.005\;\mathrm{MN}/\mathrm m²$

由此得出地基承载力设计值:

$\frac{{\mathrm R}_\mathrm k}{\displaystyle\frac{\mathrm A'}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm R,\mathrm v}}}\;=\;\frac{0.242\;\mathrm{MN}/\mathrm m²}{1.40}\;=\;0.173\;\mathrm{MN}/\mathrm m²$

图片 08 - 地基承载力计算的详细结果

排水情况下排水情况

早期的文章中已经记录了排水情况下承载力的确定,我们不再重复计算公式(D.2)。

排水情况下的地基承载力得出为:

$\frac{{\mathrm R}_\mathrm k}{\displaystyle\frac{\mathrm A'}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm R,\mathrm v}}}\;=\;\frac{1.124\;\mathrm{MN}/\mathrm m²}{1.40}\;=\;0.803\;\mathrm{MN}/\mathrm m²$

小结

本文介绍了在对话框 1.1 中根据规范 EN 1997-1 附录 D 选择“排水”或者“不排水”土层条件对确定地基承载力的影响。 实际上大多数情况下都属于土层排水条件。

此外 RF- / FOUNDATION Pro 还提供了两种方法之间的选择,在土层条件不清楚的情况下,在排水和不排水条件下进行案例分析研究的选项。

除了对确定地基承载力外,“排水”或者“不排水”的设置还影响验算滑移安全性和确定抗滑移的计算。 您可以在第3章“ 滑动 ”中的RF-FOUNDATION Pro手册中找到更多相关信息。

关键词

基础, 合并, 不排水的

参考

[1]   Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1: Allgemeine Regeln; DIN EN 1997-1:2014-03

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