¿Cálculo y aplicación de muros pantalla subterráneos articulados de hormigón armado?
Los muros continuos subterráneos de hormigón armado se originaron en Italia a principios de los años 50. Inicialmente utilizado como muro antifiltración en los cimientos de una presa de tierra y roca, más tarde se convirtió en un muro de contención y muro de carga para estructuras subterráneas, y se usa ampliamente en proyectos de conservación de agua y energía hidroeléctrica, proyectos de cimientos y proyectos subterráneos. . El principio básico del muro de diafragma subterráneo de hormigón armado es utilizar un equipo especial de zanjas en el suelo para cavar una zanja larga y estrecha y profunda a lo largo de la línea de excavación del proyecto bajo las condiciones de un muro de protección de lodo, colocar una jaula de acero en la zanja y verter Concreto submarino, construye un muro continuo para desempeñar el papel de interceptación de agua, antifiltración, retención de suelo o soporte de carga.
1 Métodos de cálculo para muros pantalla subterráneos de hormigón armado ordinario
A excepción de algunas regulaciones locales, las teorías y métodos utilizados en el cálculo de estructuras de muros pantalla subterráneos aún no se han formulado con un Procedimiento o especificaciones de cálculo de diseño nacional unificado. A través de la investigación, muchos académicos han propuesto muchas teorías y métodos de cálculo útiles. Entre ellos, las teorías de cálculo ampliamente utilizadas en ingeniería incluyen principalmente las siguientes cuatro categorías: método de estructura de carga, método de estructura de carga mejorado; método de viga de cimentación elástica y método de elementos finitos. El método de estructura de carga supone que se conoce la presión del agua y del suelo que actúa sobre el muro continuo subterráneo, y que la deformación del muro y los soportes no provocará cambios en la presión del agua y del suelo del muro. Primero, se utiliza la teoría clásica de la presión del suelo para determinar la magnitud y distribución de la presión del agua y del suelo que actúa sobre el muro, y luego se utiliza el método de la mecánica estructural para calcular las fuerzas internas del muro y los soportes. Dado que la presión del agua y del suelo que actúa sobre la pared aumenta gradualmente durante la excavación de un pozo de cimentación profundo, el método de estructura de carga no puede reflejar los cambios de tensión de la estructura de contención durante el proceso de construcción, por lo que se desarrolló el método de estructura de carga modificado. El método de viga de cimentación elástica trata el muro de diafragma subterráneo como una viga de cimentación elástica vertical. El efecto restrictivo del suelo sobre el muro de diafragma subterráneo se puede simular mediante una serie de resortes, que son mucho más pequeños que el método de elementos finitos con la misma precisión. . El método de elementos finitos trata el muro continuo subterráneo y los estratos circundantes como un todo orgánico, y el muro interactúa con el medio circundante. Tiene una amplia aplicabilidad, pero requiere una gran cantidad de cálculo.
2 Método de cálculo de muros pantalla subterráneos de hormigón armado articulado
2.1 Principio de cálculo
El método de cálculo de muros pantalla subterráneos de hormigón armado articulado es el método de viga de cimentación elástica Es ampliamente utilizado en ingeniería y tiene una gran practicidad. El método de cálculo del muro pantalla subterráneo de hormigón armado articulado se presenta de la siguiente manera:
Después de la excavación unilateral del proyecto del muro pantalla subterráneo, la presión del suelo en el lado sin excavación se utiliza como carga activa. y la capa de suelo debajo de la línea de excavación en el lado de la excavación es La base elástica de los muros pantalla subterráneos se reemplaza por resortes. La acción del resorte adopta la teoría de la deformación local de la viga base elástica, es decir, la hipótesis de Wenck. La magnitud y distribución de la resistencia pasiva del suelo dependen de las consecuencias del desplazamiento de los muros. Cuanto mayor sea el desplazamiento lateral del muro, mayor será la fuerza de compresión del soporte del resorte en este punto y mayor será la resistencia elástica del suelo correspondiente al muro. Los soportes superiores también son elásticos, por lo que los muros pantalla subterráneos se calculan como vigas sobre cimientos elásticos. La ecuación diferencial de la viga de cimentación elástica es
donde: EI(x)——la rigidez a la flexión de la viga sobre la cimentación elástica;
y deflexión de la viga de cimentación elástica;
Q(x)-La carga que actúa sobre la viga de cimentación elástica;
K(x)-El coeficiente de reacción de la cimentación horizontal.
Utilice el método de diferencias finitas para reemplazar la ecuación diferencial anterior con la ecuación en diferencias correspondiente y transfórmela en un conjunto de ecuaciones algebraicas lineales. La ecuación en diferencias es la siguiente:
La pared. Se divide en partes superior e inferior. Dos secciones, conectadas por bisagras. Se corta la costura de la bisagra y se sustituye la fuerza cortante desconocida Q en la incisión. Luego, cada sección de la pared se descompone en el caso en el que la junta de bisagra es un extremo libre bajo la acción de la carga externa P y el caso en el que solo está bajo la acción de Q. El valor de Q se calcula en función de la condición de que la Los desplazamientos de las secciones superior e inferior de la pared en la junta de bisagra son iguales, resolviendo así los problemas de desplazamiento y fuerzas internas de cada nodo.
2.2 Determinación de las condiciones de contorno
a) Bajo la acción de P, la parte superior del muro superior es el extremo libre. Según esto, m = 0, q = 0, podemos obtener
La parte inferior es el extremo libre. De acuerdo con esto, m = 0, q = 0, podemos obtener
b) Bajo la acción de Q, la parte superior de la pared superior es el extremo libre. De acuerdo con esto, m = 0, q = 0, podemos obtener
En la parte inferior, m = 0, q = 1 (primero supongamos que es 1, luego multiplicamos el valor de q por q), tenemos puede conseguir
c) Bajo la acción de P, la parte superior de la pared inferior es el extremo libre.
De acuerdo con esto, m = 0, q = 0, podemos obtener
d) Bajo la acción de q, la parte superior de la pared inferior es m = 0, q = 1 (primero supongamos que es 1 , y luego q Valor multiplicado por q), se puede obtener.
Además, según la profundidad de inserción del muro y el tipo de capa de suelo, las condiciones límite en la parte inferior del muro inferior se pueden dividir en extremo libre y extremo fijo.
2.3 Pasos de cálculo
2.3.1 División de nodos
El muro continuo subterráneo se divide en nodos a intervalos iguales y el paso depende de la precisión del cálculo.
2.3.2 Enumerar la matriz de coeficientes de la ecuación en diferencias.
Según las ecuaciones (2), (3) y (4), se puede enumerar la matriz de coeficientes de la pared superior bajo la acción de P. Según las ecuaciones (2), (5) y (6), se puede enumerar la matriz de coeficientes de la pared superior bajo la acción de Q. Según las ecuaciones (2), (7) y (8), se puede enumerar la matriz de coeficientes de la pared inferior bajo la acción de P. Según las ecuaciones (2), (9) y (10), se puede enumerar la matriz de coeficientes de la pared inferior bajo la acción de Q.
Entre ellos, el valor del coeficiente de fuerza de reacción de la base horizontal tiene un cierto impacto en la precisión de los resultados del cálculo. Si es posible, se puede obtener en el sitio. ensayos o manuales de cálculo.
2.3.3 Cálculo de la carga p
Calcular la presión del agua y el empuje activo del suelo que actúa sobre cada nudo.
Tratamiento de soporte
Cuando se utilizan muros pantalla subterráneos como soporte para la fosa de cimentación, a menudo se requiere soporte. En este momento, el soporte se considera un soporte elástico y su rigidez elástica es la fuerza axial requerida para la deformación unitaria. Este coeficiente se suma al coeficiente principal del nodo correspondiente.
2.3.5 Encuentre el desplazamiento de cada nodo de cada sección del muro bajo la acción de P y q.
Resolviendo la ecuación (2), podemos obtener los desplazamientos nodales de la pared superior bajo la acción de P, la pared superior bajo la acción de Q, la pared inferior bajo la acción de P y la pared inferior bajo la acción de Q. Entre ellos, los desplazamientos de nodos obtenidos bajo la acción de Q El desplazamiento tiene un número desconocido Q, y este paso requiere cálculo de programación.
Según el principio de que el desplazamiento de las paredes superior e inferior en el punto de articulación es igual, se puede resolver la incógnita Q para obtener el desplazamiento de cada nodo.
2.3.6 Cálculo de fuerzas internas (momento flector y fuerza cortante)
La fuerza interna de cada nodo se puede calcular utilizando las dos fórmulas anteriores.
3 Comparación de los estados tensionales de muros pantalla subterráneos abisagrados y desarticulados
El siguiente es un ejemplo para comparar los estados tensionales de muros pantalla subterráneos de hormigón armado articulado y subterráneos de hormigón armado no articulado. paredes de diafragma.
Presa de muro con núcleo antifiltración de bisagra simple, altura de pared 24 m, espesor 0,8 m, bisagra simple a 9 m de la parte superior, carga externa uniforme p = 500 kn/m, la parte superior de la pared es la extremo libre, y se ve la parte inferior para la bisagra. El coeficiente de reacción k cambia gradualmente de 25 kN/c m3 en la parte superior a 150 kn/cm3 en la parte inferior. Según la solución de este artículo, se puede obtener el desplazamiento y la fuerza interna de cada nodo, como se muestra en la Tabla 65438.
Para el muro pantalla subterráneo de hormigón armado sin bisagras, siga los parámetros del ejemplo anterior, cancele solo las bisagras y también utilice el método de viga de cimentación elástica. Después del cálculo, el desplazamiento y la fuerza interna de cada nodo se muestran en la Tabla 1.
Como se puede ver en la Tabla 1, los desplazamientos de los nodos de los muros pantalla subterráneos de hormigón armado articulados y no articulados son similares, pero la distribución del momento flector de los muros pantalla subterráneos de hormigón armado articulados es significativamente mejor que la de los muros pantalla subterráneos de hormigón armado articulados. Los muros pantalla de hormigón son más ventajosos y el momento de flexión del muro sobre la bisagra se reduce aún más. Además, en este ejemplo, la parte inferior de la pared inferior se considera la bisagra. Si la capa de suelo tiene menos restricciones en la pared del diafragma subterránea, el fondo puede considerarse como el extremo libre. En este momento, el momento de flexión del muro inferior disminuye en ambos casos, y el momento de flexión del muro de diafragma subterráneo de hormigón armado articulado disminuye más que el del muro de diafragma subterráneo de hormigón armado desarticulado.
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