¿Cálculo y aplicación de muros pantalla subterráneos de hormigón armado articulados?
¿Qué incluye exactamente el cálculo y la aplicación de muros pantalla subterráneos de hormigón armado articulados? A continuación, Zhongda Consulting presentará contenido relevante para su referencia.
Los muros pantalla subterráneos de hormigón armado se originaron en Italia a principios de la década de 1950. Inicialmente se utilizaron como muros antifiltración para cimientos de presas de tierra y roca y luego se desarrollaron como muros de contención y muros de carga para estructuras subterráneas. Se utilizan ampliamente en conservación de agua e ingeniería hidroeléctrica, ingeniería básica e ingeniería subterránea. El principio básico del muro de hormigón armado es: utilizar un equipo de zanjas especial en el suelo para excavar una zanja larga, estrecha y profunda a lo largo de la línea de excavación del proyecto mientras se protege el muro con barro, y colocar barras de acero en la zanja. Enjaule y vierta hormigón bajo el agua para construir un muro continuo, que desempeña 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 en general
A excepción de algunas regulaciones locales, las teorías y métodos utilizados para el cálculo de estructuras de muros pantalla subterráneos aún no se han formulado para ser unificados a nivel nacional. Procedimientos de cálculo o especificaciones de diseño. 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 se dividen principalmente en las siguientes cuatro categorías: método de estructura de carga; método de estructura de carga modificada; método de viga de cimentación elástica y método de elementos finitos; . El método de estructura de carga supone que la presión del agua y del suelo que actúa sobre el muro continuo subterráneo son conocidas, y que la deformación del muro y los soportes no provocará cambios en la presión del agua y del suelo sobre el muro. Durante el cálculo, la teoría clásica de la presión del suelo se utiliza primero para determinar la magnitud y distribución del agua y la presión del suelo que actúan 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 de la tierra que actúa sobre la pared aumenta gradualmente durante la excavación del pozo de cimentación profundo, el método de estructura de carga no puede reflejar los cambios en la fuerza de la estructura de retención durante el proceso de construcción, por lo que se produce la estructura de carga modificada. Ley. El método de viga de cimentación elástica trata el muro de diafragma subterráneo como una viga de cimentación elástica vertical. El efecto de restricción del suelo sobre el muro de diafragma subterráneo se puede simular mediante una serie de resortes. En las mismas condiciones de precisión, su carga de trabajo es mucho menor. del método de los elementos finitos. El método de elementos finitos considera el muro continuo subterráneo y los estratos circundantes como un todo conectado orgánicamente. El muro y el medio circundante interactúan entre sí. Tiene una amplia aplicabilidad, pero la carga de trabajo de cálculo es grande.
2 Método de cálculo del muro pantalla subterráneo de hormigón armado articulado
2.1 Principio de cálculo
El método de cálculo del muro pantalla subterráneo de hormigón armado articulado se basa en la ingeniería anterior El método de viga de cimentación elástica es ampliamente utilizado y práctico en China. El método de cálculo para muros pantalla subterráneos de hormigón armado articulado se presenta de la siguiente manera:
Después de excavar el proyecto del muro pantalla subterráneo en un lado, se excava el suelo en el otro. En el lado no excavado La presión actúa como carga activa, mientras que el suelo debajo de la línea de excavación en el lado de la excavación sirve como base elástica para el muro pantalla, que se reemplaza por resortes. El efecto del resorte adopta la teoría de la deformación local de las vigas de cimentación elásticas, es decir, la hipótesis de Winkel. El tamaño y la distribución de la resistencia pasiva del suelo dependen del resultado del desplazamiento del muro. El desplazamiento lateral de qué punto del muro es mayor dependerá. sobre el soporte del resorte en ese punto Cuanto mayor sea la compresión del asiento, mayor será la resistencia elástica del suelo correspondiente a la pared. El soporte superior también está soportado elásticamente, de modo que el muro pantalla subterráneo se calcula como una viga colocada sobre una base elástica. La ecuación diferencial de la viga de cimentación elástica es
donde: EI (x) - la rigidez a la flexión de la viga de cimentación elástica
y - la deflexión de la viga de cimentación elástica;
q(x)-La carga que actúa sobre la viga de cimentación elástica;
k(x)-El coeficiente de fuerza de reacción de la cimentación horizontal.
Utilice el método de diferencias finitas para reemplazar las ecuaciones diferenciales anteriores con las ecuaciones en diferencias correspondientes y conviértalas en un conjunto de ecuaciones algebraicas lineales. Las ecuaciones en diferencias son las siguientes:
La pared. se divide en dos secciones, las secciones superior e inferior se utilizan juntas articuladas calculadas entre las dos secciones. Se corta el nodo de bisagra y el corte se reemplaza por la fuerza cortante desconocida Q. Luego, cada sección de pared se descompone en el extremo libre en el punto de bisagra bajo la carga externa P y la situación bajo la acción de Q solo desde la parte superior. y secciones inferiores, el valor Q se puede resolver bajo la condición de que los desplazamientos del muro en los puntos de articulación sean iguales, y así se puede resolver el desplazamiento y la fuerza interna de cada nodo.
2.2 Determinación de las condiciones de contorno
a) La pared superior está bajo la acción de P: la parte superior es el extremo libre. Según este punto M=0, Q=0,. podemos obtener
El extremo inferior es el extremo libre. Según este punto M=0, Q=0, podemos obtener
b) La pared superior está bajo la acción de. Q: la parte superior es el extremo libre. Según este punto M= 0, Q=0, podemos obtener la parte inferior M=0, Q=1 (primero supongamos que es 1, encuentre el valor de Q. y luego lo multiplicamos por Q), obtenemos
c) La sección inferior del muro está bajo la acción de P: la parte superior es el extremo libre. Según este punto M=0, Q=. 0, podemos obtener
d) La sección inferior de la pared está bajo la acción de Q, la parte superior es M=0, Q=1 (primero suponga que es 1, encuentre el valor de Q y luego multiplíquelo por Q), podemos obtener
Además, las condiciones de contorno en la parte inferior del muro inferior se pueden dividir de forma gratuita según la profundidad de inserción del muro y el tipo de capa de suelo. extremo, extremo fijo, etc.
2.3 Pasos de cálculo
2.3.1 División de nodos
Divida el muro continuo subterráneo en nodos a intervalos iguales. El tamaño del paso depende de la precisión del cálculo.
2.3.2 Enumere la matriz de coeficientes de la ecuación diferencial
Según las ecuaciones (2), (3) y (4), la matriz de coeficientes de la pared superior debajo de la la acción de P se puede enumerar según las ecuaciones (2), (5) y (6), la matriz de coeficientes de la pared superior bajo la acción de Q se puede enumerar según las ecuaciones (2), (7) y (; 8), se puede enumerar la matriz de coeficientes de la pared inferior. La matriz de coeficientes bajo la acción de P según las ecuaciones (2), (9) y (10), la matriz de coeficientes de la pared inferior bajo la acción de Q; se puede enumerar.
El valor del coeficiente de fuerza de reacción de la base horizontal tiene un cierto impacto en la precisión de los resultados del cálculo, por lo que debe ser exacto. Si las condiciones lo permiten, se puede obtener mediante pruebas en el sitio o mediante cálculo. manuales.
2.3.3 Cálculo de la carga P
Calcular la presión del agua y el empuje activo del suelo que actúa sobre cada nudo.
2.3.4 Tratamiento de soporte
Cuando se utiliza como soporte de retención para fosas de cimentación, a menudo se apoyan muros pantalla subterráneos. En este momento, el soporte se considera como un soporte elástico y su resorte. la rigidez es la unidad de generación. La fuerza axial requerida durante la deformación se suma al coeficiente principal del nodo correspondiente.
2.3.5 Encuentre el desplazamiento de cada nodo de cada sección de muro bajo la acción de P y Q
Resolviendo la ecuación (2), podemos calcular respectivamente el desplazamiento de la parte superior. sección del muro bajo la acción de P y Q. El desplazamiento de cada nodo del muro superior bajo la acción de Q, del muro inferior bajo la acción de P y del muro inferior bajo la acción de Q. El desplazamiento calculado bajo la acción de Q contiene una cantidad desconocida Q. Este paso requiere cálculo de programación.
De acuerdo con el principio de que los desplazamientos de las paredes superior e inferior en los puntos de articulación son iguales, se puede resolver la cantidad desconocida Q y, en consecuencia, se puede obtener el desplazamiento de cada nodo.
2.3.6 Cálculo de fuerzas internas (momento flector, fuerza cortante)
Las fuerzas internas de cada nodo se pueden calcular a partir de las dos ecuaciones anteriores.
3 Comparación del estado de tensión de los muros pantalla subterráneos articulados y no articulados
Aquí hay un ejemplo para comparar las diferencias entre el muro pantalla subterráneo de hormigón armado articulado y el muro pantalla subterráneo de hormigón armado sin bisagras. en estados de estrés.
Cierta presa de pared con núcleo antifiltración de una sola bisagra tiene una altura de pared de 24 m y un espesor de 0,8 m. La bisagra única está a 9 m de la parte superior. 500 kN/m La parte superior de la pared es el extremo libre. El extremo inferior se considera una bisagra y el coeficiente de fuerza de reacción k cambia gradualmente de 25 kN/cm3 en la parte superior a 150 kN/cm3 en la parte inferior. Con el método de solución de este artículo, el desplazamiento y la fuerza interna de cada nodo se pueden resolver como se muestra en la Tabla 1.
Para el muro pantalla subterráneo de hormigón armado sin bisagras, siga los parámetros del ejemplo anterior, excepto que las bisagras se cancelan y también se utiliza el método de viga de cimentación elástica. Después del cálculo, se calcula el desplazamiento y la fuerza interna. de cada nodo se muestran en la Tabla 1.
Se puede ver en la Tabla 1 que los desplazamientos de cada nodo de los muros diafragma subterráneos de hormigón armado articulados y no articulados son relativamente cercanos, pero la distribución del momento flector de los muros diafragma subterráneos de hormigón armado articulados es significativamente mejor. que el de los muros pantalla de hormigón armado sin bisagras. Los muros continuos subterráneos de hormigón son ventajosos y el momento de flexión del muro por encima del punto de articulación se reduce considerablemente. Además, en este ejemplo, el extremo inferior del muro inferior se considera como una bisagra. Si la capa de suelo tiene poca restricción sobre el muro diafragma subterráneo, el extremo inferior se puede considerar como un extremo libre. El momento de flexión de la pared inferior en ambos casos es el mismo. El momento de flexión de las paredes de hormigón armado que conectan el suelo con bisagras se reduce más que sin bisagras.
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