土工格栅

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土工格栅加筋土挡墙水平变形影响因素分

发布时间:2019/05/26 丨 文章来源:未知 丨 浏览次数:

  

现代土工格栅加筋土挡墙的设计办法主要是以强度把控为首先要素,而 未能思考作业法内力状态下外墙的水平变形。为确保其水平变形在安全范围内,一 般是以不小于l. o的稳固安全系数来保障的。因为土工网格筋材的拉伸应变、筋/土 相对位移及加筋土墙体后非加筋土壤的侧向土压力等均会引起外墙的水平变形。 外墙水平变形的大小与墙体断面结构形式、拉筋性能及布置方式、外重量等有着重 要关系。

  

加筋土挡墙外墙水平变形由加筋体的水平变形和墙后非加筋土壤的水平变形 组成。一般来说,水平变形的大小主要与拉筋材料的布置、所用的筋材类型、填料 类型和除水设计、工程等因素有关。挡土墙的水平变形设计是其安全设计的一个 重要内容。

  

为了确保土工网格加筋土挡墙的水平变形满意要求,本节以非线性有限元数 值计算为研究手段,以指标断面土工网格加筋土挡墙为研究对象,通过改变影响其 水平变形的10种因素,研究参数变化对外墙水平变形的敏感程度,提出影响水平 变形的主要因素,为研究土工网格加筋土挡墙水平变形的内在机理提供根据,并对 挡土墙设计提供技术参考。

  

4. 8.1 土工网格加筋土挡墙有限元分析模式

  

本研究计算采纳ADINA非线性有限元计算软件分析影响土工网格加筋土挡 墙外墙水平变形的因素,以确定把控土工网格加筋土挡墙外墙水平变形的主要 因素。

  

在加筋土挡墙工程过程中,因为压实机械和土壤自重作用会引起外墙的水平 变形,但为了确保挡墙竣工后外墙坡率满意设计要求,在作业中可以不断调整外墙 倾角以保障断面形式的正确。由此,在有限元分析中,不思考工程过程的影响,假 定墙体重量一次施加。

  

修建于美国Algonquin的预制块式土工网格加筋土挡墙,墙高6. 0m拉筋长 度L = 4. 2m等间距布置,Sv = 0. 6m刚度EA =400千牛/m填土采纳黏性土,墙顶 无重量,路基土为黏性土,如图4. 10所示。墙后填土弹性模量为25MPa有效内 摩擦角p=20°,黏聚力C = 22kPa;路基土弹性模量为35MPa有效内摩擦角

  

= 25°,黏聚力c=18kPa0

  


为了研究各种因素对外墙水平变形的影响及其敏感性以基本墙型为基础,在 其他因素不变的情况下,改变其中一个参数,分析其水平变形。各影响因素如 表4. 1所示。

  

4.1 土工网格加筋土挡墙水平变形影响因素变化情况

  

4.8.2路基土弹性模量对外墙水平变形的影响

  

4.11表示路基土在不一样弹性模量条件下外墙水平变形沿墙髙的分布 图示。

  


从图中可以看出,外墙水平变形实际结果与有限元计算结果较为接近。当地 基土弹性模量分别减少百分之二十百分之四十百分之六十时,外墙最大水平变形分别加大12%35%76%。可见,随着路基土弹性模量的减少,路基沉降变形增大,导致了外墙 水平变形的增加。同时路基模量的减少,会使路基承载力不可以满意要求,加筋土挡 墙可能会发生失稳。当路基土弹性模量增加百分之二十时,外墙最大水平变形减小约为 8%。由此,在满意路基承载力条件下加大路基土模量对外墙水平变形的影响不 显著。

  

4.8.3 土工网格拉筋刚度对外墙水平变形的影响

  

4. 12为土工网格刚度变化对外墙水平变形的影响图示。

  

4.12 土工网格刚度对外墙水平变形的影响

  

当土工网格刚度由400kN/m分别减少到200kN/mlOOkN/m时,外墙水 平变形分别增加百分之二十42%。当土工网格刚度由400kN/m分别增加到600kN/ m800kN/m1500kN/m时,外墙水平变形分别降低百分之十16%42%。可以看 出,加筋土挡墙的水平变形随拉筋刚度的增加而减小。当拉筋刚度减少时,外墙水 平变形显著加大,过大的水平变形可能会导致低刚度拉筋断裂。由此,拉筋的刚度 值(Ea)对加筋土挡墙的水平变形有明显的影响。

  

Chew[33]的研究结果也表明,加筋体的相对刚度对外墙水平变形有重要影 响。若拉筋在垂直方向均勻分布,定义相对刚度民为 。Er ? Ar

  


式中,瓦、——拉筋材料的弹性模量和截面积;

  

Sy——平均分布的拉筋垂直间距。

  

4.8. 4 土工网格竖向间距(加筋率)对外墙水平变形的影响

  

思考到预制块式外墙板对改变拉筋竖向间距的局限性,以一样断面尺寸的返 包式土工网格加筋土挡墙为例,通过改变拉筋竖向间距1.0m0. 9m0. 8m0. 7m0. 6m 0. 5m0. 4m),分析其值变化后对外墙水平变形的影响,如图4. 13 所示。

  

4. 13拉筋竖向间距对水平变形的影响

  

通过对不一样加筋率的外墙水平变形的非常可以看出:因为返包式加筋土挡墙 借助于连接棒将上下层拉筋连接成一整体,整个结构具有比较好的整体稳固性。虽 然外墙的最大水平变形随着加筋竖向间距的增加而加大,但当竖向间距在 0. 4?0. 8m范围内,其改变量对水平变形的影响不大。而当竖向间距增加到0. 9m 上面时,外墙水平变形显著加大。因此可见,在其他条件不变的情况下,对返包式 加筋土挡墙在肯定范围内减小加筋竖向间距对外墙水平变形影响不显著。

  

在加筋土结构中,拉筋的主要作用是对土壤的侧向变形出现桎梏作用,使土壤 的极限强度得以提升,并控制塑性区的出现和发展。一般认为加筋间距越小,筋土 之间的界面摩擦越大,加筋成果越明显。当筋土出现相对位移时,拉筋上下土壤一 定范围会出现膨胀区,土壤发生膨胀,发生应变,靠近拉筋的区域为高应变区,较远
处为低应变区,如图
4. 14所示。基于筋土的相互作用和内力传递,拉筋又对土壤侧 向膨胀起着桎梏作用,阻止侧向变形。但当加筋分布较少时,这种桎梏作用很弱,且 拉筋仅在其影响范围内桎梏土壤。在其影响范围之外,土壤依旧出现侧向膨胀。只 有在保障肯定的加筋率条件下,多层加筋共同作用,X土壤桎梏作用才会得到发挥。

  

在拉筋层数较少的条件下,拉筋对土壤的桎梏作用弱,加筋范围之外的土壤有 较大侧向膨胀,拉筋提供的侧向桎梏力很小,复合体强度相应减少。随着拉筋层的 增多,拉筋对土壤的侧向桎梏力加强,相应的加筋土强度越高。在拉筋桎梏土壤侧 向膨胀的同时,土壤的加筋作用也相应加强。由此,加筋率越大,筋土接触界面面 积越大,拉筋的截面面积越大,拉筋所提供的侧向桎梏越大,对土壤变形桎梏力越 强,结构强度提升越大。但是,拉筋间距并不是越小越好,过小时轻易造成超筋 土,不但会导致经济上的不合理,增加费用开支,加大工程难度,而且现实的加筋 成果并不比适度加筋成果显著,可能会沿挡土墙基底整体滑移(如图4. 15为拉筋 竖向间距Sv = 0. 4m时的外墙水平变形云图)。由此,要使加筋土支挡结构更加稳 定,并充分地发挥其效用,发挥其强度特性,必须确定合理的加筋率。

  

Sanjay[34]等提出了加筋有效影响范围的概念认为在加筋土结构中,摩擦 力对土壤的桎梏作用仅在肯定范围内有效,在该范围内摩擦力弓丨起的附加内力分 布从界面处的最大值依照肯定规律沿深度衰减至零,而在此范围以外的土壤仍旧 表现为原来的内力状态。在加筋有效影响范围内的土壤因为拉筋的作用,变形 受到桎梏,进而在宏观上表现出一种黏聚力,减小了主内力差,使土的强度得 到提升。当拉筋间距不小于加筋有效影响范围时,在拉筋有效范围内的土壤受到拉 筋的桎梏作用而使强度增加,范围之外的土壤仍旧保持原来的状态,由此会导致在 两层拉筋之间留下一块未被加强的土壤,成为加筋土结构中的薄弱环节,在外力作 用下可能会发生破坏,出现较大的侧向变形。而当加筋层间距不大于加筋有效影响 范围时,加筋有效影响范围相互搭接,拉筋间的土壤都受到拉筋的桎梏作用,使得

  

加筋土挡墙强度均有所提髙,在一样的外力作用下,结构会更加稳固,水平变形就 越小。

  

由图4.13可知6. Om髙土工网格加筋土挡墙而言,拉筋竖向间距到0. 8m 以后,最大水平变形显著加大,由此,拉筋竖向间距应不大于0.8m该结论与文 献[35]和文献[36]一样。

  

4.8.5土工网格长度对外墙水平变形的影响

  

在基本墙型条件下,改变拉筋长度(L=3. 0m4. 2m, 5. 4m6. 6m)分析其数 值变化对外墙水平变形的影响。为方便分析非常,以()()高比L/H表示, 如图4.16所示。

  

因为土的抗拉才能低,抗剪强度也有限由此在土壤中放置拉筋材料,构成了 土-拉筋的复合体。当该复合体受外力作用时,将会出现体变,引起拉筋与其四周 土壤之间相对位移趋势。因为两种材料界面上的摩擦力、咬合力以及嵌固力的存 在,限制了土壤的侧向变。

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