型钢水泥土受力机理试验论文
型钢混凝土梁受力性能试验研究
结论与展望
结论与展望
通过本次试验研究，可以得到以下结论： 1、预应力型钢混凝土简支梁在受弯性能方面表现出良好的承载能力和刚度， 具有较高的应用价值；
结论与展望
2、试验结果与理论知识相符合，进一步验证了预应力型钢混凝土简支梁受弯 性能的优越性；
结论与展望
3、在实际工程应用中，预应力型钢混凝土简支梁可用于承载能力要求较高的 桥梁结构中，具有良好的耐用性和安全性。
2、实验方案
2、实验方案
本次实验主要分为以下几个步骤： （1）按照实际工程中的梁截面尺寸，制作试件模型； （2）将型钢混凝土梁 按照试件模型进行装配，并进行混凝土浇筑； （3）待混凝土达到一定强度后， 对型钢混凝土梁进行加载测试； （4）通过应变片和数据采集系统，记录型钢混 凝土梁的应力-应变曲线； （5）对实验数据进行整理和分析，评估型钢混凝土 梁的受力性能。
参考内容
内容摘要
预应力型钢混凝土简支梁是一种具有较高承载能力和优良性能的桥梁结构形 式。在桥梁工程中，受弯性能是预应力型钢混凝土简支梁的重要力学性能之一， 直接影响到桥梁的使用安全和寿命。因此，对预应力型钢混凝土简支梁受弯性能 进行研究具有重要意义。本次演示通过试验方法，对预应力型钢混凝土简支梁受 弯性能进行了详细研究。
2、实验操作
2、实验操作
实验操作主要包括以下步骤： （1）按照试件模型尺寸制作型钢混凝土梁试件； （2）将HRB400级钢筋焊 接成“工”字形截面，并进行混凝土浇筑； （3）在浇筑后的24小时内对试件进 行浇水养护； （4）待混凝土达到设计强度后，将试件安装到实验机上； （5） 以位移控制的方式进行加载，速度为0.05mm/min； （6）
3、实验对象
3、实验对象
本次实验选用了以下规格的型钢混凝土梁：长度：300mm宽度：150mm高度： 100mm其中，“工”字形截面高度为80mm，上翼板宽度为25mm，下翼板宽度为 20mm，腹板厚度为8mm。
土木工程毕业论文 型钢混凝土梁疲劳特性研究
土木工程毕业论文型钢混凝土梁疲劳特性研究型钢混凝土梁疲劳特性研究一、引言型钢混凝土梁是土木工程中常见的结构元素，其疲劳特性对于结构的安全可靠性具有重要意义。
本论文旨在对型钢混凝土梁的疲劳性能进行研究，为土木工程实践提供可靠的理论依据。
二、研究方法本研究采用实验方法和数值模拟相结合的方式，通过对型钢混凝土梁进行加载试验与有限元分析，以得出关于型钢混凝土梁疲劳特性的结论。
三、梁的制备与试验1. 型钢混凝土梁的制备a. 材料选择：选择高强度的型钢和优质混凝土作为梁的材料，以确保梁的力学性能和耐久性。
b. 断面设计：根据设计要求、荷载条件和使用环境，确定型钢混凝土梁的合理断面尺寸和配筋方案。
c. 制备工艺：按照相关标准和施工规范，采用适当的浇筑工艺，制备型钢混凝土梁。
2. 疲劳试验a. 试验方案：制定合理的试验方案，包括加载方式、加载频率、加载幅值等。
b. 试验设备：选择适用的试验设备，包括加载机、应变测量仪器等。
c. 试验过程：按照试验方案，对型钢混凝土梁进行加载试验，并记录加载过程中的应变和位移变化。
d. 试验结果：分析实测数据，得出型钢混凝土梁在疲劳加载下的应力-应变曲线、载荷-位移曲线等。
四、数值模拟与分析1. 模型建立：采用有限元分析软件，建立型钢混凝土梁的数值模型，并设置材料参数、边界条件等。
2. 材料本构：根据型钢和混凝土的材料性能，确定合适的本构关系，以模拟材料的力学行为。
3. 荷载施加：按照实验方案中的加载方式和加载幅值，施加荷载到数值模型上，并记录模拟过程中的应力和位移变化。
4. 分析结果：通过数值模拟分析，得到型钢混凝土梁在疲劳加载下的应力-应变曲线、载荷-位移曲线等。
五、疲劳性能评价根据实验结果和数值模拟分析得到型钢混凝土梁的疲劳性能曲线，对其进行评价。
常见的评价指标包括疲劳寿命、疲劳强度、疲劳损伤程度等。
六、结果讨论与分析基于实验和数值模拟的结果，对型钢混凝土梁的疲劳特性进行讨论和分析。
水泥土材料力学性能的试验研究
3 混合固化材料对水泥土性能的影响
粉煤灰是我国一种数量很大的工业废料 , 其化 学成分介于天然土和水泥之间, 在潮湿的环境下具 有凝硬性。 大量的实验表明: 在水泥土中掺入粉煤灰可以 提高水泥土的强度。 本文在此基础上 , 用粉煤灰来替 代水泥土中的部分水泥 , 做了大量的实验, 结果整理 为表 5[ 4] . 实验结果分析表明 : 1) 粉煤灰替代水泥后 , 试样的无侧限抗压强度 p u 降低。 2) 从经济性与可靠性 ( 强度) 来比 , 对于冲积粉 土 , 以粉煤灰替代 50% 的水泥为宜 , 如原水泥掺入 比为 70 kg / m , 可变 为 ( 35 kg 水 泥 + 35 kg 粉 煤 灰 ) / m , 其 90 d 强度仍为 5 MP a 左右, 可满足一般 工程需求。 3) 当掺入粉煤灰后, 试样 28 d 以后的无侧限 抗压强度 p u 的增长幅度变大 : 28 d 的强度为 7 d 的 1. 66 ～2. 13 倍; 90 d 的强度为 28 d 的 1. 99～ 2. 77 倍 , 但早期强度偏低。
黄 鹤 张 俐 杨晓强
( 太原市电信局 ) ( 平朔煤炭工业公司 ) ( 灵石县城建局 )
郭全全
( 太原理工 大学建筑与环境工程学院 ) 摘 要: 通过一系列室内实验, 对水泥土的强度、 模量、 应力应变关系进行了研究; 同时在控制 造价的基础上对搅拌桩的固化材料进行了探讨 , 为其用于实际工程提供实验依据。 关键词: 水泥土; 无侧限抗压强度 ; 弹性模量 ; 变形模量; 应力应变关系; 固化材料 中图分类号: T U 502+ . 6 文献标识码: A
对常规水泥掺入比w1524在龄期较短t28d较小围压r3100kpa的条件下其水泥土试样的最后破坏形t28dr30图4水泥土的应力应变曲线1w24r30图5水泥土的应力应变曲线2w24t28d图6水泥土的应力应变曲线3式一般为剪切破坏剪切角比原状土的要大在60以上甚至有的高达80的
水泥土物理力学性质试验研究
水泥土物理力学性质试验研究Water soil physical and mechanical properties of the experimental research摘要：基于山东省济菏高速公路软基加固试验资料的分析，探讨了水泥土的物理力学性能及其变化规律。
结果表明，影响水泥土抗压强度的主要因素有水泥掺量、龄期和含水率，水泥土抗压强度随水泥掺量的增大而增大，两者呈幂函数关系，随龄期的增长而增大，随土样含水率的增加而迅速降低。
其应力-应变关系呈非线性关系，表现为弹塑性材料的性质。
另外水泥土的压缩系数随水泥掺量的增加而减小，变形模量、抗拉强度和抗剪强度都随抗压强度的增大而增大。
关键词：水泥土；强度；变形；水泥掺量；龄期；含水率Abstract: based on the shandong province He highway has soft foundation reinforcement test data analysis, probes into the soil water of physical and mechanical performance and the changing laws. The results showed that soil water influence the compressive strength of cement content is the main factors, and moisture content of cement, water the compressive strength of the cement soil with the mixed quantity increases, both a power function relation between, along with the growth of the age increases with the increase of the moisture content of the soil sample lowers quickly. The nonlinear stress-strain relationship, for the performance of the elastic-plastic material properties. In addition of cement-treated soil cement mixed quantity compression coefficient with the increase and decrease, elastic modulus, tensile strength and shear strength as the compressive strength increases.Keywords: water soil; Strength; Deformation; Cement mixed quantity; ); Moisture content1引言济菏高速公路地处黄河下游东部黄泛冲积平原，沿线为第四纪覆盖区，出露地层主要为第四纪粉土、粘性土、砂土等，厚度150m-400m。
建筑土壤钢结构的力学行为研究
建筑土壤钢结构的力学行为研究建筑是人类文明的重要组成部分，而建筑结构的安全和稳定是保障人们生命财产安全的重要前提。
在建筑结构中，土壤和钢材是两个至关重要的组成部分。
土壤承担着建筑物的重量并提供支撑力，而钢材则常用于构建建筑的框架和骨架。
为了确保建筑结构的安全性和可靠性，研究人员一直在努力深入探究建筑土壤钢结构的力学行为。
这项研究包含了土壤性质分析、钢材力学性能研究、土壤与钢材之间的相互作用研究以及建筑结构的力学模型建立等方面。
首先，土壤的性质对建筑结构的安全稳定发挥着至关重要的作用。
土壤的类型、颗粒组成、含水量等特性都会影响土壤的承载能力和变形行为。
因此，通过对土壤进行力学性质的研究，可以为建筑的基础设计提供科学依据。
这项研究常常包括土壤的风化特性、多孔介质流动性质以及土壤固结和膨胀特性等。
其次，钢材在建筑结构中的使用广泛。
钢材具有高强度、耐腐蚀等显著特点，因此被广泛应用于建筑中的框架和骨架。
钢材的力学行为研究主要包括抗拉、抗压、屈服等方面，这些研究为设计工程师提供了重要的材料参数。
此外，钢材在高温、低温等极端环境中的力学行为也是研究的重点之一，以确保钢材在各种环境下的可靠性。
然而，建筑结构的力学行为不仅仅局限于土壤和钢材两个独立的部分，它们之间的相互作用也是研究的重要内容。
土壤与钢材的相互作用通常通过地基工程来研究，包括土壤和钢材的接触、摩擦以及土壤对钢材的侵蚀等。
这些相互作用的研究可以更好地理解土壤和钢材之间的工作机制，为建筑结构的优化设计提供参考。
最后，建筑结构的力学模型建立是研究的重要环节之一。
建筑结构力学模型的建立可以通过数值模拟、物理模型试验等方法进行。
数值模拟常常使用有限元分析方法，将建筑结构离散化为有限个单元，通过求解方程组得到结构的力学响应。
物理模型试验则通过搭建实验装置，对建筑结构进行外力加载，观测和记录其受力变形情况。
这些方法的研究可以为建筑结构的性能评估和改进提供重要的数据和参考。
型钢-水泥土复合重力式挡墙协同工作的变形特性分析
第35卷2021年第1期2月岩 土 工 程 技 术G e o t e c h n i c a l E n g i n e e r i n g T e c h n i qu e V o l .35N o .1F e b ,2021文章编号:1007-2993(2021)01-0007-05型钢-水泥土复合重力式挡墙协同工作的变形特性分析陈 梦(华东建筑集团上海申元岩土工程有限公司,上海 200011)基金项目:华东建筑集团科研项目(09120K 0004)作者简介:陈 梦,男,1988年生,浙江兰溪人,硕士研究生,工程师,主要从事岩土工程领域的设计与研究㊂E -m a i l :t u m u c m@126.c o mʌ摘要ɔ 水泥土重力式挡墙内插H 型钢作为基坑变形控制的一种手段㊂通过分析悬臂结构弹性支点变形计算方法,指出组合墙体自身抗弯刚度是关键的影响因素㊂而不同受力阶段型钢和水泥土协同工作的各自荷载的分担作用发生变化,抗弯刚度存在不确定性㊂为了研究复合重力式挡墙的变形特性,以上海软土地区某挖深5.4m 的基坑为工程实例,建立型钢--水泥土重力式挡墙三维模型进行数值模拟,发现复合结构开挖至坑底后最大位移出现在开挖面中部,较好地限制了顶部位移,且水泥土分担荷载的作用明显㊂进一步分析发现水泥土截面置换率控制在构造要求范围内较经济,型钢前排密布更为有利㊂ʌ关键词ɔ 水泥土重力式挡墙;H 型钢;协同工作;变形;数值模拟ʌ中图分类号ɔ T U476.4 ʌ文献标识码ɔ Ad o i :10.3969/j .i s s n .1007-2993.2021.01.002开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):D e f o r m a t i o nC h a r a c t e r i s t i c s A n a l y s i s o f C o o p e r a t i v eW o r k f o r S h a pe d S t e e l -r e i nf o r c e dC e m e n t -s o i l C o m p o s i t eR e t a i n i ng Wa l l C h e nM e n g(S h a n g h a i S h e n y u a nG e o t e c h n i c a l E n g i n e e r i n g C o .,L t d .,S h a n gh a i 200011,C h i n a )ʌA b s t r a c t ɔ A s am e t h o d t oc o n t r o l d e f o r m a t i o n ,s h a p e ds t e e l -r e i n f o r c e dc e m e n t -s o i l c o m p o s i t e r e t a i n i n g wa l l c o u l db e u s e d i n e xc a v a t i o n e n g i n e e r i n g .B a s ed o n t he a n a l ys i s o f t h e c a l c u l a t i o nm e t h o d f o r t h e d e f o r m a t i o n o f t h e c a n t i l e v e r s t r u c t u r e ,i t i s p o i n t e d o u t t h a t t h e b e n d i n g s t i f f n e s s o f a c o m p o s i t ew a l l i s t h e k e y f a c t o r .H o w e v e r ,t h e l o a d s h a r i n g o f t h e s t e e l a n d c e -m e n t -s o i l i s v a r i e dw i t h a p p l i e d l o a d ,s o t h e b e n d i n g s t i f f n e s s i s u n c e r t a i n u n d e r e x t e r n a l l o a d .T o a n a l ys e t h e d e f o r m a t i o n c h a r -a c t e r i s t i c s o f a c o m p o s i t e r e t a i n i n g wa l l ,a t h r e e -d i m e n s i o n a lm o d e lw a s e s t ab l i s h e d f o r n u m e r ic a l s i m u l a t i o nb a s e do na c a s e s t ud y o f a 5.4mde e p e x c a v a t i o n i n S h a n g h a i .I t i sf o u n d t h a t t h em a x i m u md i s p l a c e m e n t a p pe a r e d i n t h em i d d l e of t h e s t r u c -t u r e ,w h i c h l i m i t e d t h e d i s p l a c e m e n t a t t h e t o p .A l s o ,t h e c e m e n t -s o i l c a n s h a r e t h e l o a d a n d c o n t r i b u t e t o t h e d e f o r m a t i o n c o n -t r o l .I t i s e c o n o m i c a l t o c o n t r o l t h e r e p l a c e m e n t r a t i o o f t h e c e m e n t -s o i l w i t h i n t h e r e q u i r e m e n t s ,a n dm o r e f a v o r a b l e t o d e n s e l y a r r a ng e th e f r o n t r o w s o fH -s h a p e d s t e e l .ʌK e y wo r d s ɔ c e m e n t -s o i l r e t a i n i n g w a l l ;H -s h a p e d s t e e l ;c o o p e r a t i v ew o r k ;d e f o r m a t i o n ;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n 0 引言水泥土重力式围护墙是以水泥系材料为固化剂,通过机械设备将固化剂和地基土强行混合搅拌,形成有一定厚度和嵌固深度的墙体以承受墙后水㊁土压力的一种支挡结构,是目前上海软土地区7m内基坑常用的围护形式[1]㊂该工艺无需设内支撑,便于挖土,但侧向变形较大,尤其是挖深超5m 的基坑,墙顶水平位移常常达到几十厘米,不适用于有外界环境控制要求的场地㊂从而有了研究以水泥土为主体,内插型钢等劲性材料的复合重力式围护墙的需求和必要性㊂该法通过在一定墙宽和入土深度的水泥土挡墙内设大刚度型钢结构,与水泥土共同工作承受外部荷载,能较好地控制侧向变形㊂目前国内缺乏统一的设计规程和标准,围护结构变形计算仅考虑型钢承担作用,忽略水泥土对复合结构的贡献㊂但实际工程中水泥土与型钢结构一起协同抵抗墙体变形,与单独型钢的工作状态不相同,一些学者已有相关研究[2-6]㊂孔德志等[3]阐述劲8岩土工程技术2021年第1期性水泥土连续墙的工作机理,指出水泥土对荷载分担作用㊂郑刚等[4]通过水泥土组合梁抗弯试验研究了含钢率㊁加载方式及涂刷减摩剂与否对组合梁的抗变形能力和破坏性状有着重要影响㊂杨平等[5]认为双根型钢铰接水泥土梁更适用于实践工程㊂目前的研究主要在全截面水泥土劲性结构(S MW工法)已取得一些进展,而工程中常用的格栅型布置(具有一定水泥土置换率)㊁截面宽度较厚的水泥土挡墙内插H型钢的研究工作尚少㊂本研究就目前重力式挡墙位移计算方法展开讨论,并分析不同受力阶段型钢㊁水泥土对墙体荷载的分担情况㊂针对基坑开挖过程中复合挡墙的变形特性,以上海软土地区某基坑工程为例,运用数值模拟的方法进行深入研究,并结合现场监测结果,分析复合围护体位移控制及H型钢弯矩分布规律㊂1重力式挡墙变形计算方法目前水泥土重力式挡墙侧向变形的计算,‘上海基坑工程技术标准“(D G/T J08 61 2018)条文说明中提供了几种计算方法,包括根据收集的案例实测资料归纳出的经验公式法以及最大相对侧移和坑底抗隆起分项系数的案例拟合曲线关系法,但这两种方法均未能反映挡墙自身材料性质的影响㊂而弹性地基梁法是以围护结构作为分析对象,坑底以下被动区土体模拟为刚性支座上一系列独立的弹簧,用m值法建立围护体水平位移关系,是目前围护结构变形主要的分析方法㊂图1为悬臂支挡结构弹性支点法计算简图,在墙后土压力及墙前支点弹簧约束作用下,围护体产生挠曲变形㊂图1悬臂支挡结构弹性支点法计算简图取计算宽度b0的围护结构作为分析对象,根据梁单元的力学分析以及梁任意截面的转角θ㊁弯矩M㊁剪力Q的公式,得到挠曲线微分方程:E I d4y d z4-p a k(z)=0(0ɤzɤh)E I d4y d z4-m b0(z-h)y-p a k(z)=0 (zȡh)式中:E I为围护结构抗弯刚度,k N㊃m2;y为围护结构的侧向位移,m;z为深度,m;p a k(z)为深度z 处的主动土压力,k P a;m为地基土水平抗力比例系数,k N/m4;h为基坑开挖深度,m㊂上述曲线微分方程可见,围护体变形除受场地地层条件㊁坑顶超载㊁开挖深度等外部因素的影响外,其实质是如何确定计算结构自身抗弯刚度的问题㊂而软土地区水泥土挡墙的墙体宽度常常不小于0.7h,构件的跨高比较小,类似深受弯构件,其内力㊁变形计算较为复杂,需进行深入探讨与分析㊂2型钢水泥土相互作用分析复合挡墙由水泥土与型钢两种材料黏结组成,它们的力学性能截然不同,型钢材质均匀且力学性能好,而水泥土抗拉压强度低,力学性能较为复杂㊂关于组合梁共同作用的受力特性以及不同受力阶段两种材料的荷载分担变化情况,可分为三个阶段[4-6]㊂前期线性阶段随荷载增加位移呈线性增长,此时认为组合梁未出现裂缝,水泥土与型钢之间黏结良好,水泥土承担了部分荷载;中期非线性阶段位移随荷载增加发展速率增大,由于水泥土抗拉强度低,受拉区水泥土首先出现裂缝并不断发展,开裂前承受的拉力传递给型钢,从而使裂缝处型钢应力增大,整体刚度下降,但水泥土的作用仍较为明显;后期随着施加荷载增大受拉区型钢应力急剧增大,并达到屈服强度,型钢单独承担荷载,挠度迅速增大,组合梁最终破坏㊂可见,水泥土和型钢的分担作用在不同受力阶段发生变化,随着试验荷载水泥土的分担作用减弱,而型钢的分担作用逐渐增强,组合梁的整体刚度减弱㊂3复合重力式挡墙模型有限元分析3.1工程概况及支护设计上海市某工程基坑整体面积25500m2,周长590m,整体形状呈四边形,普遍区域挖深5.4m,基坑安全等级三级㊂地下室外墙退用地红线约5m,红线外西侧㊁南侧以及东侧临近道路,北侧为空地,周边无重点保护建筑物㊂场地开挖施工影响范围内为上海典型的软土地层分布,地貌属于滨海平原地貌类型㊂根据以往设计案例,选用重力式挡墙作为主要的围护型式,考虑北侧红线外的空地作为项目陈 梦:型钢-水泥土复合重力式挡墙协同工作的变形特性分析9部的临时办公㊁生活区,需重点控制基坑开挖与地下室施工过程中产生的变形,因此该区域坝体内增设双排H 型钢,围护结构做法如图2㊂坝体由8排700@500双轴搅拌桩组成,宽度4.2m ,水泥掺量13%,插入比1ʒ1.31,前排H 488ˑ300ˑ11ˑ18型钢间距1m ,后排间距2m ,顶部设置300m m 厚的砼压顶板,内配双层双向钢筋㊂图2 围护结构剖面图(单位:m m )开挖过程中进行围护墙体深层侧向位移观测,测斜管采用带导槽P V C 塑料管,与型钢一起埋入墙体内,长度与型钢同深㊂测斜点布设在前排型钢附近位置,相邻点位间距20~30m ,数据采集使用北京航天生产的C X -06B 型测斜仪,其读数分辨率为0.02m m ㊂3.2 模型的建立与参数选取水泥土搅拌桩重力式挡墙常常呈格栅状布置,二维平面应变模型不能满足实际需求,因而进行三维模型计算㊂为了保证计算速度同时又不影响计算精度,选取模型尺寸为50m (长)ˑ25m (宽)ˑ20m (高),四周边界约束X ㊁Y 方向位移,底边界约束Z 方向位移,利用M i d a sG T S 软件分析计算的模型网格划分如图3所示㊂所选材料外地层采用小应变硬化土模型,水泥土采用D r u c k e r -P r a g e r 模型,混凝土及型钢采用弹性本构模型,遵循M o h r -C o u l o m b屈服准则㊂外地层与水泥土选用四面体网格单元,型钢选用1D 梁单元,砼压顶板采用2D 板单元,建立三维实体模型㊂模型材料参数根据本项目勘察报告以及上海典型土层硬化模型参数[7],水泥土抗压强度f c u =0.8M P a ,弹性模量取E =120fc u =96M P a ,黏聚力取c =100k P a ,内摩擦角φ=25ʎ㊂土体抗剪强度指标c ㊁φ值选用直剪固结快剪试验峰值,变形参数E r e f 50㊁E r e f o e d ㊁E r e f u r 按照以下近似关系取值:E r e f o e d =0.9E s 1-2㊁E r e f 50=1.2E r e f o e d ㊁E r e f u r =7E r e f o e d㊂本次模型的材料参数取值见表1㊂图3 三维计算模型网格表1 基坑模型材料参数名称h/mγ/(k N ㊃m -3)c/k P a φ/(ʎ)E r e fo e d/M P a ①1.418.01010.02.1②11.418.72218.52.1②33.218.8524.02.3③3.517.61316.51.4④3.016.91311.51.3⑤1-110.717.51613.52.0水泥土18.010025.0(96)混凝土25.0(2.8ˑ104)型钢78.0(2.0ˑ105) 注:()内数值为材料弹性模量E 值㊂3.3 模拟结果分析3.3.1 墙体变形分析基坑开挖是一个坑内逐渐卸载过程,为分析施工过程围护体的变形,本次进行分层开挖的施工全过程模拟㊂基坑开挖到底板垫层底工况下,围护体侧向变形监测资料以及计算分析结果见图4㊂由图可知,实测围护体扣除开挖前初始值后的最大测斜值14.3m m ,约为0.26%h (h 为基坑开挖深度),满足上海市基坑变形控制保护等级标准对应的0.30%h 的要求,未达到设计要求监测报警值20m m 的上限㊂而普通重力坝(不插型钢)采用弹性支点法计算得到的最大测斜值57.1m m ,已超出外界场地变形控制的要求,因此复合墙控制侧向变形效果明显,可以认为H 型钢对提高围护体的抗位变能力显著㊂通过对比模拟开挖后围护体侧向位移与现场监测结果,两者数据吻合性较好㊂普通重力坝结构顶部位移大,底部小,受力形态类似杆系悬臂结构,而10 岩 土 工 程 技 术2021年第1期复合重力式墙体的最大位移出现在开挖面中间深度的位置,较好地限制了顶部位移,加上顶部砼压顶板对前后排型钢的约束作用,可有效控制墙顶的位移和整体位移㊂图4 围护结构侧向位移(1)水泥土置换率对复合墙的变形影响㊂目前较常用墙体宽度为4~5m 的重力坝,其平面布置形式一般为格栅型,构造要求的水泥土置换率(m )接近70%,以节约工程造价㊂图5是m =0%㊁m =70%㊁m =85%㊁m =100%时,改变水泥土置换率模型分析得到的复合墙侧向变形情况㊂从图5可看出,水泥土置换率增大时墙体侧向变形减小㊂置换率从0%增至70%时,最大侧向变形大幅度减小,从21m m 降低至11m m ,此时水泥土提高复合墙体抵抗变形的能力显著㊂但随着置换率再增加,变形减小幅度很小,墙体变形基本趋于稳定,此时水泥土对位移影响很小㊂图5 不同置换率围护结构侧向位移(2)不同型钢布置方式对复合墙的变形影响㊂本次设计墙体内插双排型钢,前㊁后排型钢间距分别为1m ㊁2m ,因此前排整体围护刚度较大,这样可减小临坑面侧的水平位移,提高抗变形能力㊂同时,后排型钢又减轻了水泥土承受的弯矩,有助于提高基坑的安全性㊂图6是前㊁后排型钢间距分别为2m ㊁1m ,后排型钢密布,两种不同型钢布置方式分析得到的复合墙侧向变形情况㊂图6 不同型钢布置方式围护结构侧向位移从图6可看出,在墙内含钢量相同的条件下,前排型钢密布时,整体侧向变形较小,最大位移为11m m ,且墙顶位移得到较好控制㊂而后排型钢密布时,最大位移为18m m ,位于墙顶部位,变形控制能力不如前者㊂3.3.2 前㊁后排型钢弯矩分布不同于杆系悬臂构件,软土地区采用的重力式墙宽度较厚,一般不小于开挖深度0.7倍,因此墙体悬臂跨度与宽度之比一般小于2.0,类似深受弯构件,前㊁后排型钢弯矩分布也不相同㊂图7为模型计算的前㊁后排型钢弯矩分布情况㊂前㊁后排弯矩分布不同,本次基坑设计方案中(m =70%),后排型钢中部的弯矩最大,最大值为-118.3k N ㊃m ,顶部弯矩受到了一定限制,弯矩最大值下移;而前排型钢顶部弯矩最大,最大值为-110.7k N ㊃m ㊂前㊁后排型钢均在内力承受范围内㊂通过改变水泥土截面的置换面积,图7曲线表明随着置换率增大型钢弯矩减小,弯矩承担作用减弱,置换率从零增至70%时,前㊁后排型钢弯矩分别减小了-71.1k N ㊃m ㊁-107.2k N ㊃m ,此时水泥土对墙体荷载的分担作用明显㊂当m >70%时,型钢弯矩减弱幅度较小,此时水泥土的荷载承担作用不再增加㊂陈 梦：型钢水泥土复合重力式挡墙协同工作的变形特性分析１１ m =0%m =70%m =85%m =100%m =0%m =70%m =85%m =100%kN e m)kN e m)图７ 前、后排型钢弯矩分布４ 结论（１）挖深５．４ｍ的基坑通过内插Ｈ型钢方法，开挖至坑底后最大侧向位移约为０．２６％犺，满足规范０．３％犺控制要求，能大幅度提高围护体的抗位变能力。
考虑水泥土作用时SMW工法的受力机理分析
图 １ 截 面 示 意 图
荷载 ， 未开裂 区域 仍然 保持 弹性性 质 ；
在 Ｓ ＭＷ 工法 的 实 际 应 用 中 ， 虑 到 变 形 控 制 考
的 要 求 ， 钢 一 般 情 况 下 不 会 进 入 屈 服 阶 段 ， 以 本 型 所
我 国 学 者 王 健 １９ ９ ８年 提 出 水 泥 土 刚 度 贡 献 系 数 的
概 念 ， 为水 泥土 的刚度 只有部 分 贡献 出来 。 认 １本 材料 协会 曾对 水 泥 土搅 拌 体 内插 入 Ｈ 型 ３ 钢 的试件 刚度 与仅有 Ｈ 型钢 的试件 刚 度 ， 了室 内 作 模型 比较试 验 。结果 表 明 ， 在一定 变形 条件 下 ， 钢 型 和水 泥土搅 拌体 可 协 同工作 。所 以 ， 建 立 数学 计 在 算 模 型时 ， 提 出以下几 点假设 ： 可 （ ） 泥 土 和 型 钢 均 为理 想 弹性 体 ， 泥 土 应 １水 水
的距离 为 ｔ见 图 １ ， 有 ： （ ）则
ｔ Ｅｃ Ａｃ
ｓ
２ 水 泥 土 的 开 裂 弯 矩 （ 一 阶段 ） 第
在 纯 弯作 用 下 工 法 桩 受 力 的第 一 阶段 ， 特 征 其
主要 表现 为 ： 在水 泥 土开 裂 前 ， 泥 土 和 型 钢 均 处 于 弹性 状 水 态， 型钢 水 泥土墙 的组 合 刚度 即为 材料 各 自刚度 之 代数 和 ； 阶段一 直 持 续 到水 泥Байду номын сангаас土 受 拉 区达 到材 料 该
（） ２ 平截 面 假 定 成 立 ， 考 虑水 泥 土 和 型 钢 间 不
的相 对滑移 ； （） ３ 由于 水 泥 土 的 约束 作 用 ， 不 考 虑 型 钢 的 可
型钢水泥土构件界面粘结应力试验研究
・６ １５・
型 钢 水 泥 土 构 件 界 面 粘结 应 力 试 验 研 究
周 燕 晓 ，黄 新 ，麻 志 刚
（ ．北京理工 大学基建 处 ，北京 １ １０ ８ ；２ ００ １ ．北京航空航天大学交通科 学与工程学 院 ，北京 １０ ８ ０ ０ ３）
破 坏 时锚 固 长度 内各 点 均 达 到 极 限 粘 结 应 力 。
关键词 ：型钢 水泥土复合 构件 ；粘结应 力；分布规律 ；变化规律 ；锚 固长度 ；极 限粘结应 力
中图分类号 ：Ｔ ４ Ｕ
０ 前 言
文献标志码 ：Ａ
文章编号 ：１０ —８２ （００ ０ ０ ６ ０ ０ ３ ８ ５ ２ １ ）４— １５— ３
ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆ ｓ ｈ ｌ ｍｉ ｔ ｒ ｏ ｐ ｏ ｉ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ａ ｉ ｆ ｒｐ ｏ ｔ ｎ ｏ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｐ ａ ｔ ｘ ｕ ｅ ｔ ｒ ｖ ｄ ｈ ｏ ｅ ｉ ｌ ｓ ｓ ｏ ｒ ｍｏ ｉ ｆＤＵＲＯＦ ＥＸ ，ａ ｎ ｗ ｙ ｅ ｍｏ ｉ ｅ ． ａ ｃ ｂ ｏ Ｌ ｅ ｔｐ ｄ ｆ ｒ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ＤＵＲ ＯＦ Ｅ ；ｍｏ ｉ ｅ ｓ ｈ ｌ ；ａ ｐ ａｔｍｉ ｔ ｒ ；ｐ ｖ ｍｅ ｉ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ Ｌ Ｘ ｄ ｆ ｄ ａ ｐ ａｔ ｓ ｈ ｌ ｉ ｘ ｕ ｅ ａ ｅ ｒ ｅ ｆ ｍａ ｃ ｔ ｏ
Ａｂｔａｔ ｈｏｇ ｏ ａａｖ ｅｔｂｔｅｎＳ Ｓ ｍ ｄ ｉｄａｐ ａｔｍｉ ｄ ｗｔ ＵＲ Ｆ Ｅ ｎ ｈ ｎｉｎ ｓ ｃ：Ｔ ｒｕｈｃｍｐｒｔ ｅｔｓ ｅ ｅ Ｂ ｏ ｉｅ ｓｈ ｌ ｘ ｉ Ｄ Ｏ Ｌ Ｘ ａｄＺ ｅｊ ｇ ｒ ｉ ｗ ｆ ｅ ｈ ａ
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型钢水泥土受力机理的试验研究【摘要】本文通过型钢水泥土复合体构件轴向受拉荷载作用下的拉拔试验研究，给出了各级荷载下握裹应力的分布规律，并研究得出了握裹应力的承载机理，以期为型钢水泥土在基坑支护中应用提供理论依据。
【关键词】型钢水泥土；握裹应力；分布规律；承载机理
1 前言
高应力区加筋水泥土墙基坑围护结构是一种应用前景广阔的新型基坑围护结构。
它是采用2~4排水泥土搅拌桩形成1.2～2.4m厚的水泥土连续墙，于水泥土未硬凝之前在水泥土拉、压应力较大区域插入小型钢形成复合墙体，利用水泥土与型钢共同工作，使之形成具有挡土和止水双重功能的一种基坑围护结构。
工程实践表明，该技术具有技术可靠、施工简便、造价低廉、污染较小等诸多优点[1,2,3]。
已经知道，钢筋混凝土握裹应力的分布规律是只在有效握裹应力长度范围以内存在山峰状的握裹应力分布[5],当握裹长度超过有效握裹长度以后再通过增加锚固长度来增加握裹力是没有意义的。
本试验就是利用型钢水泥土复合体构件的轴向受拉试验来探索型钢水泥土复合体的握裹应力分布规律以及承载机理。
2 拉拔试验
2.1 试验用料及制备
2.1.1 试验用料
试验用土为北京航空航天大学校内的天然土，水泥为北京强力水泥厂出产的标号为ps32.5的奥达牌矿渣硅酸盐水泥，型钢是型号为∟40×4的等边角钢,水泥土用外加剂是北京绿色千叶材料科
技有限公司出产的萘系减水剂，电阻应变计是浙江黄岩测试仪器厂出产的120ω电阻应变计，型号：bx120-5aa,灵敏系数2.08±1％。
2.1.2 水泥土制备方法
天然土首先经过与自来水拌和制备成含水量w＝30％的试验用
土样备用，然后把制备土样、水泥、减水剂和水按比例制备土样:水泥:减水剂:水＝1kg:61.5g:0.923g;24.6g倒入hjw-60升型搅拌机搅拌箱内搅拌120s,即制备成试验用水泥土。
2.1.3 试验用型钢制备方法
本试验所用型钢是经过贴片、粘接对焊处理过的“回”字型型钢，其几何示意图如图1所示。
图1 试验用型钢的截面形状及电阻
应变计粘贴位置
2.2 加载方式
跟规范[7]中规定的钢筋混凝土拉拔试验装置不同，本试验设计的试验构件、加载方式均力求最大限度的模拟实际工程。
所以，设计的试件形状如图2所示,加载装置示意图如图a、b所示。
图2构件形状示意图
1.构件
2.千斤顶
3.荷载传感器
4.钢铰线
5.型钢
图a加载装置示意图
1. ф3钢丝
图bф3钢丝布置图
2.3 试验方法
2.3.1 测量桥路连接
本试验中电阻应变计应变的测量采用的是半桥（惠斯更电桥）电路，荷载的测量采用的是全桥电路，测点数据的采集采用的是imp 数据采集系统。
2.3.2 加载步骤
由于型钢水泥土构件的结构试验没有相应的试验规程可供参照，所以本试验基本按照《混凝土结构试验方法标准》[7]进行。
2.4 试验结果
由于试验过程中采集了在各级荷载等级作用下沿型钢全长各测点的轴向拉应变，所以可以直接得到在各级荷载作用下型钢应变的分布曲线图，为清楚的反映规律，特选择性的绘制了几个有代表性的荷载等级的应变分布曲线，如图6（其中坐标数值为1400处是拉拔端，坐标数值为0处是自由端）所示。
注：下方图例为荷载等级数值；
图3 在不同荷载等级作用下型钢应变沿构件全长分布图
3 试验结果分析
3.1 握裹应力分布规律
利用下面公式（﹡）对图3显示的应变分布进行计算，转换成
握裹应力的分布规律分布图，如图4所示。
（﹡）
式中，τ—握裹应力（mpa）；e－型钢弹性模量(n/mm2)；a－型钢截面面积（mm2）;c－型钢周界长度（mm）; △l－应变片间距（mm）;εi+1 ，εi－在型钢轴向方向上i+1、i点型钢拉应变。
注：上方图例为荷载等级数值；
图4在不同载荷等级作用下握裹应力沿构件全长分布图
从图4可以看出，型钢水泥土复合构件在轴向受拉条件下，当外加载荷p处于p≤0.15pu(pu为极限荷载，本试验为67.1kn)范围内时，只有在坐标区域（0.75la，la）内存在握裹应力（其中la
为型钢与水泥土锚固长度），并且随载荷等级的提高握裹应力的峰值不断增大；当外加载荷处于0.15 pu＜p≤0.67pu载荷范围以内时，随着外加载荷等级从小到大，型钢与水泥土握裹应力从位置坐标为0.75 la处开始逐级向坐标零点（自由端）延伸，且在每级荷载等级下在握裹全长（(1-0.02p）la ,0.75 la）范围内，握裹应力保持为一定值，分布曲线为一水平线，而在区域（0，(1-0.02p）la)范围内，握裹应力逐渐下降到0。
当外加载荷处于0.67pu＜p≤pu范围内时，因握裹应力已经遍布型钢全长，
随载荷等级的升高，在每级荷载等级下握裹应力在型钢全长内分布曲线接近于一水平线，握裹应力接近于定值，由平衡原理可知该定值为。
3.2 握裹应力延伸距离ly
所谓握裹应力延伸距离是指在相应载荷等级下握裹应力在锚固全长中延伸了的长度，在分布曲线中就是水平段终点（靠近自由端的点）距拉拔端的距离。
根据图4显示规律，做出握裹应力延伸距离与握裹全长la比值ξ（ξ＝ly/la）随外加载荷等级变化关系图如图5所示。
图5ξ－p变化关系曲线
从图5可知，ξ与p基本呈线性关系，如果用直线对该曲线进行拟合则可以得到如下公式：
4 结论
4.1 型钢水泥土复合体构件在轴向受拉荷载作用下，握裹应力的分布规律与外加荷载所处的阶段有关，与参加平衡外加载荷的锚固长度有关。
4.2 当外加荷载处于p≤0.15pu范围内时，握裹应力分布规律是：在加载端附近（0.75la，la）范围内存在山峰状的握裹应力，其余范围内不存在握裹应力。
当外加荷载变化时，各点握裹应力与之相应呈线性变化，类似于处于弹性阶段。
4.3 当外加荷载处于0.15pu＜p≤0.67pu范围内时，握裹应力分布规律是：在加载端附近（0.75la，la）范围内握裹应力分布呈山峰状的分布；在（(1-0.02p）la ,0.75 la）范围内握裹应力呈水平分布；从(1-0.02p）la→0握裹应力逐渐减小到0。
当外加荷载增加时，从坐标位置0.75la→0各点握裹应力逐步参加到工作中来，直到握裹应力延伸到自由端遍及锚固全长为止。
4.4 当外加荷载处于0.67pu＜p≤pu范围内时，握裹应力在锚固全长接近于水平线；各点握裹应力均随外加荷载变化并满足关系。
参考文献：
[1]黄新、邹东峰、张建平.水泥土墙高应力区加筋基坑围护新技术.岩土工程学报，2000（5）.
[2]黄新、宋发、邹东峰.高应力区加筋水泥土挡墙的应用. 工业建筑，2000（5）.
[3]张建平.高应力区加筋水泥土挡墙. 工业建筑，1998（5）.
[4]王颖君，黄新，邹东峰.握裹力对墙承载性能影响的试验研究. 工业建筑，2004（2）.
[5]徐有邻.钢筋混凝土锚固性能的试验研究.博士学位论文，清华大学，1990.
[6]《桩基工程手册》编写委员会.桩基工程手册.北京：中国建筑工业出版社，1995.
[7]《土木工程测试技术手册》编辑委员会.土木工程测试技术手册.上海：同济大学出版社，1999.。