🦘走进澳洲 - 中澳挡墙规范计算对比(附规范下载链接)

文摘   科技   2024-07-20 10:34   澳大利亚  


导言


先前我写过一篇小文章 澳洲挡墙规范AS4678简介 浮光掠影地介绍了澳大利亚的挡墙规范,但内中大量细节都未展开。最近做了个挡墙的小项目,有一点感触,尤其是计算上和国内的规范区别较为明显。今次就计算做下对比。为便于比较我们只看L形的挡墙。




1. 挡墙设计基础


挡墙的设计无外乎考虑承载能力极限状态(Ultimate Limit State, ULS)下的稳定性(包括边坡的整体稳定,挡墙的滑移和倾覆)、地基承载力、挡墙结构强度以及正常使用极限状态下的变形。整体稳定性通常在边坡规范的考虑范畴,变形在设计之初也较少需要考虑,多数规范关注的就是滑移(sliding)倾覆稳定性(over-turning)地基承载力(bearing capacity)和挡墙的结构设计内力计算 inner forces)。我们就从这几个方面做些对比。



2. 中国规范


  • TB 10025-2019 铁路路基支挡结构设计规范

中国的铁路规范相比其他行业规范往往更全面更详实,关于支挡结构编制有专门的规范。

第三章规定了:

  • 抗滑移和抗倾覆稳定性都按总安全系数法进行检算;


表3.2.3给出了具体的安全系数限值。抗滑移通常比抗倾覆难,因此安全系数要求低些。


  • 地基承载力按容许应立法进行检算。容许应力法Allowable/Permissible Strength Design 也可以理解为总安全系数法,即把所有的系数都整合用于调整极限/破坏应力了,只是有更多的实际的考虑,如局部应力和制造缺陷(不是可以计算出来的);


  • 结构验算采用承载能力极限状态法(分项系数法)。


所以《铁路路基支挡结构设计规范》在稳定性、承载能力和结构计算这三个方面采用了三种方法。规范从第六章开始对各种类型挡墙给出了各方面计算的具体公式,不作引述。

  • JTG D30-2015 公路路基设计规范

《公路路基设计规范》附录H规定了挡墙设计计算方法。其第一条便明确要求“挡土墙设计计算应采用极限状态设计的分项系数法为主的设计方法”,紧接着给出了ULS计算一般表达式,这里给出了结构重要性系数。随后对荷载分类、荷载组合以及分项系数(表H.0.1-5)也作出了规定。



  • 抗滑移和抗倾覆稳定性计算所采用的公式并没有H.0.1-1简单的形式,而是H.0.2-5这样的:



这个公式本质上是H.0.1-1,但因为考虑了基底倾斜而把形式搞复杂了,且使用了的近似,又引入了不存在于分项系数表中的G的系数1.1,显得比较混乱。紧接着又给了个安全系数公式H.0.2-5,古怪不说,在分项系数验算后又来个总安全系数,实在不伦不类。
  • 抗倾覆稳定计算的问题相同。
  • 来到地基承载力,根据下面第2、3条,可以看出实际上是容许应力法。
    粗略地看,依据《公路路基设计规范》附录H做挡土墙的计算其实不够严谨也不方便。




3. 澳洲规范AS4678

  • 结构分级和材料不确定性

  • AS4678首先根据挡墙失效对人身、财产和环境的影响从轻到重将其分为A/B/C三类,分别赋予设计系数(ULS状态下是1.1/1.0/0.9),该系数将用于抗力的折减。


  • 为考虑材料(主要是土)的参数不确定性,规范引入了soil or material uncertainty factor,对于土区分了有效应力强度指标和总应力强度指标,以及土的类型(原状土及不同质量等级的回填土)。下表5.1为有效应力强度指标的。



  • 荷载组合及分项系数
  • 常见的荷载组合:

  • 设计要求:

对于挡墙结构最常用的仅包含静载和单一主要动载的情形,规范给出了强度、稳定性和正常使用三个状态下的分项系数。A列对应强度,B列对应稳定性,C列对应正常使用。
强度和稳定性工况下的分项系数无外乎:静载|有利的-0.8折减,静载|不利的-1.25放大;水压力-不动;载|有利的-不计,载|不利的-1.5放大。

如果你觉得表格不够直接,规范还提供了三种状态下荷载组合及分项系数的图示。

  • 墙后土压力非水平怎么办?
这是一个小细节。
有时由于挡墙的形状、墙背角度及摩擦等因素,作用在墙背或计算墙背位置的土压力以及从地面传递来的载的方向不是水平的,而是有竖向分量,这时水平和竖向分量的作用可能是相反的。例如对于主动土压力,作稳定性验算时,水平分量是不利的,竖直向下的分量则是有利的,是不是应该分开赋予分项系数?静载的话没什么问题,但动载呢?水平不利的×1.5放大,竖向有利的×0吗?似乎过于不公平。

  • 具体怎么算?
在了解了设计系数(结构分级)、材料不确定性系数和分项系数后,抗滑移、倾覆稳定性,地基承载力和结构强度计算要怎么弄?AS4678规范没有再单独描述,实际上也不是特别需要,因为他们已经被统一到了分项系数设计这个体系下了。
相比于提供具体的设计公式,规范在岩土材料的物理力学参数和土压力计算方法上提供了不少参考。是的,参考,整本规范只有45页框架性的正文,在剩下的84页(84/129)共11个附录中,也仅有一个地震设计是normative,需要严格遵守的。这可能是我们国内规范和西方规范体系的一个差别。


4. 资料下载

文中涉及的《铁路路基支挡结构设计规范》(TB 10025-2019 )、《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)和AS4678 Earth Retaining Structures,及国内的《挡土墙设计手册》和一份极限状态法挡墙完整计算案例,可在后台发送关键词”挡墙“获取下载链接。

往期回顾:
澳洲挡墙规范AS4678简介

更多澳大利亚岩土工程技术、市场和个人就业干货,敬请期待!


作者:XY


欢迎点击关注,添加作者微信,进入交流群

更多全球岩土工程技术和行业动态,欢迎关注公众号matrix。
岩土新鲜事新号,加关注不迷路!


岩土小僧
总结,研究,分享
 最新文章