【正文】 N為保證橫向分配梁的穩(wěn)定，將橫向分配梁與鋼管柱焊接處理。 剛管柱的計(jì)算1．鋼管柱強(qiáng)度的計(jì)算采用熱軋無縫鋼管，且直徑為630mm、壁厚為15mm的鋼管。鋼管柱之間用用14a的槽鋼連接起來，其鋼管柱如下圖322所示。，風(fēng)荷載總的水平荷載：Px＝W1+ W2＝+＝。將其轉(zhuǎn)化為線荷載作用在鋼管柱和斜撐上，＝≈ KN/m，F(xiàn)槽鋼＝≈ KN/m。由圖321可知作用在鋼管柱頂上荷載為P＝。其荷載作用圖如下圖323所示。圖322 鋼管柱布置示意圖 單位：cm圖323 鋼管柱荷載加載圖 單位：kN通過有限元分析，鋼管柱的應(yīng)力如圖324所示。圖324 鋼管柱應(yīng)力圖 單位：MPa從圖324可知，最大應(yīng)力為σ＝，采用的是Q235鋼，查《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》可知Q235鋼的容許彎曲應(yīng)力為215MPa。則σ＝[σ]＝215MPa，計(jì)算結(jié)果表明鋼管柱強(qiáng)度滿足使用的要求。通過有限元分析，鋼管柱的變形如下圖325所示。圖325 鋼管柱變形圖 單位：mm通過有限元分析，從圖325可知，鋼管柱的變形為平面外的變形。最大變形量為f＝，由于豎直方向最大變形f＝。鋼管柱的支座反力如下圖326所示。圖326 鋼管柱支反力圖 單位：kN從圖326可知。2. 鋼管柱穩(wěn)定性分析考慮到鋼管搭設(shè)時(shí)豎直度可能存在不足，忽略樁頂橫向分配梁的摩擦力，因此自由長度假定為1000cm，并且在自由長度范圍內(nèi)偏斜量y取為5cm，如圖327所示。按單向壓彎桿件驗(yàn)算，產(chǎn)生的偏斜彎矩，其最大力如圖326所示。其計(jì)算過程如下所示。圖327立桿變形圖 單位：cmM＝Ny+qL2/2＝+102/2＝由于鋼管柱與工字鋼焊接，但為簡(jiǎn)化計(jì)算鋼管柱的計(jì)算長度系數(shù)按照一端固定一端自由，根據(jù)表31，則由μ取2。表31 等截面柱或壓桿的計(jì)算長度系數(shù)u項(xiàng)次1234桿端連接方式一端固定一端自由兩端鉸接一端固定一端鉸接兩端固定u21注：此表參照《材料力學(xué)》。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖328所示。圖328 穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖 單位：cm鋼管柱與槽鋼焊接，為簡(jiǎn)化計(jì)算鋼管柱的計(jì)算長度系數(shù)按照一端固定一端自由，根據(jù)表31則由μ取2。根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》附表21可計(jì)算回轉(zhuǎn)半徑，其計(jì)算過程如下所示。長細(xì)比λ＝μh/i＝210/≈92，由此可查《建筑施工碗扣式腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ1662008）附表C，鋼管柱的穩(wěn)定系數(shù)。立桿歐拉臨界力公式如下公式31所示。NE＝π2EA/λ2 （ 31）鋼材的彈性模量：E＝105N/mm2則由公式31計(jì)算，其計(jì)算過程如下所示。NE＝π2105103/922≈抗彎模量計(jì)算過程如下所示。由歐拉公式計(jì)算其應(yīng)力如公式29所示。 （29）式中： ——。 γ——。其計(jì)算過程如下所示：通過以上計(jì)算σ＝215 N/mm2，只要鋼管柱范圍內(nèi)偏斜控制在5cm以內(nèi)，鋼管柱縱向穩(wěn)定性可以得到保證。 剛管樁的屈曲分析把作用在鋼管柱上的荷載作為屈曲分析的基本荷載，取10個(gè)模態(tài)進(jìn)行分析，將軸力作為變量，將風(fēng)荷載和自重作為常量。前幾階段屈曲分析結(jié)果如圖323331和圖332所示。圖 329 鋼管柱屈曲分析模態(tài)一圖 330 鋼管柱屈曲分析模態(tài)二圖 331 鋼管柱屈曲分析模態(tài)三圖 332 鋼管柱屈曲分析模態(tài)四從圖323331和圖332可知，、。則模態(tài)一、模態(tài)二、模態(tài)三和模態(tài)四的臨界荷載系數(shù)均大于4，由于是荷載是考慮了安全系數(shù)的，因此本結(jié)構(gòu)是安全，鋼管柱穩(wěn)定性能滿足施工的要求。 鋼管柱基礎(chǔ)的計(jì)算 鋼管樁基礎(chǔ)的計(jì)算鋼管樁放在承載上，承臺(tái)加寬加寬的尺寸如下圖333所示。圖333 承臺(tái)布置圖 單位：cm根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》可知?jiǎng)傂越铅羗ax≤45 o，因此力在混凝土中按照45 o角傳遞。則力在混凝土的傳遞如下圖334和圖335所示。圖334荷載橫向分布圖 單位：cm圖335 荷載橫向分布圖 單位：cm＝， (此支座反力也考慮了安全系數(shù))，則計(jì)算時(shí)按照最大的鋼管柱支座反力計(jì)算。其地基承載力計(jì)算如下所示。個(gè)鋼管立柱下基礎(chǔ)受力面積為：S＝3＝㎡σ＝P/A＝≈根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知基底應(yīng)力σ＝[σ]＝200kPa，其中200kPa是根據(jù)《跨經(jīng)五路特大橋》施工圖中粉質(zhì)黏土在硬塑狀態(tài)下為200kPa，則鋼管柱地基承載力滿足使用的要求，為了防止鋼管樁應(yīng)力集中造成承臺(tái)破壞，因此設(shè)加強(qiáng)鋼筋，其加強(qiáng)鋼筋如下圖336所示。圖336 加強(qiáng)鋼筋布置圖 單位：cm 地腳螺栓計(jì)算由于鋼管樁的尺寸均為630mm，壁厚均為15mm。，則鋼管樁繞邊緣旋轉(zhuǎn)，計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖337所示。圖337 鋼板計(jì)算簡(jiǎn)圖 單位：mm當(dāng)彎矩作用于鋼管樁上時(shí)，等效于圖337兩個(gè)力，則這個(gè)力計(jì)算如下所示。F＝M/y＝142/≈在確定地腳鋼筋錨固深度的時(shí)候，未考慮結(jié)構(gòu)的自重。這樣計(jì)算的地腳螺栓在施工過程中偏于安全。在計(jì)算的時(shí)候考慮基礎(chǔ)內(nèi)螺紋鋼和混凝土的黏結(jié)力，不考慮螺紋鋼端部的彎鉤在混凝土的錨固作用。根據(jù)《路橋施工手冊(cè)》表844計(jì)算公式如73所示。 （73）式中：F——錨固力，即作用于地腳螺紋鋼上的軸向拔力(N)；d——地腳螺紋鋼直徑mm；——地腳螺紋鋼與混凝土的容許黏結(jié)強(qiáng)度，一般在普通混凝土中黏結(jié)強(qiáng)度 ~，~ Mpa；h——地腳螺栓在混凝土的錨固深度，mm。由于采用的是直徑20mm的螺紋鋼，錨固深度計(jì)算如下所示。因此h設(shè)為80cm，共布置8根地腳螺栓。地錨錨固圖如下圖338所示。圖338 錨固板布置圖 單位：cm四 邊坡錨噴防護(hù)計(jì)算 設(shè)計(jì)依據(jù)1.《土層錨桿設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（CECS22－90）；2.《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB500862001）；3.《土力學(xué)》陳仲頤（清華大學(xué)版）；4.《路橋施工手冊(cè)》周水興等主編；5.《深基坑邊坡噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算》劉福臣、潘東興；6.《淺談邊坡錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)》黃建龍；7.《噴射混凝土臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)的探討》李興尚（中國礦山工程2005年2月）。 設(shè)計(jì)荷載① 吊車自重荷載；② 邊坡土壓力；③ 施工荷載（施工機(jī)械臨時(shí)堆放）；④ 施工人員自重荷載。 選用材料① M10砂漿；② Φ22的螺紋鋼。 荷載計(jì)算經(jīng)過實(shí)地量側(cè)，邊坡的坡度和錨桿布置圖如下圖41所示。圖41 邊坡示意圖 單位：cm根據(jù)《跨經(jīng)五路特大橋》施工圖紙可知，汽配城附近的土為粉質(zhì)黏土。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)取土樣分析，%，%根據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》表3124可知粉質(zhì)黏土空隙比e＝~、黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值c＝19kPa、內(nèi)摩擦角＝20176。、變形模量＝15MPa。從圖41可知，從承臺(tái)底開始，按照1：，則高度為710cm，荷載如下所示。施工荷載：Q1＝4 KN/m2；起重機(jī)自重：G＝39t。由于起重機(jī)距坡的安全距離為300cm，而土的壓力按照＝20176。角擴(kuò)散到地基中去，則起重機(jī)不對(duì)邊坡的土造成影響。造成影響的只有人群荷載和機(jī)械臨時(shí)堆放的荷載。 邊坡1：1穩(wěn)定性分析根據(jù)以上提供土的基本參數(shù)，土壓力的計(jì)算如下所示。在計(jì)算土壓力的時(shí)候由于邊坡在變化，根據(jù)圖41可知分兩個(gè)部分來計(jì)算。：1，根據(jù)《土力學(xué)》庫倫定理計(jì)算公式如41所示。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖42所示。圖42 邊坡1：1計(jì)算簡(jiǎn)圖 單位：cm （41） 式中：——開挖邊坡極限支護(hù)力(kN/m）；——土的容重(kN/m3）；H——邊坡高度（m）；——土的內(nèi)摩擦角(176。)；——邊坡傾角( 176。)；——主動(dòng)土壓力系數(shù)。內(nèi)摩擦角采用等代內(nèi)摩擦角，將黏聚力化為內(nèi)摩擦角的一部分，則等代內(nèi)摩擦角計(jì)算公式如下42所示。 （42）式中：——作用于邊坡底面標(biāo)高處的自重應(yīng)力，；h——基坑開挖深度。根據(jù)公式42，等代內(nèi)摩擦角計(jì)算如下所示。 根據(jù)公式41可知，土壓力計(jì)算如下所示。將施工荷載Q1＝4 KN/m2換算成土柱高，＝Q1/γ＝4 /≈。 滑體破裂角為a＝arctan（1/）≈176。，由于a＝176。70176。，且P＝CL＝191＝19KN/m，因此邊坡1：1能夠自身穩(wěn)定。 邊坡1：由于坡度為1：1時(shí)，土體能夠自穩(wěn)，因此只計(jì)算坡度為1：，計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖43所示。圖43邊坡1： 單位：cm根據(jù)公式42，第二個(gè)放坡等代內(nèi)摩擦角計(jì)算如下所示。由于上個(gè)1：1的邊坡能夠自穩(wěn)，計(jì)算邊坡為1：，土壓力計(jì)算如下所示。將土柱高帶入公式41，計(jì)算如下所示。 錨噴混凝土厚度計(jì)算根據(jù)李興尚《噴射混凝土臨時(shí)支護(hù)設(shè)計(jì)的探討》混凝土的厚度計(jì)算如公式43所示。 （43）式中：n——能力折減系數(shù)，；m——荷載系數(shù)，~；P——噴射混凝土受到的壓力；——噴射混凝土設(shè)計(jì)的無側(cè)限的抗壓強(qiáng)度；根據(jù)公式43，由于計(jì)算寬度為1m則混凝土的厚度計(jì)算如下所示。 因此混凝土厚度t＝，根據(jù)實(shí)際情況，為安全考慮平均厚度取為10cm。 錨桿長度和布置計(jì)算滑動(dòng)面傾角的計(jì)算如下所示。 換算為角度a＝arctan（1/）≈176。，滑楔體長度計(jì)算如下所示。錨固力取決于錨固區(qū)孔壁土層對(duì)錨固體產(chǎn)生的最大摩阻力，則最大摩阻力計(jì)算如下式44所示。 （44）式中：——土層錨桿極限抗拔力（kN)；D——錨固體直徑（m）；Z——錨固體以上土層覆蓋厚度（m）；——土壓力系數(shù)，大小與土質(zhì)、施工工藝有關(guān)。掛網(wǎng)面板后第i根錨桿拉力計(jì)算公式如下式45所示。 （45）式中：——第i根錨桿所承擔(dān)的掛網(wǎng)面積，可由錨桿間距的1/2求得；Z——第i根錨桿埋深。錨桿承受拉力應(yīng)由鋼筋承擔(dān)，受拉鋼筋面積為： （46）式中：——鋼筋設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度；——荷載分項(xiàng)系數(shù)。由公式（44）和公式（45）可推斷，則同一深度第i根錨桿的抗拉安全系數(shù)的計(jì)算公式如下47所示。 （47）則通過計(jì)算可知道，抗拉安全系數(shù)與錨桿埋深無關(guān)。對(duì)于臨時(shí)支護(hù)工程，取。錨桿分為有效錨桿和無效錨桿根據(jù)公式47可推斷第i根錨桿有效錨固長度計(jì)算如下公式48所示。 （48）采用的鉆孔直徑為5cm，鋼筋選用直徑為16mm的螺紋鋼，間距為2m根據(jù)公式48，錨桿的長度計(jì)算如下所示。為安全考慮，錨桿的長度設(shè)為6m。第i根無效錨桿長度錨桿計(jì)算示意圖如下圖44所示。圖44 錨桿布置示意圖根據(jù)圖44，無效錨桿的計(jì)算如下式49所示。 (49)式中：——錨桿傾角；——i根錨桿頂端埋深；h——基坑深度。第i根錨桿總長度計(jì)算如下所示。，并由44式確定錨桿極限摩阻力，則單位寬度范圍內(nèi)錨桿層數(shù)。錨桿支護(hù)與基坑開挖同步進(jìn)行，層數(shù)n確定還必須考慮每次開挖的安全高度和穩(wěn)定性，一般在基坑降水良好情況下，自穩(wěn)高度為1~2m，也可按下式410計(jì)算。 （410）式中：——安全坡高；——朗肯主動(dòng)土壓力系數(shù)，；——折減系數(shù)，~；——土的黏聚力（kPa）；——坡頂均布荷載（kPa）。根據(jù)公式44錨桿極限摩阻力計(jì)算如下所示。 根據(jù)以上公式錨桿層數(shù)計(jì)算如下所示。既桿布置4層即可，即錨桿的上下間距為2m。根據(jù)公式410安全高度計(jì)算如下所示。考慮最淺層錨桿與土間摩擦力的發(fā)揮，最淺層錨桿埋深應(yīng)略大于安全高度Z0，以4~5m為宜，由于第二個(gè)坡度的高度不高因此采用一次性快挖到位。錨桿的豎向間距、水平間距應(yīng)考慮摩阻力相互影響，一般認(rèn)為每根錨桿有擴(kuò)散角向四周擴(kuò)散，對(duì)于直徑9~18cm的錨桿，水平、可不考慮其相互影響，故錨桿的水平、~2m為宜。由于錨桿布置的間距為2m，因此不考慮摩阻力的相互影響。由于錨桿采用的φ22的螺紋鋼，根據(jù)公式46錨桿強(qiáng)度的計(jì)驗(yàn)算如下所示。因此采用φ22的螺紋鋼，其應(yīng)力，則φ22的螺紋鋼強(qiáng)度滿足使用的要求。 錨桿支護(hù)總體穩(wěn)定性根據(jù)庫倫土壓力理論的基本理論，邊坡滑動(dòng)體為一通過坡腳的三角形楔體，因此只考慮該楔體達(dá)到穩(wěn)定，整個(gè)邊坡即可達(dá)到穩(wěn)定，計(jì)算公式如下式411所示。 （411）式中：——穩(wěn)定安全系數(shù)，；——寬度b范圍內(nèi)各錨桿錨固力之和，b為錨桿水平間距；——滑裂體土重，；——土的黏聚力（kPa）。根據(jù)公式47，整個(gè)邊坡整體穩(wěn)定性計(jì)算如下所示。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)可知K＝，則錨噴支護(hù)穩(wěn)定性滿足使用的要求。五 地錨設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)依據(jù)1.《垂直錨桿式地錨的設(shè)計(jì)與應(yīng)用》潘洪良（電力建設(shè)）；2.《樁式地錨計(jì)算方法研究》胡紅雨（公路交通科技）；3.《基礎(chǔ)工程》莫海鴻（中國建筑工業(yè)出版社）；4.《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D602004）；5.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB500172003）；6.《粗直徑鋼絲繩》（GB