岩土工程设计安全度第5章岩土工程的极限状态.ppt

注册土木工程师（岩土）继续教育 ： 岩土工程设计安全度 5 岩土工程的极限状 态 5 岩土工程的极限状态 结构可靠性的要求 结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求 : 1）在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的 各种作用； 2）在正常使用时具有良好的工作性能； 3）在正常维护下具有足够的耐久性能； 4）在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能 保持必需的整体稳定性。 这些功能要求，包括了对结构安全性、适用性和耐 久性的要求，可概括为结构可靠性的要求。 5 岩土工程的极限状态 极限状态：整个结构或结构的 一部分超过某一特定状态就不能 满足设计规定的某一功能要求， 此特定状态为该功能的极限状态 5 岩土工程的极限状态 极限状态可分为下列两类： 承载能力极限状态 正常使用极限状态 5 岩土工程的极限状态 承载能力极限状态：这种极限 状态对应于结构或结构构件达 到最大承载能力或不适于继续 承载的变形。 5 岩土工程的极限状态 正常使用极限状态：这种极限状 态对应于结构或结构构件达到正 常使用或耐久性能的某项规定限 值。 09.06.27 莲花河畔景苑 09.06.27 莲花河畔景苑 “这个建筑整体倒塌，在我从业46年来， 从来没有听说过，也没有见到过。” “627”事故专家调查组组长，中国工程 院院士、上海现代建筑设计集团有限公司 结构设计专家江欢成 09.06.27 莲花河畔景苑事故原因 ？ 原勘察报告，经现场 补充勘察和复核，符 合规范要求； 原结构设计，经复核 符合规范要求； 大楼所用phc管桩， 经检测质量符合规范 要求。 压力太大， 自杀了？ 09.06.27 莲花河畔景苑事故原因 ？ 房屋倾倒的主要原因 是，紧贴7号楼北侧， 在短期内堆土过高， 最高处达10米左右； 与此同时，紧邻大楼 南侧的地下车库基坑 正在开挖，开挖深度 4.6米，大楼两侧的压 力差使土体产生水平 位移，过大的水平力 超过了桩基的抗侧能 力，导致房屋倾倒。 堆土和深坑 是元凶！ 彩虹卧波，綦江一景 綦江. 彩虹桥 增设花台等荷载后，主拱承载 力不能满足相应规范要求。 主拱钢绞线锁锚方法错误，不 能保证钢绞线有效锁定及均匀 受力，锚头部位的钢绞线出现 部分或全部滑出，使吊杆钢绞 线锚固失效。 对接焊缝普遍存在裂纹、未焊 透、未熔合、气孔、夹渣等严 重缺陷 主钢管内混凝土强度未达设计 要求，局部有漏灌现象，在主 拱肋板处甚至出现1米多长的空 洞。吊杆的灌浆防护也存在严 重质量问题。 5.12 四川汶川 5.12 四川汶川 5.12 四川汶川 杭州.地铁 杭州.地铁 这些管道为什么直到施工时甚至直 到挖破才被发现呢？ 2005.11.30，北京地铁十号线第二十二标段塌方。 市自来水集团公司工作人员称，原因是塌方现场一 条很粗的自来水主管线遭到损坏。 2005年7月，深圳地铁1号线续建工程段，在世界之 窗-白石洲区间施工工地发生塌方，施工过程中，由 于不断的开挖，地下水渐渐渗出来，终于使周围土 壁不堪承重，造成塌方。 2004年9月，广州地铁二号线延长线，新港东路琶 洲路段地铁隧道基坑旁，就是由于地下自来水管被 工程车压破爆裂，大量自来水注入基坑并引发了大 面积塌方 2003年7月，正在施工中的上海轨道交通4号线，也 就是浦东南路至南浦大桥线，浦西联络通道发现渗 水，随后出现大量流沙涌入，引起地面大幅沉降。 重庆.武隆 5 岩土工程的极限状态 承载能力极限状态：当结构或结构构件出 现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极 限状态： 整个结构或其一部分作为刚体失去平衡； 结构构件或连接因超过材料强度而破坏，或因 过度变形而不适于继续承载； 结构转变为机动体系； 结构或结构构件丧失稳定； 结构因局部破坏而发生连续倒塌； 地基丧失承载力而破坏； 结构或结构构件的疲劳破坏。 5 岩土工程的极限状态 岩土工程出现下列情况之一时，即认为 已超过了承载能力极限状态。 1.整个工程或工程的一部分，作为刚体失 去平衡； 2.岩土或结构材料超过了强度极限，或因 过量变形而不能继续承受荷载； 3. 岩土或结构构件失去稳定，如构件压屈 。 5 岩土工程的极限状态 a. 在岩土中形成破坏机制 例如： 地基发生整体性滑动； 边坡失稳； 挡土结构倾覆； 隧洞顶板垮落或边墙倾覆； 流砂、管涌、潜蚀、塌陷、液化等。 5 岩土工程的极限状态 b. 由于岩土体的过大位移或变形，导致 结构物发生结构性的严重损坏 例如： 由于土的湿陷、融陷、震陷或其它大量变 形，造成工程的结构性破坏； 由于岩土的过量水平位移，导致桩的倾斜 、管道破裂、邻近工程的结构性破坏； 由于地下水的浮托力、静水压力或动水压 力造成的工程结构性破坏。 5 岩土工程的极限状态 承载能力 极限状态？ 正常使用 极限状态？ 地基变形 岩土位移 5 岩土工程的极限状态 5 岩土工程的极限状态 正常使用极限状态：当结构或结构构 件出现下列状态之一时，应认为超过了正 常使用极限状态： 1）影响正常使用或外观的变形； 2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（ 包括裂缝）； 3）影响正常使用的振动； 4）影响正常使用的其它特定状态。 5 岩土工程的极限状态 岩土工程出现下列情况之一时，即认为已 超过了正常使用极限状态： 1.影响正常使用或外观的变形，如：由于岩土变 形而使工程发生超限的倾斜； 2.影响正常使用或耐久性能的局部损坏，如：由 于岩土变形而使工程发生表面裂隙、或装修损 坏； 3. 影响工程正常使用的振动； 4.影响正常使用的其它特定状态，如：因地下水 渗漏而影响工程的正常使用等。 5 岩土工程的极限状态 工程实例： 某3号住宅楼不均匀沉降问题 5 岩土工程的极限状态 5 岩土工程的极限状态 5 岩土工程的极限状态 5 岩土工程的极限状态 5 岩土工程的极限状态 5 岩土工程的极限状态 极限状态设计 极限状态方程 功能函数 基本变量，应作为随机变量考虑。 极限状态设计应符合的要求 5 岩土工程的极限状态 设计状况： 代表一定时段的一组物理条件，设 计应做到结构在该时段内不超越有 关的极限状态 5 岩土工程的极限状态 设计状况 根据施工和使用中的环境条件和影响，分 为： 1.持久状况：承载能力极限状态 正常使用极限状态 2.短暂状况：承载能力极限状态 正常使用极限状态（根据需要 ） 3.偶然状况：承载能力极限状态 （设计原则：主要结构不破坏，局部破坏不倒塌 ） 5 岩土工程的极限状态 承载能力极限状态的设计内容 根据具体设计对象和设计条件 桩基：竖向承载力，水平承载力，桩身及 承台结构承载力；长径比50，桩身压屈； 预制桩:吊装、运输和锤击作用下桩身承载 力；钢管桩：局部压屈；软弱下卧层：承 载力；坡地岸边：整体稳定；抗浮、抗拔 承载力；抗震承载力 5 岩土工程的极限状态 承载能力极限状态的设计内容 根据具体设计对象和设计条件 基坑支护：基坑侧壁土体稳定性；排桩、 地下连续墙受压、受弯、受剪承载力； 錨杆或支撑的截面承载力和稳定性；抗 渗透稳定性；基坑底突涌稳定性验算 5 岩土工程的极限状态 正常使用极限状态的设计内容 根据具体设计对象和设计条件 桩基：沉降计算；水平位移；桩和承台抗 裂 基坑支护：支护结构变形，周边地面变形 ；地下水控制 5 岩土工程的极限状态 支护设计应选择符合支护结构实 际条件的计算工况，并在确认参 数的合理性、计算结果的可靠性 后，方可将计算结果用于设计 db11/489-2007 5 岩土工程的极限状态 极限状态设计的作用组合 荷载组合：按极限状态设计时，为 保证结构的可靠性而对同时出现的 各种荷载设计值的规定。 结构设计时，对所考虑的极限状态 ，应采用相应的结构作用效应的最 不利组合进行设计。 5 岩土工程的极限状态 承载能力极限状态设计的作用组合 1）基本组合： 永久作用+可变作用 用于持久设计状况或短暂设计状况 2）偶然组合： 永久作用+可变作用+一个偶然作用 用于偶然设计状况 5 岩土工程的极限状态 承载能力极限状态下基本组合的设计 表达式 5 岩土工程的极限状态 正常使用极限状态设计的作用组合 1）标准组合： 采用标准值或组合值为荷