SAP2000在火力发电厂钢结构主厂房桩基中的应用.pdf

安徽建筑 2 0 1 4年第3 期 总1 9 7 期 S AP 2 0 0 0在火力发电厂钢结构主厂房桩基中的应用 S AP2 0 0 0 i n t h e Ap p l i c a t i o n o f Pi l e F o u n d a t i o n o f St e e l S t r u c t u r a l Ma i n Ma c h i n e Ha f 0 r Th e r ma I P o we r Pl a n t 李 旭 山 东 电 力 工 程 咨 询 院 有 限 公 司， 山 东 济 南 2 5 0 0 1 3 摘 要 在火力发电厂钢结构主厂房设计中对上部结构一般采用 S t a d d软件进行 分析设 计 ， 利用 P KP M 软件 中 7 CC AD模 块进 行桩基 设 计 。 但在 I C CA D模 块无法考虑钢支撑下剪力墙的作用 ， 只能对柱下独 立基础进行设 计， 无疑 增加 了成本投入 文章通过 S A P 2 0 0 0软件 对某 工程 的分析 ， 明确 了对于两个桩基承 台采用剪力墙 的联 系作 用可以优 化主厂房的桩基设 计 ， 并介绍 了对该 类结构采用 S A P 2 0 0 0软件进行 分 析 时的计 算假 定和注意要 点， 为火力发 电厂钢结构 主厂房桩基设计 扩 展 了思路 。 关键词 火力发电厂； 柱间支撑； 桩基； S A P 2 0 0 0 中图分类号 T U 3 9 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 5 9 2 0 1 4 0 3 0 1 6 7 0 2 0 引 言 在火 力发 电厂钢结 构 主厂房 没计 中一 般采 用 S t a d d有 限 元软件进行上部结构建模分析 ，通过读取柱脚反力 ，利用 P K P M 软件 中 J C C A D模块进 行桩基设计 。 由于钢结 构主厂房 主要利用钢支撑来抵抗侧力，在地震工况下就会出现上拔力。 由于 J C C A D无法考虑钢支撑下剪力墙的作用，为了减小桩的 上拔力 的作用 ， 就只能通过增加桩 数和基础 面积来满足设计要 求 ， 这样就不可避免增加了工程造价。本文通过采用 S A P 2 0 0 0 软件 ， 对两个承台桩按照有无剪力墙两种情况进行分析并进行 校验 。 1 工程概 况 某火 力发 电厂厂址地 震烈度 7度 ， 加速 度 0 ． 1 7 9 g ， 地震 分 组第三组 ， 场地类别 I I I 类。 主厂房采用钢框架 支撑体系， 2台汽轮机组共用一个厂 房， 采用三列式布置， 横向汽机房跨度 2 7 m， 除氧煤仓间 1 2 ．5 m， 纵向全长 1 5 0 m， 每列设两道支撑， 支撑中心距 7 5 m。 由于地质条件差， 基础采用桩基， 基桩为直径 8 0 0 mm的钻 孔混凝土灌注桩， 桩的承载力特征值为 3 5 k N， 桩的水平承载 力特征值为 3 5 0 k N，合同规定抗拔力特征值不能超过 5 0 0 k N 。 主厂房上部钢结构采用 S t a d d有限元软件进行分析。 2 采用 J CC A D进 行基础设计 对柱间支撑的柱基础初步布桩见图 1 ， 通过 J C C A D模块进 行桩基设计，在恒 活 E X工况下 3 c柱基础桩最大竖向压 力为 4 7 8 2 k N， 水平承载力为 3 3 9 k N ； 4 C柱基础桩最大竖向压力 为 3 4 3 1 k N， 水平承载力为 2 1 7 k N。 在恒 活 一 E X工况下 3 c柱 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 4 - 0 4 作者简介 李旭 1 9 7 7 一 ， 男， 山东济南人 ， 毕业于东南大学， 硕士。 工程 师。 l 0 l。 。 J O ； O ⋯ 一 0 l 0 I。 J 。 】 图 1 支撑下柱承台下 图2 对设剪力墙的双承台基础桩 基础布桩图 的有限元分析反 力图 D L E 工况下基桩反力 表 1 D L E X工况 下基桩反力 表 2 基础桩最大上拔力为 4 5 8 k N， 水平承载力为 1 5 3 k N； 4 C柱基础 桩最 大上拔力为 1 4 1 9 k N， 水平承载力为 3 5 2 k N 。桩 的水平力可 通过承台之间设联系梁或剪力墙共同抵抗， 故不用考虑单个承 台桩水平力是否超标。对于在地震工况下， 偏心承台桩的最大 竖向压力应小于 1 ． 5 倍桩承载力特征值即5 2 5 0 k N，满足要求。 按照合同规定 4 c柱不满足抗拔要求， 如要满足合同规定， 需要 将 3 c和 4 c基础联合布置或者增加 4 c基础的桩 ， 这样就会增 大工程造价 ， 同时由于 B C列之间有磨煤机基础桩 ， 如果增大 4 c基础或者是联合基础， 就会影响磨煤机基础桩的布置。根据 以往工程的经验， 往往在支撑下设剪力墙 ， 使得两个承台共同 抵抗水平力，故在 3 c柱和 4 c柱之间 一 0 ． 5 m以下设 4 0 0厚剪 下转第 2 0 2页 ■■● l - I 盎 - - 结 构 设 计 与 研 究 应 用 安 徽 建 筑 ■ 2 0 1 4年第 3期 总 1 9 7期 安徽建筑 检 测 、 试 验 与 测 量 技 术 过程是 第一步按抗裂弯矩的 2 0 ％的级差由零加载至抗裂弯矩 的 8 0 ％， 然后按抗裂弯矩的 1 0 ％的级差继续加载至抗裂弯矩的 1 0 0 ％， 每级荷载的持续时间为 3 mi n ； 第二步按抗裂弯矩的 5 ％ 的级差加载至裂缝出现， 每级荷载的持续时间为 3 m i n ， 测定并 记录裂缝宽度 ；第三步按极限弯矩的 5 ％的级差加载至出现极 限状态的检验标志之一时为止， 每级荷载的持续时间为 3 mi n 。 观测并记录各项读数。规范中给出的极限状态检验标志 受拉 区混凝土裂缝宽度达到 1 ． 5 mm； 受拉区钢筋被拉断； 受压区混 凝土破坏。 2 ． 3以管桩规格为 P H C5 0 0 A B 1 2 5 1 0为例，其实时荷载计算 方案见表 1 管桩抗弯性能试验表明，管桩主要应力位于跨中纯弯段 内， 裂缝出现以前跨 中界面应变基本符合平截面假定， 裂缝出 现后中性轴上移。由此可知要保证最大弯矩中心在支座中心， 管桩长度一定要实测实记 ，常见单节管桩长度允许偏差见表 2 ； 管桩抗弯性能试验台应放在坚实 、 平整场地上， 以保证加载 时管桩均匀受力； 试验台及附属加载设备 自重也应定期测量校 正； 裂缝观测 、 数值传输采集系统要定期校核验证。 3 管桩破型检测试验方法及要点 3 ． 1管桩破型检测试 验方法及要点 管桩破型检测可以比较直观的测量管桩的相关技术参数， 但是高强混凝土与预应力钢筋以及环箍筋之间超强的相互作 用力使得破型检测通常不那么容易进行。 当确实对其质量有怀 疑时， 可以进行破型检测 ， 对于管桩结构钢筋的抽检可利用先 施工的 2 m以上长度的余桩经人工破碎后进行检测， 若工地没 有余桩可利用， 则应在工地上随机选取 2节桩经人工破碎后检 测。 检测钢筋直径时以便于读数， 可用数显游标卡尺， 检测箍筋 间距和加密区长度可用钢卷尺和钢直尺。 破型过程中应避免出 现对端板及钢筋的损伤，避免预应力钢筋和环箍的位置的扰 动。而对钻芯检测管桩混凝土抗压强度时， 则不得在已沉桩或 沉桩后的管桩桩身上钻取， 也不可以在已破损的管桩桩身上钻 取， 钻芯机的固定、 操作钻取以及磨平机精度都比 钻芯法检测 混凝土强度技术规程 C E C S 0 3 2 0 0 7 要求高。 检测单位应考虑 破型检测的目的和必要性， 在多方见证人员见证下通过对管桩 端板厚度、 预应力钢筋直径及数量、 螺旋箍筋直径及间距、 螺旋 箍筋加密区长度等进行实地测量。各测量结果应与 1 0 G 4 0 9图 集比较，对不符合标准要求的管桩应该予以禁止继续使用， 已 打入地下的桩应采取相关处理措施。 在检测过程中应进行实时 录像或拍照进行存档 ， 确保检测数据的真实有效。图 2所示为 部分破型后的管桩样品。 4 结语 本文通过对管桩抗弯性能试验和破型检测原型及过程介 绍， 根据实际工作经验及数据汇总出试验检测中需要注意的事 项 ， 根据现行较宽松的国家标准大部分管桩都能满足抗弯性能 试验和破型检测试验要求。由于本地区管桩试验开展应用时间 较短， 以及笔者经验、 水平有限， 希望通过对此试验的介绍能够 给同行及相关部门以参考。 参考文献 [ 1 ]1 G B1 3 4 7 6 2 0 0 9 ， 先张法预 应力 昆凝 土管桩【 s 】 ． 北京 中国标准 出版 社 ， 2 0 0 9 ． 【 3 ] D B 3 4 ／ T 1 1 9 8 2 0 1 0 ， 先张法预应力混凝土管桩基础技术规程【 s 】 ． 【 4 ] G B ／ T 1 9 4 9 6 2 0 0 4 ， 钻 芷 检测离心高强混凝土抗压强度试验方法[ s 】 ． 北京 中国标准出版社， 2 0 0 4 ． 上接第 1 6 7页 力墙相连，但 J C C A D计算中桩的竖向承载力计算无法考虑剪 力墙的作用 ， 而通过手算的方法有较繁琐， 当需要调整桩的布 置还需要重新计算 ， 给工程出图带来不便。 3 采 用 S AP 2 0 0 0对 设 剪力 墙 的双 承 台基础 桩 的分析 S A P 2 0 0 0是集成化的通用结构分析与设计软件， 可以进行 三维空间整体分析。在 S A P 2 0 0 0中建模 ， 实际结构单元用对象 来体现， 先定义出所使用的材料性质 ， 再建立结构模型， 指定荷 载和属性到对象上； 然后进行结构分析 ， 此时程序会 自动将建 立的面对象的模型转换成基于有限元的模型；在分析结束后， 通过结果数据对模型进行研判， 得出合理的结论。在分析建模 的过程中， 也可以控制网格划分 ， 如细分的程度， 以及处理相交 单元的连接等， 来做到对象和单元的一一对应。 为了和J C C A D模块进行比对 ，对 S A P 2 0 0 0建立的模型采 取了以下几项假定 ①基础和墙采用 S A P 2 0 0 0中厚膜来模拟 ； ②桩采用直径 8 0 0 的柱单元来模拟与基础采取顶部铰接、 底部刚接的做法 ， 对桩的反力的读取通过柱顶内力来反映； ③短柱采用矩形柱单元模拟， 与基础刚接。 在对结构分析时应注意以下两点 a ． 单元的剖分， 在此过程 中单元的剖分应要保证柱和剪力墙的节点要共用， 基础的剖分 要经过桩的顶点 ； b ． 冈 胜基础的保证， 作为独立基础的设计 ， 为 了符合规范的要求，就要假定独立基础平面内刚度无限大， 这 是通过对基础平面内节点实行节点束缚来实现的。 S A P 2 0 0 0有 限元分析的结果见图 2 。 加 了剪 力墙后 3 c承台桩未 出现上拔力 ，最大反力为 9 5 1 k N； 4 C承台桩的最大上拔力 为 1 4 8 k N， 最大反力 为 1 8 4 k N， 均 满足要 求见 表 1 。加 了剪力 墙后 3 C承台桩 ，最 大反 力 为 2 8 5 4 ． 5 1 k N； 4 C承台桩的最大反力为 2 8 0 6 ． 5 6 k N，均满足要求 见表 2 。 4 结论 综上所述， 通过 S A P 2 0 0 0的分析， 对钢结构主厂房支撑下 采用支撑下布剪力墙的方法不仅可以起到联系基础， 共同抵抗 水平力的作用， 还可以将两个承台桩联合起来共同承担上部作 用， 减少钢结构主厂房支撑下的基础桩上拔力， 同时也可以减 少地震荷载下 的最大反力 。 参考文献 ⋯ 1 J G J 9 4 2 0 0 8 ， 建筑桩基技术规范[ s ] ． 北京 中国建筑工业出版社， 2 0 o8 ． 【 2 】 D L 5 0 2 2 2 0 1 2 ， 火力发 电厂土建 结构设计 技术规程 [ 北京 中国 计划出版社 ， 2 0 1 2 ． [ 3 】 北京金 土木软件 公司 ．S AP 2 0 0 0中文版使 用指 南 第 二版 【 M】 ． 北 京 人民交通出版社， 2 0 1 1 ． 虽 差筑 囝