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k8立式钢制储罐基础设计

发布时间:2020-07-23 01:38

  立式钢制储罐基础设计杨文武( 福建省新五环工程设计院有限公司厦门分公司福建厦门 361009; 黎明职业大学福建泉州 36200) 以某罐区立式钢制储罐基础设计为例,探讨预制桩、灌注桩和浅基础应用于储罐基础的设计方法。储罐基础设计可比拟为 柱结构体系,借助 pkpm 结构软件分析两种桩型承载力、浅基础设计、场地条件影响及桩 土共同作用。储罐桩基设计应对水平承载力、竖向承载力和配筋量三控制设计,对于端承型桩基,一般情况下单桩水平承载力起控制作用。相同桩 时,采用方形布桩的边桩配筋比环形布桩的更易产生突变。应用于软土场地的砼预制桩不仅应进行桩基承载力计算,还应加强桩基配 筋验算。 [关键词] 储罐基础设计; 地震作用; 建模分析; 预制桩基设计; 灌注桩基设计; 浅基础设计; 承载力和配筋计算 Foundat ion design vertical steel storage ankAbstr act: Based foundationdesign verticalsteel storage tank tankfarm,the application precastpile s,pile shallowfoun- dation design method tankwere discussed〃 Tank foundation design can columnstructure sys- tem,by using PKPM structure software,analysis bearingcapacity,shallow foundation design,site condition soilinteraction twokinds piletype were carried out〃 horizontalbearing capacity,vertical bearing capacity reinforcementamount should tankdesign〃 endbearing type piles,single pile horizontal bearing capacity plays generalcontrolling role〃 edgepile reinforcement ratio squarepile arrangement produces mutation more likely than annular arrangement under same number onlyfoundation bearing capacity alsofoundation reinforcement when precast concrete piles ap-plied softsoil ground〃 Key words: Storage tank foundation design; Earthquake action; modeling analysis; Precast pile foundation design; Perfusion pile foundation design; Shallow post foundation design; Bearing capacity reinforcementcalculation 抗震计算时,计入储罐储存液态物料的液面晃动、罐壁弹 性变形和底板翘离等影响,抗震计算水准 确定地震影响系数进行水平地震作用计算 引言立式钢制储罐结构受风荷载和地震作用,对于高径比不 大于 [1,2]。地震作用使储罐桩基最不利竖向作用力在群桩中心 或靠中,最小作用力在群桩周边,最不利水平作用力相反,且 均匀;储罐中心或靠中的桩基配筋量最小,边桩配筋则最 大。储罐桩基设计应进行单桩水平承载力、竖向承载力和配 筋量三控制设计,对于端承型桩基,一般情况下单桩水平承载 起控制作用。当储罐重量较大时,预制桩的单桩竖向承载力不能发挥作用,水平承载力和配筋量却较难满足要求。地 基土水平抗力系数的比例系数 值不仅对单桩水平承载力在不同场地条件下影响不同,且对地震作用时储罐群桩整体 作用亦起到分担承载力作用。采用手算法较难准确计算各工 ,考虑土对桩基 ,根据文[1],[4]~[6]调整相应计算参数,实现桩、承 台板或浅基础内力、配筋计算,桩 土共同作用分析,计算结果满足工程精度。 45ξFEK 不考虑储罐及物料状态影响的抗震验算储罐总高度不超过 65m 且质量和刚度沿高度分布均匀, 按单质点体系结构考虑,采用底部剪力法进行抗震验算 适用于储罐储存液态或气态状况。地震影响系数取用文[5]相应抗震区域等级的数值,相当于文[1]抗震水准 45ξFEK 即由文[1]计算得储罐受总水平地震作用较文[5]大,储罐底产生的弯矩则相反。借助 pkpm 系列结构软件计算 桩、承台板的内力和配筋时,对于储料为液体,需参照文[1], [5]计入液面晃动、罐壁弹性变形和底板翘离等影响而修改 相关计算参数,对非液体储料不考虑液面晃动,计入罐壁弹性 变形和底板翘离影响。 储罐基桩验算作者简介: 杨文武( 1971 ,高级工程师,一级注册结构工程师,监理工程师,学士,从事结构设计。 福建建设科技 25 2014. 建筑结构单桩竖向承载力 [5,6] 文[6]整理得:预制桩时 知,借助pkpm 系列软件实现“板 [4]~[6]调整SATWE PMSAP计算参数。SATWE 计算基 桩水平力根据文[1],[4],[6]修改计算参数: 结构自振周期 采用储罐与储液藕合自振周期 T,地震影响系数 单桩水平承载力估算[5,6] 75αEIx 0a 25Rha 调整,m值根据地质条件选用。对于基桩顶 弯矩和配筋计算应根据文[1],[5],[6]修改计算参数:结构 取值。PM-SAP 计算根据文[1],[5],[6]修 改计算参数,计 算结果取 SATWE PMSAP不利值。对于软土、液化场地,基桩计算高 度还需满足: 预制桩 算,计算结果取不利值。接力SLABCAD 模块完成承台板内 力、配筋计算。 由于地震作用储罐受水平承载力较大,场地条件较差时, 桩身压屈长度受场地土约束较差易形成高位承台桩 台板约束产生弯矩作用,故储罐桩基设计不仅应进行竖向 承载力和水平承载力计算,还应加强桩基配筋验算。一 情况下周边群桩配筋量较中心或靠中的群桩配筋大。采用环形布桩与方形布桩对边桩配筋影响较大。在同样布桩数量 条件下,采用方形布桩时,边桩配筋更易出现突变,或不满足 要求( 预制桩有限配筋量) 较为均匀。如储罐较大、荷载较重或布桩较多时可采用方形布桩以便于计算建模和施工,并应控制好周边布桩数量和配 筋量。若边桩配筋不能满足要求可增加布桩数量,或采用灌 对于软土场地也可采用预制桩进行场地局部处理的复合地基设计,必要时需按等代墩基础进行拓展验算 设置承台,储罐底环墙与承台板通过褥垫层隔离,以利于减小桩基水平承载力影响。 式中参数含义见文[5],[6]。 规范抗震验算[1,5,6] 储罐承台埋深较浅,不宜计入承台周围土的抗力或刚 性地坪对水平地震作用的分担作用。 当储罐桩承台底面上、下分别有厚度不小于 1m的非液化土层或非软弱土层时,对于挤土桩,当平均桩距 不大于 倍桩径且桩数不少于25 根时,液化或软弱土的桩周 摩阻力及桩水平抗力不折减; 对于非挤土桩应乘以土层液化 影响折减系数 土整体共同作用的假定与计算将储罐群桩外边线视为“地下室外边线”,桩身穿越液化 土或软弱土层的深度范围转化为桩身压屈计算长度 ,视为地下室计算高度,考虑桩侧土刚度值约束作用,此时 ,对群桩外边线作用力等效为三角荷载kx 0a kx0a kixnR haE kx0a kiynR haE 10)基础底面偏心受压力 11)式中参数含义见文[1],[7]。 储罐桩基基础构造与建模分析立式钢储罐底周圈与环墙顶锚栓连接,储罐荷载由环墙 及内填密实砂层过度,再传到承台板 桩,k8见图1。储罐不直 接传递弯矩给承台,传递竖向和水平荷载。将储罐基础比拟 柱结构”,储罐及储料重按恒、活载作用在承台板上,抗震作用的等效荷载按单质点集中作用于承台板。建模时, 100mm均匀分割。 基桩用柱代替,计算高度 根据桩顶的约束情况、桩身露出地面自由长度 ,桩的入土长度h,桩侧和桩底土质条件 储罐浅基础电算建模分析储罐基础持力层的力学模型比拟为若干个弹簧作用,将 基桩用柱代替视为无重量弹簧,按“板 26福建建设科技 2014. 为浅基础埋深。借助pkpm 系列软件进行整体计算。 储罐水平力由基础底面与土间摩擦力相互抵消,由式( 知,基础计算时根据文[3]~[6]调整 SATWE PMSAP计算参数: 结构自振周期 0。接力JCCAD 模块完成独立基础或伐板基础截面 和配筋计算。计算结果为全满堂独立基础,当场地条件较良 好时,按环墙式基础布置,将环墙内基础放大脚取同环墙外放 大脚基础尺寸即可。 工程情况罐区位于泉州。丙烯罐区为 10.5m、8. 5m 15g,类场地,设计特征周期为 45s,基础设计等级为丙级。场地属冲积、海积平原,抗震不利地段。土层自上而下分 11.8m,粘土矿物、石英、少量云母组 成,遇水易软化、崩塌,工程性能 中等。全风化花岗岩,厚 7m,粘土矿物、石英、长石组成,属极软岩,工程性能良好。强风化花岗岩,粘土矿物、石英、长石组成,岩芯呈碎 状,级,工程性能良好。地下水和场地土对建筑材料分别具有 弱腐蚀性和微腐蚀性。场地为轻微液化,不考虑震陷影 冲孔灌注桩/19 管桩基础设计分析管桩布置见图 柱结构”建模,桩顶铰接,根据文[1],[4],[6]修改 SATWE 参数: xmax工况 时内力见图 max工况时,N kmax 1112.8kN nRhaE 2623kN,偏差10. 5% ,桩基水平承载力不满足。根据文[1],[5],[6]修改 PMSAP 参数 12,计算得 ykmax工况时内力见 61kN,Nkmax nRhaE 9%,水平承载力 不满足。处理方案: 20;灌注桩分别为 桩基布置与设计根据地质报告、结构形式、单桩承载力及场地情况,可选 PHC 8m,砼C35,桩端持力层为强风化花岗岩,桩长 15m。由式( 计算结果见表2,单桩水平承载力随 SATWE计算管桩 xmax工况内力组合值/ kN,kN. 岩土层名称天然重 承载力特征值 孔灌注桩PHC kPa素填土 16. 淤泥含砂15. 7015 粉质粘土18. 16035 中粗砂18. 18055 残积砂质粘性土18. 22045 全风化花岗岩19. 30065 强风化花岗岩20. 50080 3000 100 10000 桩基方案 竖向承载 力特征值 kPa负摩阻力 1500219 61 65 72 86 冲孔灌注桩 2500 183 384 404 456 532 福建建设科技 27 2014. ykmax工况时内力见图 6b,桩 456kN,Nkmax nRhaE SATWE计算 PMSAP计算 max工况内力 桩基基础配筋电算分析桩基配筋可根据文[1],[5],[6]修改 SATWE PMSAP参数: 84,预制桩时 15m,3.3m,计算得桩基配筋, 取不利值; 接力 SLABCAD 模块完成承台板内力、配筋计算。 其中预制方桩环向布置和方形布置的计算结果见图 配筋量不能全部满足要求,边桩须增加布桩数量,或采用 灌注桩。经分析在同样布桩数量条件下,采用方形布桩时,边 桩配筋更易出现突变,或 不满足要求。由图 比较可知,储罐桩基设计不仅应满足承载力要求,还应满足桩基配筋 要求。 可见,储罐储料较重,场地抗震不利,承台埋深较小,预制 要求。故储罐桩基采用预制方桩优于管桩桩比预制桩更有利 抵抗承载力作用以及桩基配筋可根据计算 结果调整,适应性 PMSAP计算管桩 ymax工况内力标准值/ kN,kN. 因储罐区地坪不允许沉降,管线、支架、设备基础等布设需要,回填土和淤泥层采用水泥搅拌桩进行罐区全 场地处理,消除场地液化层,m 值提高。当 时相当于填土接近中密状态,PMSAP 计算得 86kN,满足要求。 若继续加桩数不经济,管桩竖向承载力未能充分发 45m预制方桩( 径向间距为 066m),布桩及最不 利水平力见图 1660kN,RhaE nRhaE 方形布桩/37 SATWE计算 ymaxPMSAP 计算 SATWE计算得预制方桩 浅基础设计考虑管线、支架、防火堤、设备基础布设需要,罐区地坪不 允许沉降,及回填土和淤泥层地基承载力仍然较低,随水位变 化,淤泥层收缩变化大,场地不均匀沉降较难避免。采用水泥 max工况内力 SATWE参数: ymax工况时内力见图 6a。 25Rha nRhaE 8664kN,故满足要求。根据文[5]~[7]修改 PMSAP 参数 福建建设科技71 2014. 可见,杆最大应力处在下杆的根部。最大应力 185MPa 结束语本文以两段不同截面直立杆件的监控立杆为例,介绍了 抗风能力的分析与计算过程。本方法简单易行、容易现场操 作计算,有广泛的使用与推广价值。 参考文献 [1]刘鸿文〃 材料力学( 北京:人民教育出版社,2 01 浅议杆状物体抗 中国新技术新 2009(16) 校核抗风能力最近某单位委托福建省特检院做监控立杆的检测业务。 笔者以检测的监控立杆号杆杆外直径 mm)、杆内直径 mm)、长度 114、106、4.529, 号杆杆外直径 mm)、杆内直径 mm)、长度 165、156、1.510 例,要求抗风能力达到11 级为例,计算分析如下: 分析过程,其抗风能力各F2 计算结果如下表 上接第27 化,用全满堂基础的伐板基础,使环墙内填充料不受地下水影响。场地处理后的地基承载力特征值为 160kpa,将上述预制 或灌注桩模型由SATWE、PMSAP JCCAD计算得基础截 15.4m 15.4m,16. 2m 16.2m。 11)计算得: 130kpa,118kpa 储罐桩基作用效应最不利单桩竖向力在群桩中心或靠中,最小值在群桩周边,最不利水平力相反,且不均匀; 储罐 中心或靠中的桩基配筋量最小,边桩配筋量则最大。采用手 算法较难准确计算各工况下效应作用。借助 pkpm 系列软件 土共同作用计算,电算结果满足工程精度。 储罐桩基设计应进行单桩水平承载力、竖向承载力和配筋量三控制设计。对于端承型桩基,一般情况下水平承载 力起主控制作用,应用于软土场地的砼预制桩不仅应进行承 载力计算,还应加强桩基配筋验算。对于软土场地或液化场 地需综合考虑场地处理,以消除场地液化层,提高土层水平抗 系数,利于提高桩基水平承载力。当场地条件允许,优先采用浅基础。 参考文献 [1]冶金部建筑研究总院 2012构筑物抗震设计 规范[S]. 北京: 中国标准出版社,2012〃 [2]中国建筑科学研究院 2012建筑结构荷载规 北京:中国建筑工业出版社,2012〃 [3]杨文武 储罐桩基在软土中的应用与计算方法[J].福建 建筑,2012( 11) 57.[4]中国建筑科学研究院 pkpm结构软件系列用户手册及技 术条件[M]. 2011. [5]中国建筑科学研究院 2010建筑抗震设计规 北京:中国建筑工业出版社,2010. [6]中国建筑科学研究院等 2008建筑桩基技术规范 北京:中国建筑工业出版社,2008. [7]中国石化工程建设公司等 2008钢制储罐地 基基础设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社,2009. [8]杨文武 筑结构,2014.44( 52.[9]DBJT13 62钢筋混凝土桩 2004G106 ,2004.项目 mm)114 165 杆内直径 mm)106 156 长度 510截面积 Kgf)40. 16 12. 72 弯矩 90.94 60合弯矩 90.94 352. 85 正应力 98合剪力 Kgf)40. 16 52. 88 剪应力 32综合应力 981项目

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