承載力的案例
地基承載力之精髓
1、前言
綜合確定地基承載力特征值，是巖土工程師的基本功。當前進行巖土工程勘察，尤其是涉及地基基礎，對主要受力層內的每層土提供地基承載力特征值fak，是必須的工作內容。
確定地基承載力特征值fak，目前的方法有：載荷試驗法、其他原位測試法、理論計算法、經驗查表法和現場鑒別法。在具體工程上，巖土工程師在使用這幾種方法時，往往出現用各種方法確定的結果不同，甚至相去甚遠。如何分析這確實是剛入門，甚至是很資深的巖土工程師必須面對的問題。
本文本文對此進行了探討，供各位巖土工程師和專家參考，不妥之處，請指正。
2、地基承載力的本質
要不斷研究和感悟地基承載力的概念、內涵，這有助于對地基承載力的深刻理解和面對具體工程問題時的綜合確定。
（1）地基承載力研究簡史
不斷考察地基承載力基本理論的發展史，可以感悟不同時代、地區的工程技術發展需求，更多地注意其研究假定和適用范圍。詳見文獻[1]。
（2）中國使用過的幾個歷史階段的地基承載力概念
地基容許承載力[R]：確保地基不產生剪切破壞而失穩，同時又保證建筑物的沉降不超過允許值的最大荷載。
地基極限承載力R：使地基發生剪切破壞，失去整體穩定時的基礎底面最小壓力，即地基能承受的最大荷載強度。地基極限承載力和地基容許承載力是一對承載力概念。
地基承載力基本值f0：用某一方法確定的相應于標準基礎（載荷板）寬度和埋深時的地基容許承載力代表值。
地基承載力標準值fk：考慮了土性指標變異影響后的相應于標準基礎（載荷板）寬度和埋深時具有某一特定置信概率的地基容許承載力代表值。
地基承載力設計值f：是指地基承載力標準值fk經基礎寬度和埋深修正，或直接用地基抗剪強度指標標準值，考慮實際基礎寬度和埋深，采用承載力理論公式計算得到的地基容許承載力值。
展開 考慮高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計研究
摘 要：傳統的建筑有限元網格劃分、基于SMMS模型的節點承載力分析方法，沒有考慮狀態變量，而導致建筑物的荷載分析結果與實際不符等問題。為此，提出了基于高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計。根據建筑物豎向和水平荷載作用下的彎矩，對高層建筑物鋼結構框架的節點所受力的機理進行分析。構建高層建筑鋼結構框架節點三維模型和有無支管情況下的有限元模型，分析有無支管有限元模型的荷載-位移關系，確定構建過程中節點參數與支管的關聯性。計算模型單元上下端狀態變量的傳遞關系，整合狀態變量，確定鋼結構框架荷載，并以此作為依據進行失穩判定，完成鋼結構框架節點承載力分析。由實驗結果可知，該方法在X、Y、Z三個方向的承載力與實際值最大分別相差2 kN、1 kN和1.5 kN,具有精準分析結果。
關鍵詞：高層建筑;鋼結構;框架節點;承載力;三維仿真;
近年來，國內外學者對高層建筑鋼結構的節點穩定問題進行了大量的探討。文獻[1]提出的基于有限元網格劃分的節點承載力分析方法，構建狗骨式節點模型，結合有限元網格劃分節點位置，并使用千斤頂在懸臂兩側施加荷載，通過傳感器測量獲取分析結果；文獻[2]提出的基于SMMS模型的節點承載力分析方法，結合應變修正平均應力，構建SMMS模型，并通過各個韌性參數，對節點承載力分析。然而，上述這兩種方法沒有考慮到支撐節點的承載力問題，使得總承載力計算結果與實際情況不符。為此，本文提出了基于高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計。
1 工程概況
本工程選擇一座以鋼筋混凝土為主的多幢高層建筑物為研究對象，該建筑物2號樓地面以上8層，建筑樓面高43.2 m。3號樓A區地面以上9層，建筑樓面高45.6 m。2號樓和3號樓A區之間有一條大約28 m長的通道相連，構成了一個連通的結構，該結構的連廊采用鋼桁架結構。
展開 樁身完整性和承載力的關系，細細道來
因此，當出現樁的豎向抗壓、抗拔及水平承載力滿足設計要求時，可能是樁身（結構）承載力和土對樁的支承力兩因素中的一種或共同所起到的作用，并不能唯一確定由樁身（結構）承載力決定，進而對樁身完整性進行評價，認為非Ⅰ類或Ⅱ類樁莫屬。反之，當出現樁的豎向抗壓、抗拔及水平承載力不滿足設計要求時，也不能唯一確定由樁身（結構）承載力引起，進而確定樁身完整性類別為Ⅲ類或Ⅳ類。換句話說應用僅具備承載力檢測功能的方法，如靜載試驗的檢測結果來評價樁身完整性類別并不具有理論依據，純屬扯蛋。因此，對樁身完整性類別為Ⅳ類的樁進行靜載試驗的意義僅在于看看這種樁還能提供多大的承載力，并無其他。
（4）樁身完整性是一個定性指標，不能對樁身材料強度（除鉆芯法外）和缺陷性質及程度給出定量數值，其對樁身（結構）承載力的影響程度是感觀的、經驗的，也沒有具體的量化數值。
（5）樁身完整性三要素以不同的途徑通過影響樁身（結構）承載力，進而影響樁的豎向抗壓、抗拔及水平承載力。因此，靜載試驗前后對試樁進行樁身完整性檢測的目的就是估計樁身完整性狀況對后兩個承載力的影響程度。
展開 如何理解什么是地基承載力？一文秒懂！
設計結構工程師需考慮的重點問題：
上部荷載，地基承載力，地基變形，基礎形式及抗沖切，抗剪切等，上部荷載的分部，基底反力情況，不均勻變形情況等。
以及地震條件下承載力驗算等。
要設計出施工圖。
比薩斜塔，沉降的典型。
1地基承載力要點全覽
2地基承載力常見疑問
3地基承載力基本概念及術語發展
4地基承載力的應用
5地基承載力深度修正原理解釋
斜塔是地基長期發生了不均勻沉降造成的，“樓脆脆” 是堆土加降雨引發了基礎剪切破壞。
地基承載力的修正主要是從剪切破壞這個角度去考慮的，沒有考慮沉降，也就是說，沉降問題和基礎深度、寬度關系不大。
工程上采用的地基承載力、以及地基承載力的試驗，其實是既考慮了變形，又考慮了強度而得到的一種設計值，由于試驗影響深度僅為載荷板直徑的1-2倍，因此，載荷試驗不能反應實際工程的沉降，其不能反應深部土層的變形參數，載荷試驗的沉降完全不是工程的沉降，尤其是對下臥有壓縮性較大土層的地基。
《建筑地基處理技術規范》《建筑地基基礎設計規范》以及地基檢測規范，黃土規范；公路、鐵路等規范附錄，都有各種天然地基，人工地基的試驗方法。
展開 
鋼筋混凝土結構設計: 第四章(受彎構件斜截面承載力)
一般把箍筋和彎起(斜)鋼筋統稱為梁的腹筋，把配有縱向受力鋼筋和腹筋的梁稱為有腹筋梁，而把僅有縱向受力鋼筋而不設腹筋的梁稱為無腹筋梁。
16. 對于已經設計好的等高度鋼筋混凝土簡支梁進行全梁承載能力校核，就是進一步檢查梁沿長度上的截面的正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力和斜截面抗彎承載力是否滿足要求。
17. 配置箍筋是提高梁抗剪承載力的有效措施。
18. 梁的抗剪承載力隨彎筋面積的加大而提高，兩者呈線性關系。
19. 連續梁的抗剪承載力比相同廣義剪跨比的簡支梁抗剪承載力要低。
20. 抵抗彎矩圖---抵抗彎矩圖又稱材料圖，就是沿梁長各個正截面按實際配置的總受拉鋼筋面積能產生的抵抗彎矩圖，即表示個正截面所具有的抗彎承載力。按截面實有縱筋的面積計算截面實際能夠抵抗彎矩的圖形.
21. 受彎構件斜截面承載力計算公式的建立是依據 ( B ) 破壞形態建立的。
(A) 斜壓破壞
(B) 剪壓破壞
(C) 斜拉破壞
(D) 彎曲破壞
22. 為了避免斜壓破壞，在受彎構件斜截面承載力計算中，通過規定下面哪個條件來限制? ( C )
(A) 規定最小配筋率
(B) 規定最大配筋率
(C) 規定最小截面尺寸限制
(D) 規定最小配箍率
23. 為了避免斜拉破壞，在受彎構件斜截面承載力計算中，通過規定下面哪個條件來限制?
展開 鋼管混凝土(CFST)受壓構件的承載力計算
這個筆記僅簡要討論了CFST受壓構件承載力的設計計算方法, 分析方法可以使用通用的有限元軟件,例如Abaqus來計算, 這將在以后的筆記中進行討論.
2 CFST軸心受壓短柱的承載力分析
(1) 軸心受壓短柱的應變場呈軸對稱分布；
(2) 在極限狀態時，對于 D/t≥20 的薄壁鋼管，鋼管的應力狀態可簡化為縱向受壓、環向受拉的雙向應力狀態，并沿鋼管壁厚均勻分布；
(3) 混凝土達到極限壓應變后為理想塑性材料；
(4) 鋼管為理想彈塑性體，且其縱向壓應力和環向拉應力在塑性階段始終滿足Von Mises屈服條件
鋼管混凝土軸心受壓短柱的承載力表達式為：
3 CFST受壓構件的承載力
《公路鋼管混凝土拱橋設計規范規程》 JTGD65-06建議了鋼管為圓形截面的鋼管混凝土受壓構件承載力方法。將鋼管混凝土受壓構件的承載力按照具有鋼管混凝土組合軸心抗壓強度fsc的單一材料受壓構件，考慮了連接方式和影響構件承載力主要因素，給出鋼管為圓形截面的鋼管混凝土構件承載力計算公式。
3.1 單管CFST軸心受壓構件承載力計算
(1) 鋼管初應力折減系數Kp
鋼管混凝土構件內混凝土達到設計強度前空鋼管的應力稱為鋼管初應力。為了反映鋼管初應力對鋼管混凝土受壓構件承載力的影響，承載力計算中采用了鋼管初應力折減系數Kp.
(2) 鋼管內混凝土脫空折減系數Kd
鋼管內混凝土脫空是鋼管內壁與鋼管內混凝土出現局部脫離的現象，鋼管混凝土拱橋主拱等受壓構件多出現球冠形的鋼管內混凝土脫空現象。產生鋼管內混凝土脫空現象的主要原因是過大的鋼管內混凝土收縮和向鋼管內壓筑混凝土的現場施工環節銜接出現問題。鋼管內混凝土脫空對鋼管混凝土構件承載力和剛度有一定影響，在鋼管混凝土受壓構件承載力計算中要考慮。
展開 受拉構件承載力計算(Tension Member)
1 引言
軸向受力構件根據外載荷是否通過截面形心分為軸心受力構件和偏心受力構件，而軸心受力構件又根據力的作用方向不同分為軸心受拉構件和軸心受壓構件；偏心受力構件也包括偏心受拉構件和偏心受壓構件，也就是通常所說的拉彎構件(Combined Tension and Bending)和壓彎構件。
在過去的章節中主要討論了受壓構件, 如下所示.
壓彎構件
軸心受壓構件的正截面承載力計算 (1)
軸心受壓構件的正截面承載力計算---穩定系數
偏心受壓構件正截面承載力計算 (1)
這個筆記簡要總結了受拉構件的承載力計算. 由于在實際設計中, 基本上不考慮混凝土的抗拉強度, 而通過對受拉構件施加一定的預應力形成預應力混凝土, 因此本章受拉構件的承載力計算主要集中在偏心受拉構件. 這個筆記follow著課程進度[4/19/2021至4/25/2021 Week 7].
From <Bridge Analysis and Design>
2 軸心受拉構件
當縱向拉力作用線與構件截面形心軸線相重合時，此構件稱為軸心受拉構件(Axial Tension)。軸心受拉構件在混凝土開裂前, 混凝土與鋼筋共同承受拉力, 當構件開裂后, 裂縫截面處的混凝土已完全退出工作, 拉力全部由鋼筋承擔; 當鋼筋拉應力達到屈服強度時, 構件到達其極限承載力. <公路橋規>規定軸心受拉構件和小偏心一側縱筋的配筋率(%)應該按毛截面面積計算, 其值應該不小于45f_td/fsd, 同時不小于0.2.
展開 鋼筋混凝土結構設計: 第六章(軸心受壓構件正截面承載力)
參考:
軸心受壓構件的正截面承載力計算---穩定系數
軸心受壓構件的正截面承載力計算
2. 配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構件稱為普通箍筋柱，配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構件稱為螺旋箍筋柱.
3. 普通箍筋柱的承載力主要由混凝土提供，設置縱向鋼筋的目的是: (1) 協助混凝土承受壓力，可減少構件截面尺寸；(2) 承受可能存在的彎矩；(3) 防止構件的突然脆性破壞。普通箍筋的作用是防止縱向鋼筋局部壓屈，并與縱向鋼筋形成鋼筋骨架，便于施工。
4. 螺旋箍筋柱的截面形狀多為圓形或正多邊形。縱向鋼筋外圍設有連續環繞的間距較密的螺旋箍筋(或間距較密的焊接環形箍筋)。螺旋箍筋的作用是使截面中間部分(核心)混凝土成為橫向可約束混凝土(約束混凝土)，從而提高構件的承載力和延性。
5. 按照構件的長細比不同，軸心受壓構件可分為短柱和長柱兩種，它們受力后的側向變形和破壞形態各不相同。
6. 鋼筋混凝土短柱的破壞是一種材料破壞，即混凝土壓碎破壞。
鋼管混凝土受壓構件的工作性能CFST(Concrete-Filled Steel Tube)
7. 鋼筋混凝土軸心受壓短柱是受壓破壞，而長柱是失穩破壞；長柱的承載力要小于相同截面、配筋、材料的短柱承載力。
8. 鋼筋混凝土軸心受壓構件計算中，考慮構件長細比增大的附加效應使構件承載力降低的計算系數稱為軸心受壓構件的穩定系數，用符號φ表示。穩定系數是長柱失穩破壞時的臨界承載力力 Pl 與短柱壓壞時的軸心力 Ps 的比值，表示長柱承載力降低程度。
9. 穩定系數φ主要與構件的長細比有關，混凝土強度等級及縱向鋼筋配筋率ρ對其影響較小。
10. 構造要求: (1) 混凝土：一般采用C30級及以上強度級別的混凝土。(2) 截面尺寸：構件截面最小尺寸不宜小于250mm。
展開 鋼筋混凝土結構設計: 第八章(受拉構件的承載力計算)
受拉構件相關文檔如下:
受拉構件承載力計算(Tension Member)
強度折減系數(Strength Reduction Factor)小結
壓彎構件
2. 鋼筋混凝土受拉構件的箍筋配置: 箍筋直徑不小于8mm，間距一般為(150~200) mm。
3. 軸心受拉構件的受力特性: 在混凝土開裂以前，混凝土與鋼筋共同負擔拉力。當構件開裂后，裂縫截面處的混凝土已完全退出工作，拉力全部由鋼筋承擔。當鋼筋拉應力到達屈服強度時，構件也到達其極限承載能力。
4. 軸心受拉構件一側縱向鋼筋的配筋率應按毛截面面積計算.
5. 鋼筋混凝土偏心受拉構件類型：當偏心拉力作用點在截面鋼筋 As 合力點與 A's 合力點之間時，屬于小偏心受拉情況。當偏心拉力作用點在截面鋼筋 As 合力點與 A's 合力點范圍以外時，屬于大偏心受拉情況。
6. 矩形截面偏心受拉構件，當偏心距 e0≤(h/2－as)時，按小偏心受拉構件計算。
相關參考:
鋼筋混凝土結構設計: 第一章(概念及材料性能)
鋼筋混凝土結構設計: 第二章(極限狀態設計)
鋼筋混凝土結構設計: 第三章(受彎構件正截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第四章(受彎構件斜截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第五章(受扭構件承載力計算)
鋼筋混凝土結構設計: 第六章(軸心受壓構件正截面承載力)
鋼筋混凝土結構設計: 第七章(偏心受壓構件正截面承載力)
展開 鋼筋混凝土結構設計: 第三章(受彎構件正截面承載力)
在T形截面梁的正截面承載力計算中，假定在受壓區翼緣計算寬度范圍內混凝土的壓應力分布是 ( A )。
(A) 均勻分布
(B) 按拋物線形分布
(C) 按三角形分布
(D) 部分均勻，部分不均勻分布
相關參考:
受彎構件正截面承載力計算 (3)
受彎構件正截面承載力計算---最大配筋率和最小配筋率
受彎構件正截面承載力計算 (2)
受彎構件正截面承載力計算 (1)
單筋矩形截面正截面受彎配筋計算[P69例3-1](1)
單筋矩形截面正截面受彎配筋計算[P69例3-1](2)
鋼筋混凝土結構的基本概念及材料的物理力學性能(1)
鋼筋混凝土結構的基本概念及材料的物理力學性能(2)
鋼筋混凝土結構設計: 第一章(概念及材料性能)
鋼筋混凝土結構設計: 第二章(極限狀態設計)
展開 ABAQUS 小應變分析(例5) 考慮比奧固結的地基承載力分析 ￥67
ABAQUS 小應變分析(例5) 考慮比奧固結的地基承載力分析
該模型模擬剛性條形基礎(strip foundation)在滲流固結作用下的地基承載力。該工況在陸地粘土地基和海洋淺基礎(shallow foundation)中被廣泛考慮。為考慮比奧固結對地基承載力的影響，該模擬采用修正劍橋模型(MCC)。該模型(MCC)被廣泛應用于粘土的滲流固結當中，能較準確地預測因滲流固結導致的土體沉降，有效應力變化，孔隙水壓力和孔隙比(e)的變化。
建模時，先對粘土(Clay)施加先期固結壓力200kPa,以達到預固結的效果；在此基礎上進行土體的預應力平衡；而后對剛性基礎施加一個向下的位移，研究基礎在考慮比奧固結情況下的承載力。
建模及結果展示：
模型位移邊界條件及地基預壓固結
模型網格劃分
模型局部網格細化
條形基礎的承載力位移曲線
條形基礎下壓時的土體應力分布
條形基礎下壓時所激發的周圍土體
條形基礎下壓時土體的等效塑性應變
條形基礎下壓時土體內的孔隙水壓力分布
條形基礎下壓時土體內的孔隙比的變化
展開 
abaqus網格對鋼筋混凝土柱水平承載力的影響
在abaqus中模擬鋼筋混凝土柱時，網格大小對水平承載力影響很大，對于截面尺寸400mm×40mm而言，混凝土網格為100mm時最大承載力比網格50mm高4%左右，但是一般模擬時，避免失真，大家默認混凝土網格不高于50mm，由于計算時間關系，我沒有劃分更細的網格分析承載力規律。 下一步想模擬一下鋼筋網格由100mm變為50mm對結果有沒有影響。 之前做過動力分析，鋼筋網格需要與混凝土網格劃分大小一致，否則影響很很很很大，結果完全不對的那種，不知道對靜力分析有什么影響規律。
偏心荷載作用下地基土極限承載力
偏心荷載下土中應力
漢森(B.Hanson，1961，1972)和魏錫克（Vesic）分別提出的在偏心荷載作用下，地面、基底傾斜，不同基礎形狀及不同埋置深度時的極限承載力計算公式，我國《港口工程技術規范》亦推薦使用。這里簡單介紹地面、基底平整且基底完全光滑的漢森極限承載力。
漢森極限承載力：
地基土承載力特征值：
式中：
也可查下表：
如：某矩形獨立基礎l=b=5，埋深d=1m；置于黏性土上，基底以下土 g＝18kN/m3，基底下一倍短邊寬深度內土的內摩擦角標準值jk =2°，基底下一倍短邊寬深度內土的粘聚力標準值ck =12kPa。基底面積A=25m2。豎向荷載N=2000kN，水平荷載H=200kN。
系數：
荷載傾斜系數：
基礎形狀系數：
深度系數：
安全性評估：地基土安全儲備不足。
本例中的黏性土在地勘報告中提供的承載力特征值fak=110kPa，最終觀測到的沉降遠遠大于20cm。
展開 考慮了雙非線性的復雜鋼結構節點極限承載力分析
表 1 鋼材材料參數表
2.4 荷載施加及邊界條件
選取MIDAS GEN 整體模型中此節點處受力較大的荷載組合工況，表 2為最不利工況組合，表 3為荷載工況說明。
表 2 支座節點主要控制荷載工況
支座2（節點844）最不利工況內力：N = 2.4895e+006 N, My = -2.9235e+008 N*mm, Mz = 3.2967e+008 N*mm (sLCB730, J端)
表 3 荷載工況說明
圖11-12給出了設計最不利工況（sLCB730）下支座2（節點844）對應的荷載值施加，通過ABAQUS弧長法對節點進行分析，最終通過荷載比例系數曲線判定節點的極限承載力
圖11 Midas fea荷載及邊界條件
圖12 ABAQUS荷載及邊界條件
三、有限元計算結果
3.1、Midas fea設計荷載結果
圖13給出了最不利工況（sLCB730）下支座2（節點844）對應的有限元計算結果，支座2最大的應力值為234Mpa，應力最大值出現在V字型與中間加勁板相交處，但應力值小于設計容許值290Mpa，滿足設計要求。
圖13 Midas fea計算mises應力
審圖專家認為本節點是關鍵的傳力節點，需要進行極限承載力的驗算，提出按照設計荷載的1.6倍來復核節點，以驗證節點的安全系數。故本文采用ABAQUS軟件中的弧長法加載的方式進行極限承載力的研究，計算過程中考慮了幾何非線性和材料非線性。
3.2、abaqus節點極限承載力分析
圖14為基于弧長法極限承載力的加載研究，給出了逐步加載的過程節點的塑性開展過程及應力變化情況。
展開 10種地基承載力檢測方法一次講透！
地基承載力
（Subgrade Bearing Capacity）
地基土單位面積上隨荷載增加所發揮的承載潛力，常用單位kPa，是評價地基穩定性的綜合性用詞。應該指出，地基承載力是針對地基基礎設計提出的為方便評價地基強度和穩定的實用性專業術語，不是土的基本性質指標。土的抗剪強度理論是研究和確定地基承載力的理論基礎。
在荷載作用下，地基要產生變形。隨著荷載的增大，地基變形逐漸增大，初始階段地基土中應力處在彈性平衡狀態，具有安全承載能力。當荷載增大到地基中開始出現某點或小區域內各點在其某一方向平面上的剪應力達到土的抗剪強度極限時，該點或小區域內各點就發生剪切破壞而處在極限平衡狀態，土中應力將發生重分布。這種小范圍的剪切破壞區，稱為塑性區（Plastic Zone）。地基小范圍的極限平衡狀態大都可以恢復到彈性平衡狀態，地基尚能趨于穩定，仍具有安全的承載能力。但此時地基變形稍大，必須驗算變形的計算值不允許超過允許值。當荷載繼續增大，地基出現較大范圍的塑性區時，將顯示地基承載力不足而失去穩定。此時地基達到極限承載力。
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