支護結構設計的案例
八種常見基坑支護、五種生態邊坡支護結構形式，熟記！
06
地下連續墻
優勢：剛度大，止水效果好，是支護結構中最強的支護形式。
劣勢：造價較高，施工要求專用設備。
適用：地質條件差和復雜，基坑深度大，周邊環境要求較高的基坑。
07
土釘墻
土釘墻是一種邊坡穩定式的支護,其作用與被動的具備擋土作用的上述圍護墻不同,它是起主動嵌固作用,增加邊坡的穩定性,使基坑開挖后坡面保持穩定。
優勢：穩定可靠、施工簡便且工期短、效果較好、經濟性好、在土質較好地區應積極推廣。
劣勢：土質不好的地區難以運用。
適用：主要用于土質較好地區。
08
SMW工法
SMW工法亦稱勁性水泥土攪拌樁法,即在水泥土樁內插入H型鋼等(多數為H型鋼,亦有插入拉伸式鋼板樁、鋼管等) ,將承受荷載與防滲擋水結合起來,使之成為同時具有受力與抗滲兩種功能的支護結構的圍護墻。
優勢：施工時基本無噪聲,對周圍環境影響小；結構強度可靠,凡是適合應用水泥土攪拌樁的場合都可使用；擋水防滲性能好,不必另設擋水帷幕；可以配合多道支撐應用于較深的基坑；此工法在一定條件下可代替作為地下圍護的地下連續墻,在費用上如果能夠采取一定施工措施成功回收H 型鋼等受拉材料，則大大低于地下連續墻,因而具有較大發展前景。
適用：可在粘性土、粉土、砂土、砂礫土等土層中應用。
展開 碎屑物沖擊時擋板結構的支護性能模擬
無擋板
側面：
正面：
方形擋板
側面：
正面：
三角形擋板
側面：
正面：
通過上面的動圖可以非常明顯的感覺到擋板結構對后一段的碎屑物有非常突出的支護性能。
這里看一下運行到5s的時候的力鏈圖：
無擋板：
這里可以明顯的看出，前緣的碎屑物和后緣有力學上的不連續性。
方形擋板：
三角形擋板：
可以看到擋板間形成的土拱有效的抵抗了后緣碎屑物的沖擊。
這里再看一下沖擊力的大小，下圖為三角形擋板支護時的沖擊力，由于初始的顆粒沒有阻礙，所以初期會有很多顆粒以比較大的速度沖擊頂板上，導致初期有比較大的波動。這里用FFT每50點進行平滑處理，處理后的為紅色線。
因為數據量比較大，origin沒抗住，這里用excel簡單畫了一下：
可以看出擋板結構對碎屑流有比較好的支護性能，方形擋板略優于三角形，但是三角形耗材少，具體工程指導得按實際來。
展開 板樁墻等支護體系設計指南！
圖片文字來自網絡，版權歸原作，如侵權聯系刪除。
開挖引起支護結構頂部向坑外位移，正常嗎？
用摩爾庫倫（MC）進行基坑開挖計算時，可能會出現支護結構頂部向基坑外位移的現象，有點類似于踢腳破壞，這種情況正常嗎？
如圖1所示，有一基坑，開挖深度4m，寬度（1/2）6m，分析區域20m*20m，懸臂擋墻厚0.6m，深12m。土體采用MC模型，彈性模量10MPa，泊松比0.3，摩擦角25度，粘聚力5kPa，土體容重20kN/m3，水平土壓力系數0.5。擋墻和土體之間設置接觸面（面對面），摩擦系數0.466。分兩層開挖（1m和3m）
圖1
圖2和圖3分別給出了第一、二次開挖的墻體位移矢量圖。第一次開挖墻體向基坑外位移，類似于踢腳破壞，與實際情況中觀察到的大部分規律不同。第二次開挖墻體向基坑內位移，但分布規律和預期的懸臂梁（頂部最大）還有所區別。
圖2和圖3
出現這種原因主要是由于土體在卸載過程中回彈變形，深部土體的向坑內變形帶動墻體變形（有旋轉的趨勢），深部土體變形越顯著（圖4），這種現象越明顯。當開挖深度較深后，局部土體進入破壞，剛度下降，這種現象得到緩解。
圖4
如果土體確實發生如此的回彈變形，那踢腳位移模式是可能的（但這與工程的踢腳破壞不一致，如果觀察塑性區，此時大部分土體并沒有屈服）。
從計算的角度來看，出現該現象與以下假設有關。
（1）水平土壓力系數。如果水平土壓力系數越大，水平卸載越大，相應的向基坑的水平變形越大，圖5是k0=1的計算結果。雖然向外的位移量有所減少，但是規律并沒有變化。
圖5
（2）接觸面摩擦系數。如果接觸面光滑，土體向上帶動樁體的能力就會減小。圖6是光滑接觸面的計算結果。本例中效果明顯。
圖6
（3）彈性模量的分布。
展開 
軟弱巖體中隧道支護設計的初步估算(Tunnel support in weak rock)
下面分別討論這5個區域使用的分析方法及其支護建議。
(A) 應變<1。處在這個區域的隧道很少有穩定性問題，可以使用非常簡單的隧道支護設計方法,例如基于巖體分類RMR或Q方法的隧道支護建議；隧道施工條件非常簡單，通常使用巖石錨桿和噴射混凝土進行支護。
(B) 應變在1 to 2.5。處在這個區域的隧道使用收斂限定方法(Convergence Confinement Methods )預測隧道圍巖的塑性區，計算塑性區的漸進發展與不同支護類型之間的相互作用；這類隧道有輕微的擠壓問題，通常使用巖石錨桿和噴射混凝土來處理，有時會添加輕型的鋼支架或格子梁以增加安全性。
(C) 應變在2.5 to 5。處在這個區域的隧道使用二維數值分析，包括模擬結構元和和開挖順序，工作面的穩定性通常不是太大問題；此類隧道出現嚴重的擠壓，開挖后需要快速安裝支護，并仔細控制施工質量，一般需要在噴射混凝土中嵌入重型鋼支架。
(D) 應變在5 to 10。處在這個區域的隧道設計應以工作面的穩定性問題為主，應該進行二維或三維數值分析，估算工作面加固的影響; 此類隧道會出現非常嚴重的擠壓和工作面穩定性問題，通常需要在噴射混凝土中嵌入鋼支架對工作面進行加固。
(E) 應變>10。處在這個區域的隧道其工作面嚴重不穩定，圍巖對隧道的擠壓變成一個極其困難的三維問題，目前還沒有有效的設計方法, 大多數的解決方案都是基于經驗設計的; 對于這種極端的擠壓問題，通常需要對工作面進行支護，也可能需要使用屈服支護。
3 應用實例
在地表下60m深的巖體內擬開挖一條直徑為12m的隧道。巖體屬性由Hoek-Brown準則來定義：原巖強度σci=7 MPa，常數mi=10，GSI=15。巖體彈性模量E=353MPa, 泊松比v=0.3。
展開 一文搞定基坑支護土釘墻/復合土釘墻設計要點
基坑圍護體系的設計方法、施工技術、檢測手段以及基坑工程理論都有了很大的進步。但由于基坑工程的特殊性，包括區域性、個體差異性等等，基坑工程發生事故的概率往往大于主體工程，有調查顯示，
基坑工程事故率可達到20％左右。
本文將以北京地區為例，介紹土釘墻/復合土釘墻設計要點，讓廣大基坑支護工程師快速了解這一支護類型。
基坑支護設計之土釘墻
（一）土釘墻的概念及土釘類型
（二）土釘墻的特點及局限性
（三）土釘墻的設計過程
（四）土釘墻的凍融破壞
擠擴支盤樁支護基坑優化設計方法Abaqus有限元分析
1計算任務的描述
為探討基坑支護工程中擠擴支盤樁的優化設計方案，結合室內模型試驗結果，利用Abaqus軟件模擬支盤樁的成樁過程及成樁后基坑開挖過程，分析樁體受力特征及樁后土體變形特征，進而探討樁-土作用機制。模型設計平面圖如圖1所示。
圖1 支盤樁平面布置圖(單位：cm)
1--模型樁，2—反力梁，3—開挖臨空面，4—土工槽。開挖1mm長，反力梁距坑邊0.75m
長×寬×高=3.5 m×2.5m×2.8 m。開挖1.5m長
表1 地基土力學參數
混凝土樁與土層的接觸面參數設定為Kn=15 MPa，Ks=15 MPa，fric=15.
2 仿真計算采用的設備基本情況（CPU、內存等）
計算采用移動工作站Dell Precision 7510，CPU為 Intel Xeon E3-1535M 雙核處理器；內存為64GB。
3 計算模型的處理技術
（1）樁-土接觸模型創建技術
（2）不規則實體網格劃分技術
4 方法計算的機時耗費情況
計算耗費時間在一個小時以內。
5仿真計算的結果分析
圖2 樁-土裝配及耦合
圖3 樁-土裝配及耦合
圖4 樁后土體位移及樁身彎矩計算
6 結論
本文利用Abaqus通過以下工作的實施，實現了擠擴支盤樁基坑支護的優化設計：
（1）支盤樁復雜排架結構建模，以及樁-土接觸模型建模；
（2）成樁過程中樁-土相互作用模擬（樁擠壓土）；
（3）基坑開挖過程中樁-土相互作用模擬（土擠壓樁）；
（4）完成了樁體受力分析以及樁后土體位移分析；
（5）在此基礎上，提出了雙排擠擴支盤樁優化設計方案。
展開 OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計
OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計
OCAD應用：菲涅爾透鏡初始結構設計
圖1.菲涅爾透鏡結構形式
菲涅爾透鏡是一種利用多層環形圓錐表面構成的特殊面型結構，用以使光線按預定會聚角會聚的光學元件，他等效于一個球面透鏡，如圖2所示。菲涅爾透鏡多用于要求結構簡單的大孔徑非成像系統，特別是照明系統更為常見。這類系統往往只需要一個單片透鏡，工藝簡單可以模壓成形。在對該類透鏡初始結構設計時利用 OCAD 程序也非常簡單。只要在數據表格中的“表面面型”欄內選擇“菲涅爾面”，接著界面會出現菲涅爾面型設計窗體如圖3。在此窗體表格內首先 利用其中“下插入”或“刪除”工具按鈕確定菲涅爾面的環形圈數，再給出菲涅爾面的表面等效焦距值，進一步按“確定”按鈕即可自動算出該菲涅爾面的各環錐面傾斜角度值。
圖2.菲涅爾透鏡設計菜單
圖3.菲涅爾表面設計窗體
菲涅爾面的基底一般是平面，有時為了某種特殊用途也可以是球面，但這時的球面半徑僅僅只作為菲尼爾面的基底，沒有像球面透鏡那樣具有光焦度的貢獻。決定該面光焦度的是菲涅爾面的等值焦距而不是該面基底半徑。帶有球面基底的菲尼爾面的設計方法與以上相同。
由圖3可以看出，OCAD 在對菲涅爾透鏡自動設計時可以嚴格把各環帶中點的光線匯聚于一點，但對于整個環帶菲涅爾透鏡而言，其橫向像差取決于環帶寬度，因為就每個環帶而言只是個平面光錐，只使光線轉折不能會聚也不能消色差。菲涅爾透鏡的光斑點列圖如圖4。
圖4.菲涅爾透鏡光斑點列圖
圖5.菲涅爾透鏡光學零件圖
對帶有菲涅爾面型的光學系統（菲涅爾透鏡）設計完成之后，OCAD 可以像其他非球面鏡一樣繪制各種光學圖紙。在繪制零件圖是還可以繪出菲涅爾面的所有面型參數，如圖5所示。
展開 【產品設計】鈑金結構防塵防水設計，結構工程師必備知識點！
針對鈑金結構機柜防塵防水設計工作，設計人員要思考結構的設計要點，并明確防塵防水設計的原理和具體的對策，只有這樣才能夠提升設計的水平和設計的質量。
鈑金結構機柜的結構類型和聯接方式
1.1鈑金結構機柜的結構類型
鈑金結構機柜指的是運用鈑金工藝加工制造的機柜，加工過程中使用的加工藝有剪、沖、折、焊和表面處理。鈑金結構機柜的結構類型根據分類標準的不同，主要可以分為以下幾類：第一，按照機柜的框架可以分為立柱橫梁結合型與整板型兩種；第二，按照鈑金機柜的角聯接方式可以分為四種類型，分別是螺釘聯接、粘接聯接、銷聯接、焊聯接。
1.2 鈑金結構機柜框架的聯接方式
鈑金結構機柜的聯接方式指的是鈑金結構機柜主體結構的聯接方式。隨著機柜加工工藝的發展，鈑金結構機柜既可以采用整面板的結構制作而成，也可以通過一定尺寸的插件連接而成。一般情況下，鈑金結構機柜的結構主要有以下幾個部分：前橫梁、后橫梁、側橫梁、和立柱組成的框架。（我們推薦你關注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業信息）
一般這幾部分的截面形狀是保持一致的，設計的過程盡量采用定型成熟的框架結構。其中前后橫梁、立柱和側橫梁的聯接可以通過彎折形狀和與彎折形狀相配合的避位運用穿插技術進行聯接，也可以采用焊接或角件方式進行聯接。
鈑金結構機柜防塵防水設計要點分析
在對放置這些電子設備的鈑金結構機柜進行設計時，設計人員一定要根據 IP 防護等級充分考慮到機柜的防護性能。
展開 【專業知識】壓鑄件的結構設計及壓鑄工藝知識，產品結構設計必備！
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李曉峰
Bentley資深應用工程師
擁有十多年結構分析工程行業經驗。熟悉各國結構設計標準，精通STAAD.Pro在各行業的典型應用。
在Bentley主要負責其結構分析產品STAAD.Pro/RAM在大中國區域的技術支持工作。在加入Bentley的十五年間，作為產品專家和結構咨詢師，參與了上百個大型結構項目，涉及行業包括電力，石油石化，冶金，煤炭，能源，環保，公共建筑等領域。
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展開 結構優化設計分析系列（三）：APDL在Workbench中的優化設計 ￥9
1.1 優化設計概述
所謂優化，是指最大化或最小化，而優化設計是指尋找一種方案以滿足所有的設計要求，并且需要的支出最少。
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展，結構優化算法取得了較大的發展。根據設計變量的類型不同，結構優化已由較低層次的尺寸優化發展到較高層次的結構形狀優化，進而發展到更高層次的拓撲優化。優化算法也由簡單的準則法發展到數學規劃法，進而發展到遺傳算法等。
在保證產品達到某些性能目標并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產品的指標或性能達到最期望的目標，就是優化方法。
1.2 優化分析工具
ANSYS Workbench 結構優化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優化工具)、Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具)、Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具)、Response Surface(響應曲面優化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優化工具):設置優化目標，利用默認參數進行優化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設計點。
(3)Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具):可以得出某一輸入參數對響應曲面的影響的大小。
展開 【結構設計】鈑金設計20年設計經驗總結，實打實的干貨，不看就虧大了！
經驗總結#14：標簽在機箱上的標記
機箱開模之前最好先設計已知所需標簽之位置及大小，可先于機箱上打上標記，方便貼標簽時之對準。最常見的標記有兩種：
1.在標簽的四周打”L”形的記號，或左邊的上下兩側，或上方的左右兩側。此方式模具費較便宜，但標簽凸出機箱表面，容易被刮傷。
2.以標簽的形狀大小再加大0.3mm的尺寸，于欲貼標簽處打個
0.2~0.3mm的凹痕。
不管用何種方式可在四個角選一適當的角做45度的導角。機箱上的標記相對的位置做相同的45度導角。做防呆用。避免標簽在不同的時間或不同的工作人員貼了不同的方向。
經驗總結#15：服務器機箱中墻
1、服務器機箱在機架上時左右兩側各有滑軌支撐著，故在縱深方向不會有凹陷的疑慮。但在橫向方面，機架寬度450mm，扣除左右各一滑軌10.mmX2，機殼寬度大約430mm。在如此寬，厚1.2mm的鈑金件上中央部位不下陷也難。機箱本身就包含有前后墻，若縱深較長的機箱再加設計一中墻，則可避免凹陷的疑慮。中墻的設計最好設計成類似C型鋼的結構且與兩側墻及機箱底部做緊密的結合，整個系統的強度將大大的提升。即使無法依直線延續時，設計個斷差也比中途截斷來得強。
2、中墻除了可增加機箱強度，固定風扇、導風管外，若與上蓋內部做了完善的接觸將可做EMl有效的防制，大大的防止主板的噪聲從前方散發。因此最好避免將塑料零件搭在中墻上，阻隔了與上概的接觸。
3、有斷差的地方要避免銳角的發生，別忘記設計大R角。以免上蓋重壓時，銳角頂住上蓋產生激凸影響外觀。
經驗總結#16：凸點定位
1、在機箱組裝設計中常會有兩件組合，或3、4件以上的互相組合件。
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