[發(fā)明專利]一種排樁-內(nèi)支撐支護體系簡化設(shè)計計算方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910063353.5
• 申請日: 2009-07-28
• 公開（公告）號: CN101615212A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁海慶;孫明;范劍鋒;何克農(nóng);鄭祥斌;袁內(nèi)鎮(zhèn);申俊甫;李受祉;陸祖欣;向艷;王佶;范小春;張光文;張廣海;吳茜婷;孫騫
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;E02D17/20;E02D17/02;E02D5/24
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 潘 杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種深基坑支護體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法，屬于基坑支護設(shè)計計算方法的創(chuàng)新，特別用于排樁-內(nèi)支撐支護體系簡化設(shè)計計算方法。

背景技術(shù)

目前深基坑工程中有多種支護形式，其中排樁-內(nèi)支撐支護體系由于它可靠性高、不侵越紅線、便于與逆作法相結(jié)合等優(yōu)點而受到了越來越廣泛的應(yīng)用。而目前對于排樁-內(nèi)支撐支護體系分析的設(shè)計計算方法主要有兩種：第一種是建立一個基坑支護體系的整體空間有限元模型，將支護樁結(jié)構(gòu)與內(nèi)支撐看作共同作用體，通過有限元計算分析得到結(jié)果。由于建立模型復(fù)雜、計算量過大，需要有相關(guān)計算機軟件和人力支持，實際工程中很少應(yīng)用。第二種是將支護體系的平面支撐框架和豎向支護體分開計算，各自按平面問題簡化計算。計算依據(jù)為我國《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》(JGJ120-99)推薦采用的“彈性支點法”。這種計算方法已在工程實踐中大量應(yīng)用，而且國內(nèi)通行的幾種深基坑計算軟件就是這一方法的程序化。但是這種方法在力學(xué)上存在明顯的理論缺陷，在實際工程應(yīng)用中存在明顯的不便：其一、除了簡單情況之外，實際上都沒有適當(dāng)?shù)挠嬎惴椒▉碛嬎銉?nèi)支撐的剛度，主要靠經(jīng)驗估計，缺乏理論依據(jù)，由于實際計算過程中，內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)在支點處的等效剛度估算的偏差，導(dǎo)致支護樁和內(nèi)支撐在樁頂支點處位移不協(xié)調(diào)。常需反復(fù)試算調(diào)整，才可逐步使計算結(jié)果改善，計算過程繁瑣、重復(fù)。有些軟件采用人為直接調(diào)整樁對內(nèi)支撐作用力(即荷載)的方法，缺乏定量依據(jù)，完全靠主觀估計判斷。其二、在對支撐結(jié)構(gòu)進行平面分析時，為了不產(chǎn)生剛體位移，需在平面框架中設(shè)置約束，為了反映實際，約束支桿應(yīng)加在位移為0的支點上，方向應(yīng)取與0位移相應(yīng)的方向。但實際工程中，由于基坑形狀、土層分布的任意性，基坑周邊上0位移的支點往往很難估計判斷。所取的約束條件不合適，就會引起很大的人為約束反力，造成內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)局部內(nèi)力分布失真。為此，又需要反復(fù)調(diào)整試算，增加了計算工作量。尤其是在多層內(nèi)支撐的情況下，由于層與層之間的相互影響，上述問題顯得更加突出。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能符合排樁-內(nèi)支撐支護體系實際受力狀態(tài)、滿足變形協(xié)調(diào)條件且簡便實用的排樁-內(nèi)支撐支護體系簡化設(shè)計計算方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方法(簡稱為“樁彈簧等效方法”)是不將支護樁和內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)分開，而是將它們作為一個整體體系來計算，即將樁等效為連結(jié)在內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)上的彈簧支座，把主動土壓力轉(zhuǎn)化為作用在內(nèi)支撐支點上的等效結(jié)點荷載，把原體系轉(zhuǎn)化為由樁彈簧支座-等效結(jié)點荷載-內(nèi)支撐組成的等效平面體系，把空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題，使得排樁-內(nèi)支撐系統(tǒng)的計算得到簡化，并滿足樁與內(nèi)支撐的位移協(xié)調(diào)條件，同時也考慮了整個結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)的影響，其設(shè)計方法為：

對于單層內(nèi)支撐的排樁-內(nèi)支撐體系：

取樁-內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的一個截面，將原結(jié)構(gòu)樁頂部結(jié)點處都用附加鏈桿約束住，則在土壓力荷載的作用下，附加約束產(chǎn)生支座反力，將它反向加到原結(jié)構(gòu)上，荷載等效的任務(wù)是將主動土壓力等效成作用于支點處的水平集中力，應(yīng)用荷載等效原則-使結(jié)構(gòu)在原荷載和等效結(jié)點荷載作用下產(chǎn)生相同的結(jié)點位移，而上述樁看作是的彈簧支座的剛度可以通過在樁與內(nèi)支撐節(jié)點處施加單位位移求得，經(jīng)過上述的等效轉(zhuǎn)換，將分布在內(nèi)支撐平面外的土壓力等效至內(nèi)支撐平面。同時確定完每個彈簧支座的剛度系數(shù)后，將“彈簧支座”安裝至內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)四周，最終實現(xiàn)空間模型向平面計算模型的轉(zhuǎn)換；

對于排樁-多層內(nèi)支撐體系：

取樁-多層內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的一個截面，將原結(jié)構(gòu)每層樁支點處都用附加鏈桿約束住，則在土壓力荷載的作用下，附加約束必然會產(chǎn)生支座反力，將它反向加到原結(jié)構(gòu)上，按照上述滿足位移協(xié)調(diào)的排樁-單層內(nèi)支撐支護體系簡化計算方法的原理，將排樁-多層內(nèi)支撐簡化問題歸結(jié)為求各層的等效荷載和支護樁等效為彈簧的剛度，然后采取各層輪換約束-放松的迭代漸進算法，將多層支撐的空間耦合問題轉(zhuǎn)換為一系列單層問題，即先放松單層約束，保留其它層的約束，這時樁仍然視為彈簧支座，求出它的等效剛度，這樣，將本層等效為樁彈簧-本層內(nèi)支撐-等效結(jié)點荷載的平面問題求解，之后，將這一層約束住，放松相鄰的另一層，用同樣方法處理，從而把排樁-多層內(nèi)支撐問題轉(zhuǎn)化成排樁-單層內(nèi)支撐問題的疊加，具體計算過程為：

A、約束第二層支點處位移，釋放第一層支點處鏈桿約束

先放松第1層，保留第2層的約束，故第2層內(nèi)支撐不受力，從而它去除，因此變成一個單層樁-內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，則該層可按單層內(nèi)支撐的排樁-內(nèi)支撐體系計算簡圖求解；

B、約束第一層支點處位移，釋放第二層支點處鏈桿約束