一種基坑內(nèi)支撐邊界設(shè)置方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基坑內(nèi)支撐邊界設(shè)置方法，首先確定內(nèi)支撐平面布置形式以及圍檁、內(nèi)支撐桿件的材料和截面尺寸，其次沿著基坑圍檁方向布置僅受壓法向彈簧和切向彈簧，然后根據(jù)彈性地基梁法剖面計算求得的內(nèi)支撐反力作為圍壓荷載施加到圍檁上，圍壓荷載的作用方向垂直于圍檁方向；最后進行基坑內(nèi)支撐平面桿系有限元計算分析，求取各支撐桿件的內(nèi)力。本發(fā)明所提供的邊界設(shè)置方法很好地消除了傳統(tǒng)約束對內(nèi)支撐受力與變形的影響，不僅可得到準(zhǔn)確的內(nèi)支撐水平等效剛度，而且可精確計算各桿件內(nèi)力。本發(fā)明物理意義明確、彈簧剛度系數(shù)取值容易、桿件內(nèi)力計算結(jié)果精確、適用于各種布置形式的基坑內(nèi)支撐，可在基坑支護設(shè)計中推廣應(yīng)用。
【專利說明】
一種基坑內(nèi)支撐邊界設(shè)置方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基坑內(nèi)支撐邊界設(shè)置方法，適用于各種布置形式的基坑內(nèi)支撐平面桿系有限元計算中的邊界設(shè)置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市地下空間的快速開發(fā)和利用，基坑工程越來越多，規(guī)模大、深度深、周邊環(huán)境復(fù)雜已成為基坑工程的顯著特點。目前，基坑支護有著多種形式，排粧或者地連墻加內(nèi)支撐是目前應(yīng)用較多的一種支護結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)支撐因具有支撐剛度大，控制基坑變形和保護周邊環(huán)境能力強，而且不侵入周圍地下空間形成障礙物等優(yōu)點而被廣泛使用。但基坑內(nèi)支撐計算中涉及兩類問題，一類是彈性地基梁計算中內(nèi)支撐簡化為彈簧，彈簧剛度取值問題；另一類是彈性地基梁法中計算得到的內(nèi)支撐反力作為圍壓荷載，進行內(nèi)支撐平面桿系有限元計算的邊界條件設(shè)置問題。針對簡單的水平對撐，規(guī)范提供了水平剛度計算解析式，同時也可使用桿系單元法計算，但對于復(fù)雜的內(nèi)支撐，支撐剛度通常只能通過桿系單元法計算。這樣一來，這兩類問題其實可以劃歸為一類問題，即如何在內(nèi)支撐平面桿系單元法計算中設(shè)置合理的邊界。而目前用的較多的處理方法有以下三種:(I)在模型的局部設(shè)置固定支座，這種方法一般在位移最小的位置設(shè)置固定支座來限制整體模型的剛體位移，一般需要較多的工程經(jīng)驗。(2)在模型的周邊施加法向彈簧，這種方法在結(jié)構(gòu)荷載法計算中經(jīng)常用至IJ，核心的問題是彈簧剛度系數(shù)的選取，一般須根據(jù)工程經(jīng)驗來確定。(3)在模型的周邊施加切向彈簧，從一般的基坑的實測變形情況來看，基坑周邊的切向位移較法向位移要小得多，因此在周邊加切線方向的約束彈簧會更加合理。以上三種方法均需要一定工程經(jīng)驗來確定合理邊界條件，其中方法(I)需要根據(jù)人為的經(jīng)驗判斷位移值較小的地方，并在模型當(dāng)中認(rèn)為該點位移值為零，此方法能大概得出支撐整體變形趨勢及位移極值，但在有限元模型當(dāng)中固定的幾個點處會發(fā)生應(yīng)力集中，得出的支撐及圍檁受力誤差較大，這是難以避免的;方法(2)和(3)通過設(shè)置彈簧單元來平衡掉模型因荷載不對稱產(chǎn)生的外力，所得到的支撐體系受力也較為均勻，不會出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，但彈簧剛度系數(shù)的選取人為性較強，且彈簧對支撐體系受力也會造成一定的影響。因此，提出合理且具有普適性的基坑內(nèi)支撐邊界設(shè)置方法是當(dāng)前亟需解決的工程難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的問題是提供一種基坑內(nèi)支撐邊界設(shè)置方法，該邊界設(shè)置方法物理意義明確、彈簧剛度系數(shù)取值容易、桿件內(nèi)力計算結(jié)果精確、適用于各種布置形式的基坑內(nèi)支撐。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種基坑內(nèi)支撐邊界設(shè)置方法，首先確定內(nèi)支撐平面布置形式以及圍檁、內(nèi)支撐桿件的材料和截面尺寸，其次沿著基坑圍檁方向布置僅受壓法向彈簧和切向彈簧，然后根據(jù)彈性地基梁法剖面計算求得的內(nèi)支撐反力作為圍壓荷載施加到圍檁上，圍壓荷載的作用方向垂直于圍檁方向；最后進行基坑內(nèi)支撐平面桿系有限元計算分析，求取各支撐桿件的內(nèi)力。
[0005]所述僅受壓法向彈簧沿圍檁方向布置并垂直交于圍檁，切向彈簧沿圍檁方向布置并平行交于圍檁，僅受壓法向彈簧與切向彈簧數(shù)量相等，與圍檁存在相同交點的僅受壓法向彈簧與切向彈簧組成一對組合彈簧，由圍檁和若干對組合彈簧形成組合彈性邊界。
[0006]所述僅受壓法向彈簧是指，其一是彈簧的方向是法向，垂直于圍檁；其二是僅受壓。所述僅受壓法向彈簧在受壓時符合胡克定律，在受拉時，彈簧將退出工作狀態(tài)，此時的彈簧剛度系數(shù)為零，提供的反力也為零，但彈簧依舊可以變形;僅受壓法向彈簧可視為基坑周邊地層對粧墻及內(nèi)支撐的約束，土層受壓不受拉(受拉可以忽略不計)，僅受壓法向彈簧的工作機理與其一致，僅受壓法向彈簧具有明確的物理意義，僅受壓法向彈簧的剛度系數(shù)可取為土層的水平向基床系數(shù)。
[0007]所述切向彈簧為一般彈簧，既可受拉，也可受壓，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合胡克定律;切向彈簧可視為粧墻對圍檁提供的切向約束，切向彈簧具有明確的物理意義，切向彈簧的剛度系數(shù)可取為15?10\N/m。
[0008]所述僅受壓法向彈簧和切向彈簧的剛度系數(shù)取值大小對內(nèi)支撐受力無影響。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:僅受壓法向彈簧和切向彈簧形成的組合彈性邊界具有普適性，針對各種布置形式的基坑內(nèi)支撐均適用；并且該邊界設(shè)置方法很好地消除了傳統(tǒng)約束對內(nèi)支撐受力與變形的影響，不僅可得到準(zhǔn)確的內(nèi)支撐水平等效剛度，而且可精確計算各桿件內(nèi)力。
[0010]本發(fā)明物理意義明確、彈簧剛度系數(shù)取值容易、桿件內(nèi)力計算結(jié)果精確、適用于各種布置形式的基坑內(nèi)支撐，可在基坑支護設(shè)計中推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]參見圖1，本發(fā)明包括僅受壓法向彈簧1、切向彈簧2、圍檁3、與圍檁3連接的內(nèi)支撐4。
[0013]本發(fā)明的實施步驟是:首先確定內(nèi)支撐平面布置形式以及圍檁、內(nèi)支撐桿件的材料和截面尺寸，其次沿著基坑圍檁方向布置僅受壓法向彈簧和切向彈簧，然后根據(jù)彈性地基梁法剖面計算求得的內(nèi)支撐反力作為圍壓荷載施加到圍檁上，圍壓荷載的作用方向垂直于圍檁方向；最后進行基坑內(nèi)支撐平面桿系有限元計算分析，求取各支撐桿件的內(nèi)力，進而為基坑內(nèi)支撐的設(shè)計提供依據(jù)。
[0014]所述僅受壓法向彈簧I沿圍檁方向布置并垂直交于圍檁3，切向彈簧2沿圍檁方向布置并平行交于圍檁3，僅受壓法向彈簧I與切向彈簧2數(shù)量相等，與圍檁3存在相同交點的僅受壓法向彈簧I與切向彈簧2組成一對組合彈簧，由圍檁3和若干對組合彈簧形成組合彈性邊界。
[0015]所述僅受壓法向彈簧在受壓時符合胡克定律，在受拉時，彈簧將退出工作狀態(tài)，此時的彈簧剛度系數(shù)為零，提供的反力也為零，但彈簧依舊可以變形;僅受壓法向彈簧可視為基坑周邊地層對粧墻及內(nèi)支撐的約束，土層受壓不受拉(受拉可以忽略不計)，僅受壓法向彈簧的工作機理與其一致，僅受壓法向彈簧具有明確的物理意義，僅受壓法向彈簧的剛度系數(shù)可取為土層的水平向基床系數(shù)。
[0016]所述切向彈簧為一般彈簧，既可受拉，也可受壓，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合胡克定律;切向彈簧可視為粧墻對圍檁提供的切向約束，切向彈簧具有明確的物理意義，切向彈簧的剛度系數(shù)可取為15?10\N/m。
[0017]所述僅受壓法向彈簧和切向彈簧的剛度系數(shù)取值大小對內(nèi)支撐受力無影響。
[0018]
本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
(I)物理意義明確:僅受壓法向彈簧可視為基坑周邊地層對粧墻及內(nèi)支撐的約束，土層受壓不受拉(受拉可以忽略不計)，僅受壓法向彈簧的工作機理與其一致，而切向彈簧可視為粧墻對圍檁提供的切向約束，僅受壓法向彈簧和切向彈簧均具有明確的物理意義。
[0019](2)彈簧剛度系數(shù)取值容易:僅受壓法向彈簧的剛度系數(shù)可取為土層的水平向基床系數(shù)，土的水平向基床系數(shù)可從土工試驗獲取，亦可查閱相關(guān)手冊直接獲取，為工程常用參數(shù)，而切向彈簧的剛度系數(shù)可取為15?10\N/m。
[0020](3)桿件內(nèi)力計算結(jié)果精確:本發(fā)明所提供的邊界設(shè)置方法很好地消除了傳統(tǒng)約束對內(nèi)支撐受力與變形的影響，可得到準(zhǔn)確的內(nèi)支撐水平等效剛度以及各桿件內(nèi)力。
[0021](4)適用于各種布置形式的基坑內(nèi)支撐:對于局部內(nèi)支撐，單獨使用切向彈簧或者僅受壓法向彈簧均將造成內(nèi)支撐體系轉(zhuǎn)動或者漂移，無法得到合理的計算結(jié)果，而使用由僅受壓法向彈簧和切向彈簧組成的組合彈性邊界可以有效解決局部內(nèi)支撐產(chǎn)生轉(zhuǎn)動或者漂移的問題，并且對于整體內(nèi)支撐同樣適用。因而，本發(fā)明所提供的邊界設(shè)置方法具有普適性。
【主權(quán)項】
1.一種基坑內(nèi)支撐邊界設(shè)置方法，首先確定內(nèi)支撐平面布置形式以及圍檁、內(nèi)支撐桿件的材料和截面尺寸，其次沿著基坑圍檁方向布置僅受壓法向彈簧和切向彈簧，然后根據(jù)彈性地基梁法剖面計算求得的內(nèi)支撐反力作為圍壓荷載施加到圍檁上，圍壓荷載的作用方向垂直于圍檁方向；最后進行基坑內(nèi)支撐平面桿系有限元計算分析，求取各支撐桿件的內(nèi)力。2.如權(quán)利要求1所述的基坑內(nèi)支撐邊界設(shè)置方法，其特征在于:僅受壓法向彈簧沿圍檁方向布置并垂直交于圍檁，切向彈簧沿圍檁方向布置并平行交于圍檁，僅受壓法向彈簧與切向彈簧數(shù)量相等，與圍檁存在相同交點的僅受壓法向彈簧與切向彈簧組成一對組合彈簧，由圍檁和若干對組合彈簧形成組合彈性邊界。3.如權(quán)利要求1所述的基坑內(nèi)支撐邊界設(shè)置方法，其特征在于:僅受壓法向彈簧在受壓時符合胡克定律，在受拉時，彈簧將退出工作狀態(tài)，此時的彈簧剛度系數(shù)為零，提供的反力也為零，但彈簧依舊可以變形;僅受壓法向彈簧的剛度系數(shù)可取為土層的水平向基床系數(shù)。4.如權(quán)利要求1所述的基坑內(nèi)支撐邊界設(shè)置方法，其特征在于:切向彈簧為一般彈簧，既可受拉，也可受壓，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系符合胡克定律;切向彈簧的剛度系數(shù)可取為15?10\N/mD5.如權(quán)利要求1所述的基坑內(nèi)支撐邊界設(shè)置方法，其特征在于:所述僅受壓法向彈簧和切向彈簧的剛度系數(shù)取值大小對內(nèi)支撐受力無影響。
【文檔編號】E02D17/04GK105862877SQ201610359023
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】李松, 馬鄖, 劉佑祥, 張曉玉, 王奎, 張德樂, 龍曉東, 程莉, 朱佳, 范曉峰, 郭運, 張楊, 羅春雨, 易麗麗, 孫盼, 倪欣, 余舜
【申請人】中南勘察設(shè)計院（湖北）有限責(zé)任公司