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钢筋混凝土支撑计算程序及要点

323 2021-08-23 13:23:18

目前深基坑的平面尺寸越来越大,基坑宽度达数十米甚至上百米;基坑深度也越来越深,达十几米甚至三十来米。如果采用将支撑体系分解成单根压杆来进行计算的设计已不能满足工程的需要,如果设计的支撑体系缺乏整体刚度,其安全性就没有可靠的保证,这已在工程实践中得到证明。

为解决上述问题,将支撑体系在结构上设计成一个水平的封闭框架。并尽可能采用钢筋混凝土现浇结构,这样就大大提高了它的整体刚度。因为支撑是一种临时结构,只需要满足施工阶段的各项技术参数和工况要求。在方便施工、节省投资的前提下,尽可能地优化结构的几何布置,选择有足够刚度和受力性能良好的几何形式,从而实现安全、经济的最佳设计。

结构分析方法

深基坑支护结构一般由围护体系和支撑体系两部分组成,严格地讲,挡土的围护结构与封闭支撑结构共同组成一空间结构体系,两者共同承受土体的约束及荷载的作用。因此,支撑体系的水平位移包括两部分; 一是在荷载作用下,支撑体系的变形;二是刚体位移 (包括平移及转动),是由于基坑开挖过程中,基坑各侧面的荷载不同而发生的,该刚体位移的发生使基坑各侧面的荷载重新调整,直至平衡。

在不考虑刚体位移的前提下,为简化计算,可以围护体系和支撑体系在考虑相互作用后分别单独计算,围护体系沿基坑周边取单位长度围护墙为计算单元进行计算。钢筋混凝土支撑体系按平面封闭框架结构设计,其外荷载由围护体系直接作用在封闭框架周边与围护体系连接的围檩上。封闭框架的周边约束条件视基坑形状、地基土物理力学性质和围护体系的刚度而定。对这个封闭框架结构,要计算在最不利荷载作用下,产生的最不利的内力组合和最大水平位移。按照基坑的挖土方式及挖土的不同阶段考虑多种不同工况,对每一种工况的不利荷载,分别计算围护体系和钢筋混凝土支撑体系的内力和水平位移。

1.计算程序及要点

1)选择合适的结构几何参数,计算钢筋混凝土支撑的水平变形刚度Kc

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由于钢筋混凝土支撑在支撑力作用下,围檀上不同截面的水平位移不相同,支撑刚度 Kc也不相同。为了控制基坑墙体的最大水平位移,在计算时使其偏于安全,可取钢筋混凝土支撑围檩的最大水平位移为水平变形柔度。

2)根据土层的物理力学性质指标,按杆系有限元法程序,计算围护墙的内力和墙体的最大水平位移△,并求支撑对墙体结构的支撑力 N。

3)判别基坑墙体最大水平位移是否满足

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1)调整支撑体系的标高;

2)加大支撑杆件的截面尺寸,即增加支撑体系的水平变形刚度;

3)加大挡墙墙体厚度或加大插入深度。上述三种调整措施中,调整支撑体系的标高,对基坑水平变形的控制最有效, 如果仍无法满足,再按 2)、3)进行调整,直至式(6-23)满足。

4)用有限元法计算钢筋混凝土支撑的内力并进行配筋计算。

2.计算框图

计算框图如图 6-12 所示。

平面呈知矩形的基坑,当采用灌注桩挡土和角撑体系的支撑时,由于长边承受坑外土压力的总和要比短边大,往往会产生机构位移,如图 6-13 所示。

当基坑各侧壁荷载相差较大时, 如相邻基坑同时开挖,基坑坑外附近的相邻工程进行打桩施工以及其它因素引起基坑侧壁的不平衡荷载,可能引起整个基坑向一侧"漂移",使支撑体系的刚体位移很大。

为了计算上述机构位移或刚体位移,需将支撑体系与挡土结构一同视为空间结构进行分析。