欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

基坑支护设计及内力方法分析(垂直方向)

379 2021-07-16 15:07:46

基坑支护由支护的强度控制转移到以内力和变形相结合的控制的设计方法。根据是否需要考虑支护结构的变形,将其设计方法分为以下三种。

(1)经典法(极限平衡法)

基坑支护设计较早采用的方法,是使挡土结构物在非嵌固时达到极限平衡状态,结合经典土力学理论计算出作用在挡土结构上主动土压力 Ea、被动土压力 Ep 与锚系力 Ra 三者间的力系必须达到平衡,即合力为零;结合平面平衡方程,利用水平方向上合力为零,即合力为零;结合平面平衡方程,利用水平方向上合力为零,然后由力矩平衡条件计算桩的入土深度,代入平衡方程求得支撑点的内力,进而由方程可以得出挡土结构的内力值。但因计算假定较简单,对简单的单支点满足,却很难满足复杂式基坑支护结构的计算。为此采用等值梁法 (假想铰法),下部结构为一次超静定,上部为简支梁;详见下图 2-8 所示。

image.png

(2)弹性地基杆系有限单元法

当前基坑最常用的方法为弹性地基杆系,采用其研究支护结构流程步骤为∶ 1、将结构体系简单化,把围护结构拆分为几个较为单一构件,按其受力特性施加约束,将整体的结构就可简化为受力不复杂的平面杆系小单元。比如有弹性地基梁单元,端部均固接的梁单元等。通用计算模型如图 2-9 所示。

image.png

2、节点需符合位移协调要求,可列出平衡方程来进行求解运算,取其的变形量作为其未知量。

3、将每子结构的网格进行细分化; 即沿竖向将挡土结构划分成有限个单元体。所划分的网格节点布置的位置应尽量在结构的截面处或者是外力发生突变的、基床系数变化段及支撑作用点处。

image.png

5、由力学平衡可知,单元内外荷载需等价。某单元的节点力的求解可以通过上述公式 2-2 得出。在给定的外荷载的情况下,可求得各未知节点的位移值,再通过平衡条件和刚度矩阵反算出单元内力。结构位移乘以基床系数求得弹性地基梁的地基反力。

在计算模型中,基坑面上部的围护结构用梁单元简化代替,基坑面下部可考虑简化成弹性地基梁的受力模式,其中水平内支撑为杆单元,所受力为水土压力及部分地面超载。

对梁单元,确定坐标系,以梁轴线为 x 轴,方向竖直向上,则可写出关于该梁单元的刚度矩阵为∶

image.png

image.png

image.png