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基坑支护结构内力及变形计算(附带公式)

402 2021-07-12 16:31:01

支护结构内力分析是基坑工程设计中的重要内容,随着基坑工程的发展和计算技术的进步,支护结构的内力分析方法也经历了不同的发展阶段,从早期的古典分析方法到解析方法再到复杂的数值分析方法。此处仅简要介绍组合钢板桩采用古典法计算其内力与变形,弹性地基梁法和数值计算法这两类支护结构内力计算方法可参考第三章桩身内力变形计算的相关内容。

古典静力平衡法、等值梁法均不考虑墙体及支撑变形,将土压力作为外力施加于支护结构,然后通过求解水平方向合力及支撑点弯矩为零的方程得到结构内力。虽然这些方法未考虑墙体变形及墙体与土的相互作用,但在工程界仍广泛运用,在国外的板式支护结构、钢板桩结构的计算规范或手册中均有推荐。

(1) 悬臂式组合钢板桩计算

悬臂式组合钢板桩支护结构无撑无锚,完全依靠组合钢板桩的入土深度来维持支护的稳定及基坑的安全,故其一般仅适用于开挖深度不大的基坑。悬臂式组合钢板桩的入土深度与最大弯矩可按以下计算步骤进行计算,其计算简图如图 2-12 所示∶

a) 通过试算确定组合钢板桩的埋入深度 t1,然后将主动土压力abc 和被动土压

力 def对e 点进行弯矩计算,要求由 def产生的抵抗力拒大于由 acd 产生的倾覆力矩的2 倍。

b)将试算所得的埋入深度 t1 增加 15%,即可确定实际深度 t,以保证钢板桩的

稳定性。

c)求得点 g, 该点为入土深度 t2 处剪力为0的点,并通过试算求出主动土压力

acd 等于被动土压力 dgh,即为g点。

d)计算最大弯矩,其等于 dgh 与 acd绕g点的力矩之差。

e)组合钢板桩截面选型,根据组合钢板桩允许应力与求得的最大弯矩,可以计

算得到组合钢板桩的最小横截面积,从而确定组合钢板桩型号。

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(2) 单撑组合钢板桩计算 a) 单撑浅埋

当钢板桩的入土深度不太深时,结构底端可视为非嵌固,即底端自由支承,计算简图如图2-13 所示。

为使组合钢板桩在非嵌固条件下达到极限平衡状态,作用在支护结构上的锚系力 Ra、主动土压力 Ea 以及被动土压力 Ep 必须平衡。具体计算方法是∶ 利用水平方向合力等于零以及水平力对锚系点的弯矩和等于零,求得支护结构入土深度。带入水平力平衡方程即求得锚系点的锚系拉力 Ra,进而求得支护结构的内力。

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