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岩土研究院

理想轴心压杆的钢支撑极限承载力

350 2021-07-15 11:17:48

(1)钢支撑竖直平面内的计算长度

国内钢结构长细比的计算使用的压杆和拉杆的长度均为计算长度。钢支撑通常一端焊接在钢围檩上或者地连墙的预埋钢板上,另一端是活络头,在活络头一端可以通过液压干斤顶施加预应力。钢支撑的两个端头通常使用型钢支架或者钢吊钩支撑钢支撑防 止上其向下滑动,型钢支架和钢吊钩如图2-3。

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对于钢支撑的端头固定来说,型钢支架或者钢吊环限制了钢支撑在竖直平面内的自由度。钢支撑架设后都要通过活络端头对支撑施加预加轴力,预加轴力的施加可以消除钢支撑与钢围檩之间以及钢围檩与地连墙之间的空隙和松弛。预加轴力的施加又使地连墙和钢围檩限制了钢支撑沿轴线水平方向的自由度。型钢支架机和钢吊钩以及预加轴力对钢支撑两个方向自由度的限制可以看作铰支结构。而且钢支撑与钢围檩之间通过焊缝连接,可以看作在一定程度上限制了钢支撑的转动自由度,而活络头对钢支撑转动自由度的限制作用较弱,所以总体来说钢支撑两端连接形式是介于两端铰接和一端固定与一端铰支之间。

通常端部约束条件直接决定了轴心受压构件 (柱)的计算长度系数∶

两端铰接L=1.0;两端固定L=0.5;一端铰支一端固定L=0.7;悬臂L=2.0。

可以得出,钢支撑的计算长度系数介于1.0与0.7之间。根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012(以下简称《规程》)对支撑构件计算长度的规定∶基坑内水平支撑在竖直平面内的计算长度,当基坑布置中间立柱时,其支撑的计算长度取相邻立柱的中心距,当基坑无中间立柱时取支撑实际长度。可以看出,对钢支撑的计算长度系数取1.0是偏于安全的考虑。有中间立柱和无中间立柱的基坑支护示意图见图2-4。

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对于太原地铁2号线大南门站的地铁车站深基坑,由于钢支撑中间设有中间立柱,所以计算长度取钢支撑长度的一半,即12m。

(2)钢支撑水平平面内的计算长度

钢支撑在水平方向的计算长度系数由端头固定形式决定。钢支撑在沿支撑轴线方向通过预加轴力的作用与钢围檩和地连墙连接限制其轴线方向的自由度。水平方向钢支撑与钢围檩连接部位两侧分别有上,下两道支撑钢肋将钢支撑和钢围檩焊接,支撑钢肋充分限制了钢支撑端头在水平方向的白由度,所以,钢支撑在水平平面内可以看作较接。 支撑钢肋示意图见图2-5。

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由于钢支撑与钢围檩在端头焊接连接,另一端通过活络头连接,所以其在水平平面内的连接方式介于两端铰接与一端铰接一端固定之间。偏于安全考虑,计算长度系数取 1.0。

根据《规程》对支撑构件计算长度的规定∶ 当水平杆件在水平面交汇时,水平支撑在水平面内的计算长度取与支撑相交的相邻水平支撑杆件中心距。如果不同的水平支撑的交汇点不在同一水平面内时,支撑在水平平面内的受压计算长度为与支撑相交的相邻支撑杆件中心距的1.5倍。对于有临时立柱的基坑,通常在每道钢支撑由沿基坑纵向的连系梁与钢支撑和临时立柱固定,纵向钢连梁示意图如图2-5。纵向钢连梁与钢支撑的交汇点不在同一水平面,此时钢连梁对钢支撑在竖直面上的限制作用较强。

水平方向由U型扣件和螺栓固定,限制作用相对较弱。所以,取相邻支撑杆件中心距的1.5倍是偏于安全的考虑。大南门站基坑宽度24m,临时立柱位于基坑中间位置,根据上述对于连接性形式的分析和规范要求得到钢支撑水平平面内的计算长度为18m。

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