撐錨共用基坑支護的協(xié)同響應(yīng)及冗余度設(shè)計方法.pdf

1、撐錨共用基坑支護是同一基坑內(nèi)樁（墻）錨支護體系和樁（墻）撐支護體系聯(lián)合使用的一種新型支護形式。這種支護形式對于環(huán)境差異較大的基坑有明顯的優(yōu)勢，尤其是經(jīng)濟性較好。目前，國內(nèi)外學者通過理論計算、數(shù)值分析和實驗分析等方法對樁錨和樁撐支護結(jié)構(gòu)的受力特性、作用機理等均作了相應(yīng)的研究，但是對于撐錨共用基坑支護的受力變形特性及協(xié)同響應(yīng)方面的研究尚顯不足。冗余度理論在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，然而在地下工程中國內(nèi)外關(guān)于冗余度的理論研究很少。據(jù)統(tǒng)計，

2、許多基坑事故是由于擋土結(jié)構(gòu)或支撐體系結(jié)構(gòu)的變形過大或者不同支護形式共用時變形差異過大引起的，因此，在撐錨共用基坑支護中引入冗余度設(shè)計理論，對保證工程的安全性是十分必要的，研究該支護形式的協(xié)同響應(yīng)及冗余度設(shè)計方法具有較重要的現(xiàn)實意義。本文結(jié)合德州市人民醫(yī)院撐錨共用基坑支護工程，通過調(diào)研，總結(jié)了近年來撐錨共用基坑支護的相關(guān)研究成果，介紹了基坑工程中的冗余度理論及其分類，提出現(xiàn)階段研究存在的問題。采用MIDAS-GTS有限元軟件建立算例模型，

3、通過數(shù)值模擬分析了撐錨共用基坑支護變形規(guī)律;利用局部加強設(shè)計法及基于Frangopol提出的結(jié)構(gòu)構(gòu)件冗余度參數(shù)計算公式，推算出協(xié)同響應(yīng)冗余度比值;并對撐錨共用基坑支護交界處的協(xié)同響應(yīng)冗余度比值進行計算，對比分析了算例中撐錨共用基坑支護交界處的錨索在不同加密措施下α值大小，選出趨近于1的加密方案;最后論文依托德州市人民醫(yī)院門診樓擴建基坑工程，對樁錨與樁撐共用支護基坑進行數(shù)值模擬研究，計算出α值大小，并通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對變形協(xié)同響應(yīng)進行了驗

4、證。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴推算出協(xié)同響應(yīng)冗余度比值α（公式3.7），由此可見撐錨共用基坑支護交界處協(xié)同響應(yīng)冗余度比值α的火小與錨索剛度、內(nèi)支撐剛度等因素有關(guān)，撐錨共用基坑不同支護體系交界處變形協(xié)同的最佳效果是樁撐與樁錨變形值趨近于相等，達到S'mr=S'zr的效果，即α值趨近于1。⑵為了提高撐錨共用基坑不同支護體系交界處的抗連續(xù)倒塌能力，應(yīng)使基坑排樁擋墻側(cè)壁剛度分布均勻。工程中可通過增加撐錨共用基坑支護交界處預(yù)應(yīng)力錨索的數(shù)量

5、，增大錨索冗余度來實現(xiàn)，當α值趨近于1時，協(xié)同響應(yīng)的效果最好。本例中通過增大撐錨共用基坑支護交界處的弱剛度即增加第一道和第三道預(yù)應(yīng)力錨素數(shù)量，分析模擬數(shù)據(jù)可知該措施能有效的控制支護樁的側(cè)移，交界處變形協(xié)調(diào)良好，并由現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)得以驗證。⑶撐錨共用基坑不同支護體系交界處樁撐與樁錨的樁體水平位移曲線的變形規(guī)律應(yīng)基本吻合。在本算例中加密撐錨共用基坑支護交界處錨索的數(shù)量后樁錨支護與樁撐支護最大水平位移相差0.16mm，加密后兩種支護位移差減小了

6、98.29％，并且加密后樁錨與樁撐處的樁體水平位移自上而下都呈先增大后減小的“鼓肚”形式，兩條曲線變形規(guī)律基本一致。⑷如果撐錨共用基坑支護交界處變形協(xié)同理想，則交界處各道錨索內(nèi)力的變化不能有突變。本例中加密第一道和第三道錨索時撐錨共用基坑支護交界處各排錨索軸力最大值隨著開挖的進行呈現(xiàn)平穩(wěn)的變化趨勢，錨索軸力值沒有發(fā)生突變，各道錨索軸力的最大值也遠小于監(jiān)測報警值，說明撐錨共用基坑支護交界處變形協(xié)調(diào)能力效果很好，加密措施是安全可行的。⑸為了

7、選取α值趨近于1的加密措施，達到S'mr=S'zr的效果，運用MIDAS-GTS軟件建立有限元模型，本構(gòu)模型選取彈性模型，土體采用摩爾-庫倫本構(gòu)，預(yù)應(yīng)力錨索選用植入式桁架單元，支護樁和內(nèi)支撐選用線性梁單元。通過坑頂水平位移和樁體水平位移的模擬結(jié)果與實際監(jiān)測值的對比分析，得出兩者的變化趨勢基本吻合，所以運用MIDAS-GTS軟件建立有限元模型的方法是合理的，可為類似工程提供參考。⑹在基坑開挖完成后，支護樁樁身的深層水平位移達到最大，最大水