撐錨共用基坑支護的協同響應及冗余度設計方法.pdf

1、撐錨共用基坑支護是同一基坑內樁（墻）錨支護體系和樁（墻）撐支護體系聯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，尤其是經濟性較好。目前，國內外學者通過理論計算、數值分析和實驗分析等方法對樁錨和樁撐支護結構的受力特性、作用機理等均作了相應的研究，但是對于撐錨共用基坑支護的受力變形特性及協同響應方面的研究尚顯不足。冗余度理論在結構工程中的應用已經較為成熟，然而在地下工程中國內外關于冗余度的理論研究很少。據統計，

2、許多基坑事故是由于擋土結構或支撐體系結構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同響應及冗余度設計方法具有較重要的現實意義。本文結合德州市人民醫(yī)院撐錨共用基坑支護工程，通過調研，總結了近年來撐錨共用基坑支護的相關研究成果，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;利用局部加強設計法及基于Frangopol提出的結構構件冗余度參數計算公式，推算出協同響應冗余度比值;并對撐錨共用基坑支護交界處的協同響應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值模擬研究，計算出α值大小，并通過現場監(jiān)測數據對變形協同響應進行了驗

4、證。
　　本研究主要內容包括：⑴推算出協同響應冗余度比值α（公式3.7），由此可見撐錨共用基坑支護交界處協同響應冗余度比值α的火小與錨索剛度、內支撐剛度等因素有關，撐錨共用基坑不同支護體系交界處變形協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，應使基坑排樁擋墻側壁剛度分布均勻。工程中可通過增加撐錨共用基坑支護交界處預應力錨索的數量

5、，增大錨索冗余度來實現，當α值趨近于1時，協同響應的效果最好。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應力錨素數量，分析模擬數據可知該措施能有效的控制支護樁的側移，交界處變形協調良好，并由現場監(jiān)測數據得以驗證。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同理想，則交界處各道錨索內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調能力效果很好，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，本構模型選取彈性模型，土體采用摩爾-庫倫本構，預應力錨索選用植入式桁架單元，支護樁和內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