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1、围护结构弹性地基梁法的改进研究论文.freel弹簧代替被动土压力作用。设计计算简图如图1所示。土压力状态有限,主动区与被动区基本不能转化。当围护结构的某些梁元位移方向与假设反向(通常向坑外)时,往往因为约束土压力仍为主动土压力而约束不足,导致位移过大,.freel土弹簧和可能的主、被动土压力,图中p可为主动土压力也可为被动土压力。图2全弹簧弹性地基梁法由于土体是不抗拉的,弹簧作用(实际上代表被动土压力)与主动土压不可兼得,即当弹簧出现拉力时,土抗力比例系数m为0,相应位置作用主动土压;当出现抗压时,则主动土压力为0,采用相应的规范或地区经验规定的m值,以代表被动土
2、压的作用。由弹性地基梁K+Ks{s}={F}可知,随着各种工况的进行,对于某一定点,左端弹簧系数Ks与右端{F}均在变化,该点上的土压力状态也在变化。这样,显然比1法更好地模拟了实际情况。该方法求解过程:1)假设墙前(向坑内面为墙前)为被动土压力,墙后(向土侧)为主动土压力;2)墙前墙后均设弹簧,墙后初始弹簧的m=0,土压力≠0,而墙前初始弹簧的m≠0,土压力=0,建立刚度方程;3)求解,出现正位移(偏离平衡位置压向临土面为正)时,恢复弹簧系数,并取消相应范围内的主动土压力;出现负位移时,弹簧置0,恢复主动土压力,再次求解;4)重复上述步骤直到均满足要求。由此过程
3、可以看出,地基梁的方程求解已经有一定的自调适功能。本法虽然比局部弹簧地基梁法合理,但对围护结构位移的利用还不够,只是利用位移方向判断土压力的主、被动状态,直接代以极限土压力,还不能利用位移大小来考虑土压力随位移变化的多种中间状态,因而调适能力还是有限的。3非线性土压力全弹簧弹性地基梁法非线性土压力理论基础上的全弹簧弹性地基梁法简称3法。2法虽然较1法有所改进,但还有不足,原因在于采用固定的土压力极限值及比较固定的m值。实际上,1)土压力状态无穷多。土压在极限主动土压力与被动极限土压力间有无穷多的状态,实际土压力的大小不仅与墙体位移方向有关,还与墙体位移的大小相关,
4、比如在一些逆做法的地铁车站基坑工程中,实测的墙体水平位移非常小,挖深到地下17m左右位移只有9mm左右;可以想象,这种状况下的土压力是非常接近静止土压力的。2)环境控制要求高,限制土压力达到极限。城市建设中的环境控制越来越严,尤其是墙体位移使土压力很难发展到极限值。土压力实测也表明,围护墙的土压力随墙体的位移变化而改变。当墙体向基坑内变形时,静止土压力随位移变化逐渐减少,并趋向一个极限值,而后基本上不随位移增大而变化;此极限值可考虑为主动土压力。反之,如果墙体向基坑外变形,则土压力随之变化,静止土压力逐渐增大,趋于另一个极限值,而后逐渐稳定下来;此极限值可考虑为被
5、动土压力。作用在开挖面以下的墙前土压力变化与墙后的土压力变化类似。上述土压力与位移一般呈非线性关系,近似于双曲线。计算这类结构的内力和变形应考虑土压力随位移的非线性变化。当挡土墙上部向基坑外变形时,墙后的土体一部分处于被动区,而墙前开挖面以下的土体处于被动区还是处于主动区,不能预先设定。为此,建议采用非线性土压力代替极限土压力。其基点是:最大主动土压力采用朗金主动土压力强度,而最大被动土压力采用朗金被动土压力强度,中间土压力则随着土体位移而变化。这种变化关系往往要根据各地的土质情况进行实验与统计分析确定。以采用类双曲线变化的土压力-位移关系为例。图3土压力随位移的
6、非线性变化uΕ0时,Δp-u曲线称为被动曲线;uΦ0时,Δp-u曲线称为主动曲线。ka、kp分别为主动曲线与被动曲线起始时的土的水平抗力系数;ma、mp分别为主动曲线与被动曲线起始时的土的水平抗力系数的比例系数。当位移向坑外且很大时,墙后土压力趋向被动土压力强度pp,并以此为限;当位移向坑内且很大时,墙后土压力趋向主动土压力强度pa并以此为限。墙前土压力与墙后土压力类似。非线性土压力理论,反映了土压力随土体位移成非线性变化,且当位移较大时,土压力变化速率变小,体现了土的水平抗力系数k随位移的变化而变化的情况。在计算中,不必判断土压力是否小于主动土压力或大于被动土压
7、力。将非线性土压力理论与2法结合,就形成了比较完善的非线性土压力的全弹簧弹性地基梁法,其计算简图见图4。由于采用了非线性土压力,在土压力描述中出现了位移,地基梁方程的左、右端项中将都有位移出现,因此需要采用迭代求解。图4非线性土压力的全弹簧弹性地基梁法计算简图建立在非线性土压力基础上的全弹簧弹性地基梁法比2法更加合理。非线性变化的特点体现了土压力与结构位移的大小和方向的相关性,自调适能力大大增强。4应用根据1法和3法,编制了相应的空间计算分析程序。下面通过一实例说明后者的优越性。新上海国际大厦基坑支护工程位于陆家嘴金融贸易区。该基坑工程采用地下连续墙与钢筋砼支撑形
8、式,基坑开
