柔性钢支撑结构的一种计算

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1、２０１５年第６期（总第１５９期）江西建材交通工程柔性钢支撑结构的一种计算■秦伟■中铁二十三局集团第一工程有限公司，山东日照２７６８２６摘要：本文通过钢支护结构的多种计算方法，阐述了弹性地基梁方法的应用原表２．１地质土层参数表理和适应性，并用具体过程实例介绍了计算过程，计算结果较为接近监土层顶标高极限侧摩阻力ｑ内摩擦角Φ容重γ粘聚力ｃ测数据，证明这是一种基本接近实际的计算方法，值得在类似工程应用土层中推广使用。ｍｋｐａ°ＫＮ／ｍ３ｋｐａ关键词：柔性支撑弹性地基梁钢板桩粉砂５８．６９３５２６１９１０粉质黏土４４．７９４

2、５２０１８１０．５目前，在基础工程施工中，例如在施工陆地基坑时，支护广泛采用粉砂４３．３９４５２６１９１０钢支撑，水中基坑采用钢板桩等进行支护，这些结构适用于因受场地等条件的限制，基坑或基槽不能采用放坡开挖、周围有水或淤泥而必需进粉土３８．８９４５２０１８１０行垂直土方开挖施工时采用。粉质黏土３６．９９６０１６１８１０．５１支护结构计算方法的比较２．２水文概括在设计支护结构时，结构承受的土压力与土层地质条件、地下水状４月份测定河水流速２ｍ／ｓ；水深按最大５ｍ考虑，冲刷深度在水位况、支护结构各构件的刚度以及施工工况、

3、方法、质量等因素密切相关，深处按照２ｍ考虑。且呈现出时空效应，由于这些因素千变万化，十分复杂，因此难于计算２．３围堰构造土压力的精确值，目前国内外常用的计算土压力方法仍以库仑公式或钢围堰材料采用拉森Ⅳ钢板桩，钢板长度１８米，顶标高６２．３０ｍ，朗肯公式为基本计算公式。库仑公式及朗肯公式均为假设土体为极限平衡状态下的计算公式，支护结构计算方法主要为等值梁法。古典的静力平衡法、等值梁法均不考虑支撑变形，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。但实测资料表明，围护结构并

4、不是刚性的，其变形和土压力的调整使得作用于基坑围护结构上的土压力往往处于非极限平衡状态，与按经典方法计算的结果相差较大，存在较大的安全隐患。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。图２．１钢板桩围堰断面图钢板桩相互咬合连接成封闭式结构，见图２．１。围堰尺寸为２６．６×１９．６ｍ见图２．２，围堰内部设置整体式围)，分上下两道，最下层围)放置在承台顶０．５ｍ处。上下围)横撑要联接，增加稳定性，围)分３阶段图１．１弹性地基梁法计算模型施工，第一阶段为下放期，安装主框架，第二阶段抽水至上围)以

5、下，安基坑开挖是一个土与结构共同作用的复杂过程。对土介质本构关装支撑构件，第三阶段挖土抽水至下围)下，安装下支撑，形成整体结系的模拟是采用土与结构共同作用方法的关键。基坑现场的土体应采构，最后段进行清底封底作业。用合适的本构模型进行模拟，并且能根据室内实验和原位测试等手段给出合理的参数。根据目前土力学理论的研究情况，在所有理论模型中，修正剑桥模型、ＰｌａｘｉｓＨａｒｄｅｎｉｎｇＳｏｉｌ（ＨＳ）模型均是硬化类型的本构模型，能同时反映土体在小应变时的非线性行为和土的塑性性质，更适合于基坑开挖的分析。这种观点将土体比作连

6、续弹性支承，不考虑被动土压力，只考虑主动土压力，其受力过程中，应变及应力按照非弹性线形变化，在这种理论发展起来的计算方法主要是弹性地基梁法，这种计算模型（见图１．１）是将支护结构分成若干段，用弹簧结构模拟土体的被动压力，计算时采用有限元方法，能够比较细致得出各个节点的受力和变形情况。２计算实例２．１地质概况东明黄河大桥黄河水中共有７个墩，围堰范围主要土质为粉砂，粉质黏土，粉土，土层厚度及分布范围基本一致。以Ｋ５６＋９７８．６６处Ｂ９勘探孔地质资料为例，土层分布及土层性质见下表２．１：图２．２支撑结构图·１０７·２．

7、４计算参数３粉砂层土体性质为：密度γ１＝１９ＫＮ／ｍ，内摩擦角φ１＝２６°，粘聚３力ｃ１＝１０ｋｐａ；粉砂浮容重：γ１ｗ＝１９－１０＝９ＫＮ／ｍ３粉质黏土密度γ２＝１８ＫＮ／ｍ，内摩擦角φ２＝２０°，粘聚力ｃ２＝１０．３５ｋｐａ；粉质黏土浮容重：γ２ｗ＝１８－１０＝８ＫＮ／ｍ粉砂层主动土压力系数：２Ｋａ１＝ｔｇ（４５°－）＝０．３９，＝０．６２５被动土压力系数：２Ｋｐ１＝ｔｇ（４５°＋）＝２．５６，＝１．６。２．５抽水至混凝土垫层底时钢板桩受力计算采用弹性地基梁模型，钢板桩材料梁单元模拟，划分为多段，分别设弹性支撑

8、，围)的支撑点及土体均采用土弹簧模拟。上围)钢支撑的弹簧刚度为Ｋ＝４１２７１４ｋＮ／ｍ；下围)钢支撑的弹簧刚度为：Ｋ＝αＲ—为支撑松弛系数，取０．９；λ－支撑不动点调整系数，取０．５；９Ｅ—支撑的弹性模量，取２．１×１０ｋｐａ；２Ａ—支撑的截面积，取ａ＝０．６３×３．１４×０．００８＝０．０１５８ｍＬｏ－－支撑长度，取１９．６ｍ；ｓ－－支撑间距，取５ｍ；ｂａ