CN106049560A - 既有地下室增层下挖施工仿真模型装置 - Google Patents

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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Abstract

本发明涉及一种既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，解决了现有技术地下增层没有施工中各参数来源，无法预期获得既有建筑的各项参数的缺陷，包括一个模型槽及数据采集系统，模型槽内填充有足量土体并具有内支撑模拟体系，内支撑模拟体系包括模拟竖向支撑和模拟横向支撑，数据采集系统包括采集器及与采集器相连的采集模块，采集器包括力参数采集器和形变参数采集器。模型槽模拟既有建筑所在空间，土体相当于既有建筑地下土体结构，内支撑模拟体系模拟既有建筑的支撑结构，包括上部建筑载荷、底板及下部支撑，通过各采集器采集需要的参数，通过分析数据可以施工的全真模拟，进而反馈修正并指导实际施工。

Description

既有地下室增层下挖施工仿真模型装置
技术领域
本发明涉及建筑模型，尤其是一种既有地下室增层下挖施工仿真模型装置。
背景技术
随着城市化进程的不断加速，人口越来越多的向城市聚集，尤其是中大城市，城市规模及人口的增大趋势更加明显。城市的平面化规模发展已衍生出诸多的“城市病”，向地下要空间日渐成为城市合理化发展的优选项。
近年来，工程界开始尝试在既有建（构）筑物下增建地下空间，在不影响上部结构正常使用的前提下获取更多的地下空间，图 1 为该技术的其中一种工程应用示意：下挖扩建地下车库。这种地下空间的二次开发对修正原先规划的估计不足、延续既有建（构）筑物使用功能具有重要价值，有望为城市密集建成区增设更多的地下空间，并增加既有地下空间的关联沟通。在中国滨海和沿河（湖）地区，分布深厚软弱土，既有建筑往往采用桩基础，类似工程实施的不确定性和地基基础灾变几率大大增加。
但是目前的实施还存在众多难题，1、地下室增层开挖前需要进行补入新桩，增层开挖过程中涉及到新补桩-旧桩-上部结构的协同作用问题，工程桩承载性能变化与增层土体开挖的关系还不明确；2、围护结构内部工程桩对被动区土体有加固作用，增层开挖过程涉及围护桩-土体-在役工程桩的相互作用问题；3、地下室增层开挖在原地下室开挖基础上进一步开挖土体，涉及较为复杂的土体加载/卸荷过程，土体应力路径变化较为复杂；4、围护结构与内部既有建筑的衔接问题，可以利用既有建筑底板的大刚度特点，利用既有地下室底板结合新增支撑进行围护结构变形的控制，内支撑刚度的确定需要明确，而特殊工况下支撑刚度对变形的控制问题还不确定。
发明内容
本发明解决了现有技术地下增层没有施工中各参数来源，无法预期获得既有建筑的各项参数的缺陷，提供一种既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，通过内支撑模拟体系模拟既有建筑支撑结构，通过数据采集系统即可采集各项需要的数据，通过分析数据可以施工的全真模拟，进而反馈修正并指导实际施工。
本发明还解决了现有技术中不确定地下增层既有建筑底板的支撑刚度是否能控制围护结构的变形的缺陷，提供一种既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，通过布置横向钢管模拟既有建筑底板，经过钢管应力加载，模拟底板在工程实际情况下对围护结构变形的控制程度。
本发明还解决了现有技术中工程桩承载性能变化与增层土体开挖的关系不明确的缺陷，提供一种既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，在旧桩承台上设置竖向加载装置，从而模拟新补桩-旧桩-上部结构的协同作用，明确工程桩承载性能变化与增层土体开挖的关系。
本发明还解决了现有技术中土体开挖无法获得土体加载/卸荷过程变化和土体应力路径变化的缺陷，提供一种既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，在加载条件下进行土体开挖，反应实际工程中的土体加载/卸荷过程变化和土体应力路径变化，指导实际工程施工。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，包括一个模型槽及数据采集系统，模型槽内填充有足量土体并具有内支撑模拟体系，内支撑模拟体系包括模拟竖向支撑和模拟横向支撑，数据采集系统包括采集器及与采集器相连的采集模块，采集器包括力参数采集器和形变参数采集器。模型槽模拟既有建筑所在空间，土体相当于既有建筑地下土体结构，内支撑模拟体系模拟既有建筑的支撑结构，包括上部建筑载荷、底板及下部支撑，通过各采集器采集需要的参数，比如载荷参数、应力参数、形变参数及各支撑结构的支撑性状变化，通过分析数据可以施工的全真模拟，进而反馈修正并指导实际施工。
作为优选，模拟竖向支撑包括土体内竖向设置的工程桩和围护桩，工程桩上端为承台，模拟横向支撑包括连接承台与模型槽侧边的横向连接可调钢管。可调钢管模拟既有建筑底板支撑，并通过对可调钢管的受力进行分析，获得底板在工程实际施工中对围护结构变形的控制参数。
作为优选，可调钢管包括与模型槽侧壁相连接的第一支撑钢管及与第一支撑钢管相连接的第二支撑钢管，第二支撑钢管与承台侧边相连，第一支撑钢管和第二支撑钢管至少有一根为可伸缩调节结构。第一支撑钢管及第二支撑钢管的连接方式及连接刚度可以进行调整。
作为优选，围护桩深入到土体内，围护桩的顶部建有外围承台，外围承台处于土体表面。
作为优选，模型槽内设置有竖向自动加载装置，竖向自动加载装置采用伸缩缸结构，竖向自动加载装置提供模型槽内的内支撑模拟体系的载荷。
作为优选，竖向自动加载装置连接有自平衡机构，自平衡机构监测并控制竖向自动加载装置的位置稳定性。
作为优选，力参数采集器包括内支撑模拟体系的竖向载荷数据采集器、横向载荷数据采集器，还包括土体产生的竖向应力数据采集器和横向应力数据采集器；形变参数采集器包括内支撑模拟体系形状参数采集器和位移参数采集器。
本发明的有益效果是：模型槽模拟既有建筑所在空间，土体相当于既有建筑地下土体结构，内支撑模拟体系模拟既有建筑的支撑结构，包括上部建筑载荷、底板及下部支撑，通过各采集器采集需要的参数，比如载荷参数、应力参数、形变参数及各支撑结构的支撑性状变化，通过分析数据可以施工的全真模拟，进而反馈修正并指导实际施工。
附图说明
图1是本发明一种结构示意图；
图中：1、模型槽，2、工程桩，3、围护桩，4、土体，5、开挖土方，6、既有地下室，7、连接装置，8、第一支撑钢管，9、第二支撑钢管，10、竖向自动加载装置，11、承台，12、外围承台，13、数据采集系统。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：一种既有地下室增层下挖施工仿真模型装置（参见图1），包括一个模型槽1及采集施工模型数据的数据采集系统13，模型槽内部填充有足量土体4并具有内支撑模拟体系，土体表面为既有建筑地面，并具有一个下凹的腔体形成机油地下室6。模型槽的侧边对应土体的位置连接有土体应力参数采集器，土体应力参数采集器沿着土体深度方向布置，土体应力参数采集器与数据采集系统相连。内支撑模拟体系包括模拟竖向支撑和模拟横向支撑，土体内设置模拟的工程桩2，工程桩上端为承台11，承台与模型槽侧边之间横向连接可调钢管。模型槽对应可调钢管的位置设置有连接装置7，连接装置设置有可调钢管横向载荷数据采集器，横向载荷数据采集器与数据采集系统通过数据线相连。可调钢管包括与模型槽侧壁相连接的第一支撑钢管8及与第一支撑钢管相连接的第二支撑钢管9，第二支撑钢管与承台侧边相连，第一支撑钢管和第二支撑钢管至少有一根为可伸缩调节结构。承台与模型槽顶部之间连接有竖向自动加载装置10，竖向自动加载装置采用伸缩缸结构，竖向自动加载装置具有自平衡机构，自平衡机构采用水平仪，水平仪主要监测竖向自动加载装置顶部的位置变化，伸缩缸由自平衡机构来控制输出支撑力并保持竖向自动加载装置顶部位置不变。承台连接有竖向载荷数据采集器和横向载荷数据采集器，竖向载荷数据采集器通过数据线与数据采集系统的竖向载荷数据采集模块相连，横向载荷数据采集器与数据采集系统的横向载荷数据采集模块相连。数据采集系统还包括承台承载形状参数采集模块和承台位移参数采集模块。工程桩伸入到土体的部分连接有工程桩形变数据采集器，形变数据采集器通过数据线与数据采集系统的形变数据采集模块相连。
工程桩处于既有地下室的空间内，工程桩的外围布置有模拟的围护桩3，围护桩深入到土体内，围护桩的顶部建有外围承台12，外围承台处于土体表面。外围承台连接有竖向应力数据采集器和横向应力数据采集器，竖向应力数据采集器与数据采集系统的竖向应力数据采集模块通过数据线相连，横向应力数据采集器通过数据线与数据采集系统的横向应力数据采集模块相连。围护桩在土体内的部位连接有围护桩形变和受力数据采集器，围护桩形变和受力数据采集器与数据采集系统相连。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，其特征在于包括一个模型槽及数据采集系统，模型槽内填充有足量土体并具有内支撑模拟体系，内支撑模拟体系包括模拟竖向支撑和模拟横向支撑，数据采集系统包括采集器及与采集器相连的采集模块，采集器包括力参数采集器和形变参数采集器。
2.根据权利要求1所述的既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，其特征在于模拟竖向支撑包括土体内竖向设置的工程桩和围护桩，工程桩上端为承台，模拟横向支撑包括连接承台与模型槽侧边的横向连接可调钢管。
3.根据权利要求2所述的既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，其特征在于可调钢管包括与模型槽侧壁相连接的第一支撑钢管及与第一支撑钢管相连接的第二支撑钢管，第二支撑钢管与承台侧边相连，第一支撑钢管和第二支撑钢管至少有一根为可伸缩调节结构。
4.根据权利要求2所述的既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，其特征在于围护桩深入到土体内，围护桩的顶部建有外围承台，外围承台处于土体表面。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，其特征在于模型槽内设置有竖向自动加载装置，竖向自动加载装置采用伸缩缸结构，竖向自动加载装置提供模型槽内的内支撑模拟体系的载荷。
6.根据权利要求5所述的既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，其特征在于竖向自动加载装置连接有自平衡机构，自平衡机构监测并控制竖向自动加载装置的位置稳定性。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的既有地下室增层下挖施工仿真模型装置，其特征在于力参数采集器包括内支撑模拟体系的竖向载荷数据采集器、横向载荷数据采集器，还包括土体产生的竖向应力数据采集器和横向应力数据采集器；形变参数采集器包括内支撑模拟体系形状参数采集器和位移参数采集器。
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