CN112711820A - 一种圆形支撑刚度计算方法 - Google Patents

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孙海忠
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Abstract

本发明涉及一种圆形支撑刚度计算方法，包括如下步骤：将圆形支撑等效为多边形支撑；建立多段线支撑模型；沿着圈梁作用垂直方向的单位分布荷载，计算所述多边形支撑在单位分布荷载作用下的支撑刚度。本发明以取得圆形基坑环梁等效弹性支撑刚度为出发点，根据工程实际，将圆形支撑简化为多边形支撑，继而求得支撑刚度，用于基坑剖面计算，解决了支撑刚度取值问题。本发明适用于圆形基坑围护设计时取得支撑等效刚度，能够为今后类似圆形支撑刚度计算提供参考。

Description

一种圆形支撑刚度计算方法
技术领域
本发明涉及岩土工程设计领域，尤其涉及一种圆形支撑刚度计算方法。
背景技术
随着城市地下空间的大力发展，圆形基坑也越来越多，圆形基坑围护结构一般设有环梁支撑，在墙后土压力作用下，支撑环梁本身会有环向效应，该环向效应是一种空间作用。当围护结构和支撑环梁是轴对称结构，且围护结构后的土压力作用也为轴对称时，可将围护结构和支撑环梁简化成平面问题求解，如图1所示，其中实线为环梁初始中心线01，环梁初始中心线01在土压力作用下发生变形，位移至环梁变形后的中心线02，即图1中的虚线位置。在平面问题中，支撑环梁的空间环向效应可用支撑弹簧来模拟。目前已有的理论计算方法是：
Figure BDA0002850291870000011
其中，Kh为环梁支撑刚度(kN/m2)，Eh为环梁材料的弹性模量(kN/m2)，Ah为环梁的横截面面积(m2)，Rh0为环梁初始中心线01的半径(m)。
在实际工程中，受到施工条件限制，环梁往往是由模板一段一段衔接而成的多边形支撑梁，达不到真正意义上的圆环梁。因此，通过理论公式(1)计算得到的环梁支撑刚度失真，比实际施工完成的多边形支撑梁刚度高；其次，轴对称支撑环梁在均布围压作用下，混凝土环梁只承受轴力，没有弯矩和剪力，在配筋方面基本不需要。在工程实践中，支撑环梁由于受到施工因素的影响，圆度受到影响，必然存在弯矩、剪力、轴力，不配筋是不安全的。
因此，如何提供一种简化适用的圆形支撑刚度计算方法是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明提供一种圆形支撑刚度计算方法，以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种圆形支撑刚度计算方法，包括如下步骤：
将圆形支撑等效为多边形支撑；
建立多段线支撑模型；
沿着圈梁作用垂直方向的单位分布荷载，计算所述多边形支撑在单位分布荷载作用下的支撑刚度。
较佳地，将圆形支撑等效为正多边形支撑。
较佳地，根据所述多边形支撑的单位围压以及各节点的平均位移计算所述支撑刚度。
较佳地，所述圆形支撑包括沿垂向分布的至少一道环梁支撑。
较佳地，计算包括至少一道所述环梁支撑的圆形支撑的总支撑刚度时，先计算每道所述多边形支撑的支撑刚度，再将所述多边形支撑的每条边按照平面竖向弹性地基梁进行剖面计算，得到所述总支撑刚度。
较佳地，利用有限元分析软件，建立所述多段线支撑模型。
与现有技术相比，本发明提供的圆形支撑刚度计算方法具有如下优点：
1、便于计算，可操作性强；
2、计算结果更加贴近圆形支撑的实际刚度；
3、根据计算结果适当增加配筋，提高了基坑安全度。
附图说明
图1为现有支撑环梁的受力和变形图；
图2为本发明一具体实施方式中圆形支撑刚度计算方法的流程图；
图3为本发明一具体实施方式中工作井基坑围护平面布置图；
图4为图3的A-A剖面图；
图5为本发明一具体实施方式中多边形支撑的围压计算模型。
图1中：01-环梁初始中心线；02-环梁变形后的中心线；
图2-5中：10-灌注桩、20-环梁支撑、21-第一道环梁、22-第二道环梁、23-第三道环梁、30-高压旋喷桩止水帷幕。
具体实施方式
为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。
本发明提供的圆形支撑刚度计算方法，如图2所示，并结合图3至图5，包括如下步骤：
S1：将圆形支撑等效为多边形支撑，例如正多边形支撑，以简化圆形基坑环梁等效弹性支撑刚度；
S2：建立多段线支撑模型，本实施例中，利用有限元分析软件，建立所述多段线支撑模型；
S3：沿着圈梁作用垂直方向的单位分布荷载，计算所述多边形支撑在单位分布荷载作用下的支撑刚度，较佳地，根据所述多边形支撑的单位围压以及各节点的平均位移计算所述支撑刚度，具体地，根据支撑刚度的原始定义，正多边形支撑在单位围压p作用下，可求得正多边形支撑各节点的平均位移ΔRh0，再用单位围压p除以平均位移ΔRh0，即可得到支撑刚度。
本发明以取得圆形基坑环梁等效弹性支撑刚度为出发点，根据工程实际，将圆形支撑简化为多边形支撑，继而求得支撑刚度，用于基坑剖面计算，解决了支撑刚度取值问题。本发明适用于圆形基坑围护设计时取得支撑等效刚度，能够为今后类似圆形支撑刚度计算提供参考。
较佳地，所述圆形支撑包括沿垂向分布的至少一道环梁支撑，以增加支撑强度，在计算包括至少一道所述环梁支撑的圆形支撑的总支撑刚度时，先计算每道所述多边形支撑的支撑刚度，再将所述多边形支撑的每条边按照平面竖向弹性地基梁进行剖面计算，得到所述总支撑刚度。
请重点参考图3和图4，以某市政工程的工作井为例，基坑挖深11.08m，采用Φ800@950灌注桩10+三道环梁支撑20+两排高压旋喷桩止水帷幕30，第一道环梁21截面尺寸为1200×800mm，环梁中心线半径6m，第二、三道环梁22、23截面尺寸为1400×800mm，环梁中心线半径4.9m，混凝土强度等级均为C30。在计算环梁支撑20的支撑受力时，将环梁支撑20分成多边形进行分析，计算模型如图5所示。每道环梁支撑20在施加围压作用下，得到平均位移，进而求得每道环梁支撑20的刚度计算结果。再将多边形的每条边按照平面竖向弹性地基梁进行剖面计算，得到最终的总支撑刚度。上述方法便于计算，可操作性强；计算的结果更加贴近圆形支撑的实际刚度；根据计算结果适当增加配筋，提高了基坑安全度。
综上所述，本发明提供的圆形支撑刚度计算方法，包括如下步骤：将圆形支撑等效为多边形支撑；建立多段线支撑模型；沿着圈梁作用垂直方向的单位分布荷载，计算所述多边形支撑在单位分布荷载作用下的支撑刚度。本发明以取得圆形基坑环梁等效弹性支撑刚度为出发点，根据工程实际，将圆形支撑简化为多边形支撑，继而求得支撑刚度，用于基坑剖面计算，解决了支撑刚度取值问题。本发明适用于圆形基坑围护设计时取得支撑等效刚度，能够为今后类似圆形支撑刚度计算提供参考。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种圆形支撑刚度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
将圆形支撑等效为多边形支撑；
建立多段线支撑模型；
沿着圈梁作用垂直方向的单位分布荷载，计算所述多边形支撑在单位分布荷载作用下的支撑刚度。
2.如权利要求1所述的圆形支撑刚度计算方法，其特征在于，将圆形支撑等效为正多边形支撑。
3.如权利要求1所述的圆形支撑刚度计算方法，其特征在于，根据所述多边形支撑的单位围压以及各节点的平均位移计算所述支撑刚度。
4.如权利要求1所述的圆形支撑刚度计算方法，其特征在于，所述圆形支撑包括沿垂向分布的至少一道环梁支撑。
5.如权利要求4所述的圆形支撑刚度计算方法，其特征在于，计算包括至少一道所述环梁支撑的圆形支撑的总支撑刚度时，先计算每道所述多边形支撑的支撑刚度，再将所述多边形支撑的每条边按照平面竖向弹性地基梁进行剖面计算，得到所述总支撑刚度。
6.如权利要求1所述的圆形支撑刚度计算方法，其特征在于，利用有限元分析软件，建立所述多段线支撑模型。
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