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现代地铁在城市交通功能的基础上,不断增加更丰富的商业生活功能,而且其周边地上、地下建(构)筑物众多,建造更为复杂,对施工变形控制的要求愈来愈严格。在很多城市,采用明挖法修建地铁车站往往是首选的技术方案。地铁车站基坑多呈狭长形,宽度小而深度大,这些特点使得其多采用内撑式围护结构。钢支撑重量轻、易吊装、工厂制造品控水平高、施工快速高效、拆除容易可回收、经济性高,应用较为广泛。但是,钢支撑体系存在一些局部弱化问题对其承载能力与安全性造成了不同程度的影响,易引起基坑变形过大,甚至产生连锁效应,最终导致基坑坍塌。局部弱化现象主要包括活络接头、钢围檩、地连墙及冠梁表面质量问题、预埋钢板、轴力计截面突变、斜撑抗剪结构等。本文采用理论分析、数值模拟、室内试验和现场试验等方法,较为深入地研究了基坑工程中活络接头引起的钢支撑局部弱化问题,并进行了螺栓紧固锥楔(BFW)活络接头的研发。主要研究工作及成果如下:(1)针对活络接头造成的钢支撑局部弱化问题,通过理论分析、数值模拟和室内试验研究了目前常用的钢楔式(SW)活络接头的力学性能,揭示了SW活络接头的设计原理、传力方式、力学性能和破坏形态。通过建立含SW活络接头的钢支撑的细化数值模型,分析了SW活络接头对钢支撑造成的弱化状况;数值结果表明,SW活络接头对钢支撑刚度的弱化作用明显,其承载力和刚度不足,安全储备不够。(2)通过理论分析和室内试验成果总结,阐明了抱箍式、夹板式和锚座式活络接头的设计思路、工作原理和力学性能,揭示了该几类活络接头力学机制和破坏形态;在吸取这几类活络接头设计经验教训的基础上,提出了螺栓紧固锥楔(BFW)活络接头设计构想,阐述了其结构组成与工作原理,建立了其设计承载力和设计刚度的计算方法。(3)研发了平接触面螺栓紧固锥楔(P-BFW)活络接头,建立了受力分析模型和理论计算方法,给出了承载力和刚度等设计参数。研制了2组P-BFW活络接头足尺试件,进行了室内力学性能试验;试验结果表明:P-BFW活络接头具有优异的承载能力、良好的刚度和抗偏心性能;试验结果与理论计算结果较为接近,验证了理论计算方法的正确性。建立了P-BFW活络接头的非线性数值模型,分析获得了破坏形式、荷载—位移曲线和荷载—应变曲线,数值模拟结果与试验结果吻合较好,可以有效地预测P-BFW活络接头的力学性能。(4)研发了圆弧接触面螺栓紧固(A-BFW)单、双肢活络接头,给出了承载力和刚度等设计参数。研制了4套A-BFW单、双肢活络接头足尺试件,进行了室内力学性能试验,获得了试件破坏形式、轴向荷载—位移曲线和荷载—应变曲线;试验结果表明,A-BFW双肢式活络接头具有优异的承载能力、良好的刚度和抗偏心性能;并且,圆弧嵌套式接触面的结构形式避免了锥楔座与夹板的脱离,能提升节点的整体性能。建立了A-BFW双肢式活络接头的非线性数值模型,分析获得了破坏形式、荷载—位移曲线和荷载—应变曲线,数值模拟结果与室内试验结果具有较好的吻合程度,可以有效地预测A-BFW活络接头的力学性能。(5)分别建立了含P-BFW和A-BFW活络接头的钢支撑的细化数值模型,揭示了相应的线弹性变形规律。不同数值模型结果表明,采用BFW活络接头的钢支撑,相较采用SW活络接头的钢支撑,在控制轴向变形方面有了较大程度的强化和提升;BFW活络接头提供了更优的承载力与刚度,可较好改善钢支撑局部弱化情况,提升钢支撑的整体力学性能,更好地控制基坑变形。(6)通过3套P-BFW活络接头足尺试件的现场应用试验,能够在施工现场进行便捷的安装与拆除操作,较好地实现了调节支撑长度、施加轴向预应力、承担钢支撑轴力等功能,验证了工作性能与施工可行性,归纳给出了安装操作技术要点。针对夹板与锥楔座的接触面错动和相互脱开问题,给出了改进设计方案。