非对称荷载单层对撑式基坑支护体系计算方法研究

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随着基坑周边施工环境越来越复杂,非对称荷载基坑也越来越常见,锚杆和锚索支护桩难以满足基坑支护的需求,内支撑支护体系得到了广泛运用。如何做好在非对称荷载作用下的基坑支护设计,是基坑工程中不可忽视的一个重要问题。现阶段对非对称荷载基坑的研究主要集中于数值模拟分析上,相关的计算理论研究则相对滞后,基于此,本文主要针对以下几点展开了工作:1、引入结构力学力法来计算非对称荷载作用下基坑两侧支撑点的水平不动点系数,考虑了对撑式支护结构支点处刚接与铰接的两种情况,并将本文方法的计算结果与其他学者提出方法进行对比分析。2、在非对称荷载的作用下,支护桩桩身所受土压力要有别于传统的主动土压力,部分桩身所受土压力介于主动土压力与静止土压力之间,此时若按主动土压力进行设计计算,容易使设计结果偏于不安全。基于此,本文推导了位移土压力公式,并将其应用到有限杆单元法的计算中,同时依据工程实例,计算出了非对称荷载对撑式支护结构的位移及内力,并将考虑位移土压力的杆系有限元法求解出的位移及内力与不考虑位移土压力关系求得的结果进行分析对比。3、以基坑工程实例为依托,借助Midas GTS有限元分析软件,结合监测数据,验证本文提出的位移土压力公式在非对称荷载基坑支护设计计算上的适用性。以理论推导和分析计算为主,结合有限元模拟软件,本文主要得出以下成果与结论:1、非对称荷载作用下,单层对撑式基坑支护桩的位移模式主要有三种,规范中定义的不动点系数仅适用于两侧支护桩均向坑内位移的情况,而当两侧支护桩均向同一侧位移时,水平内撑不动点系数失去意义。2、推导了支撑点处位移与不动点系数的关系式,进而引入结构力学力法来计算不动点系数。结合工程实例计算了刚接与铰接两种情况下的不动点系数,计算结果表明刚接与铰接对不动点系数的计算结果影响较小,同时对比金亚兵、孙勇方法计算结果,发现力法的计算结果与之相差较大,认为通过支撑点位移计算出的不动点系数准确性更高。3、将考虑位移土压力的杆系有限元法求解出的位移及内力与不考虑位移土压力关系求得的结果进行分析对比.结果表明对于荷载大侧两种计算方法所得结果相近,而荷载小侧计算结果相差较大,因为荷载大侧土压力相较之荷载小侧更接近于主动土压力,运用位移土压力关系公式的计算设计结果在工程上更偏于安全。4、基于工程实例,结合Midas GTS有限元分析软件,对比分析了模拟计算、本文理论计算、基坑监测三种数据,结果表明理论计算和数值模拟的结果都大于基坑监测数据,但总体位移趋势都符合桩身实际变形情况,验证了位移土压力公式的适用性。
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