[发明专利]一种排桩-内支撑支护体系简化设计计算方法

说明书

技术领域

本发明属于一种深基坑支护体系的结构设计计算方法，属于基坑支护设计计算方法的创新，特别用于排桩-内支撑支护体系简化设计计算方法。

背景技术

目前深基坑工程中有多种支护形式，其中排桩-内支撑支护体系由于它可靠性高、不侵越红线、便于与逆作法相结合等优点而受到了越来越广泛的应用。而目前对于排桩-内支撑支护体系分析的设计计算方法主要有两种：第一种是建立一个基坑支护体系的整体空间有限元模型，将支护桩结构与内支撑看作共同作用体，通过有限元计算分析得到结果。由于建立模型复杂、计算量过大，需要有相关计算机软件和人力支持，实际工程中很少应用。第二种是将支护体系的平面支撑框架和竖向支护体分开计算，各自按平面问题简化计算。计算依据为我国《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)推荐采用的“弹性支点法”。这种计算方法已在工程实践中大量应用，而且国内通行的几种深基坑计算软件就是这一方法的程序化。但是这种方法在力学上存在明显的理论缺陷，在实际工程应用中存在明显的不便：其一、除了简单情况之外，实际上都没有适当的计算方法来计算内支撑的刚度，主要靠经验估计，缺乏理论依据，由于实际计算过程中，内支撑结构在支点处的等效刚度估算的偏差，导致支护桩和内支撑在桩顶支点处位移不协调。常需反复试算调整，才可逐步使计算结果改善，计算过程繁琐、重复。有些软件采用人为直接调整桩对内支撑作用力(即荷载)的方法，缺乏定量依据，完全靠主观估计判断。其二、在对支撑结构进行平面分析时，为了不产生刚体位移，需在平面框架中设置约束，为了反映实际，约束支杆应加在位移为0的支点上，方向应取与0位移相应的方向。但实际工程中，由于基坑形状、土层分布的任意性，基坑周边上0位移的支点往往很难估计判断。所取的约束条件不合适，就会引起很大的人为约束反力，造成内支撑结构局部内力分布失真。为此，又需要反复调整试算，增加了计算工作量。尤其是在多层内支撑的情况下，由于层与层之间的相互影响，上述问题显得更加突出。

发明内容

本发明的目的是提供一种能符合排桩-内支撑支护体系实际受力状态、满足变形协调条件且简便实用的排桩-内支撑支护体系简化设计计算方法。

为了实现上述目的，本发明的方法(简称为“桩弹簧等效方法”)是不将支护桩和内支撑结构分开，而是将它们作为一个整体体系来计算，即将桩等效为连结在内支撑结构上的弹簧支座，把主动土压力转化为作用在内支撑支点上的等效结点荷载，把原体系转化为由桩弹簧支座-等效结点荷载-内支撑组成的等效平面体系，把空间问题转化为平面问题，使得排桩-内支撑系统的计算得到简化，并满足桩与内支撑的位移协调条件，同时也考虑了整个结构空间效应的影响，其设计方法为：

对于单层内支撑的排桩-内支撑体系：

取桩-内支撑结构的一个截面，将原结构桩顶部结点处都用附加链杆约束住，则在土压力荷载的作用下，附加约束产生支座反力，将它反向加到原结构上，荷载等效的任务是将主动土压力等效成作用于支点处的水平集中力，应用荷载等效原则-使结构在原荷载和等效结点荷载作用下产生相同的结点位移，而上述桩看作是的弹簧支座的刚度可以通过在桩与内支撑节点处施加单位位移求得，经过上述的等效转换，将分布在内支撑平面外的土压力等效至内支撑平面。同时确定完每个弹簧支座的刚度系数后，将“弹簧支座”安装至内支撑结构四周，最终实现空间模型向平面计算模型的转换；

对于排桩-多层内支撑体系：

取桩-多层内支撑结构的一个截面，将原结构每层桩支点处都用附加链杆约束住，则在土压力荷载的作用下，附加约束必然会产生支座反力，将它反向加到原结构上，按照上述满足位移协调的排桩-单层内支撑支护体系简化计算方法的原理，将排桩-多层内支撑简化问题归结为求各层的等效荷载和支护桩等效为弹簧的刚度，然后采取各层轮换约束-放松的迭代渐进算法，将多层支撑的空间耦合问题转换为一系列单层问题，即先放松单层约束，保留其它层的约束，这时桩仍然视为弹簧支座，求出它的等效刚度，这样，将本层等效为桩弹簧-本层内支撑-等效结点荷载的平面问题求解，之后，将这一层约束住，放松相邻的另一层，用同样方法处理，从而把排桩-多层内支撑问题转化成排桩-单层内支撑问题的叠加，具体计算过程为：

A、约束第二层支点处位移，释放第一层支点处链杆约束

先放松第1层，保留第2层的约束，故第2层内支撑不受力，从而它去除，因此变成一个单层桩-内支撑结构，则该层可按单层内支撑的排桩-内支撑体系计算简图求解；

B、约束第一层支点处位移，释放第二层支点处链杆约束