[发明专利]一种地下工程连通接驳等效刚度加固的方法

说明书

本发明公开了一种地下工程拓建时连通接驳等效刚度加固的方法，本方法主要分为两个阶段，第一个阶段是对既有结构直接开洞状态进行评估；第二阶段为既有结构极限承载状态评估；当第一个阶段评估为不安全时，采用先加固后开洞的方法。当第一个阶段评估为安全时，进行第二个阶段的评估，当第二个阶段评估安全时，采用不加固直接开洞的方法，当第二个状态评估不安全时，采用先加固后开洞的方法。本方法揭示既有地下工程加固、开洞的力学转化机理，提出了连通接驳等效刚度加固力学分析方法及等效刚度加固结构形式，充分发挥加固环梁对既有结构的约束作用，最大限度地实现对原有凿除结构的力学功能替代，确保既有结构的承载安全。

技术领域

本发明涉及一种针对地下工程连通接驳的等效刚度加固分析评估和结构计算方法，属于地下工程拓建安全分析技术领域。

背景技术

随着人口向大城市聚集，在有限的城市地表空间前提下，向地下空间发展成为未来大城市发展的唯一选择。目前，以城市商业中心为核心和以轨道交通站点为核心的地下商业街、地下停车，地下餐饮等物业形态越来越多，但由于建造时空的不连续，地下空间的连通性和系统性差，有必要进行基于既有结构的城市地下空间拓建改造，实现不同区域和不同时期建造的地下设施互连互通、消隐扩能、功能整合。

在既有地下空间的基础上，建设多维度、网络化、一体化的城市地下空间，新旧结构接驳必然要解决既有结构开洞的问题，如北京地铁王府井站、苹果园站、宣武门站，天津地铁思源道站等都存在大量的地下结构侧墙开洞加固与凿除难题。地下空间结构具有高次超静定的特征，既有结构墙、板开洞后，导致原结构内部约束条件和荷载传递路径发生变化，进而改变局部结构的受力状态，可能对结构的长期安全构成威胁。

工程实践中，侧墙开洞常采用“边开洞、边加固”的方式，其主要施工步序如图1所示：a)将开洞范围分为洞边墙体和洞中墙体；b)破除两侧洞边墙体，保留中间部分墙体；c)施做两侧边柱及部分顶梁，架设临时支撑；d)破除中间墙体；e)施做中间部分梁，形成环梁结构；f)拆除临时支撑。

目前，建筑结构的加固侧重强度的校核，对以结构刚度控制为中心的加固方法研究较少。对于拓建工程连通接驳来说，结构强度满足开洞时的即时安全，并不代表既有结构的永久安全；更重要的是，开洞改变了结构的刚度属性，结构动力特性和内力分配因而也受到刚度的影响。现行《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367-2013)，提出避免对未加固部分、以及相关的结构、构件和地基基础造成不利影响，从力学上讲，正是从“刚度”层面提出对结构加固的要求。

发明内容

本发明主要针对的技术问题是由于针对结构开洞加固的刚度问题的研究较少，在进行结构强度校核时，加固环梁截面往往凭经验设定，缺乏力学依据。实践中常见“先开洞、后加固”的方式，则是利用超静定结构在正常使用状态下的结构冗余度，降低了结构在极限承载力下的安全。

本发明主要的技术方案是提出了一种地下工程连通接驳评估和等效刚度加固的方法，本方法主要分为两个阶段，第一个阶段是对既有结构直接开洞状态进行评估，既有结构直接开洞评估状态分为既有结构正常使用和既有结构承载能力，评估状态为不安全时，采用先加固后开洞的方法，评估状态为安全时，进入第二阶段评估；第二阶段为既有结构极限状态评估，既有结构极限状态评估分为既有结构极限正常使用和既有结构极限承载能力，评估结果为安全时，直接开洞不加固、评估状态为不安全时，采用先加固后开洞的方法。

图2为网络化拓建连通接驳开洞加固的两阶段两状态结构设计评估方法。

所述的加固指的是洞口的永久性加固，不加固指无永久加固(有或无临时加固)。

所述的开洞阶段指按开洞时实际荷载验算，极限状态指按结构的极限荷载条件验算；

所述的正常使用指变形及裂缝等影响使用功能的验算，承载能力指影响结构安全的强度验算。

先进行直接开洞的安全评估，第一种为直接开洞阶段不安全的需先进行加固，第二种为开洞阶段安全的需进一步进行极限状态评估。