基坑不同支護(hù)結(jié)構(gòu)的冗余度研究及分析

1 環(huán)梁式水平支撐體系
　　本文針對(duì)工程中兩種不同類(lèi)型的內(nèi)支撐體系，利用冗余度[1]來(lái)分析受力及位移情況。環(huán)梁內(nèi)支撐支護(hù)體系能充分利用環(huán)形支撐受力體系的拱效應(yīng)，使環(huán)梁所承受的彎矩明顯減小，其受力主要以軸力為主，符合混凝土材料的受壓性能好的特點(diǎn)，受力合理[2]。
　　本方案中基坑的邊長(zhǎng)為60m，環(huán)梁的直徑為50m，兩種布置方案，設(shè)計(jì)荷載均為400kN/m，在水平平面內(nèi)垂直作用在圍檁四周，圖1a圍檁、角撐、輻射撐和環(huán)梁均采用C30混凝土，圖1b圍檁和環(huán)梁采用C30混凝土，角撐和輻射撐采用鋼管。通過(guò)冗余度來(lái)對(duì)支撐體系進(jìn)行分析優(yōu)化。
　　2 環(huán)梁型水平支撐體系冗余度
　　2.1 基于剛度的冗余度
　　基坑水平支撐系統(tǒng)的剛度影響可以通過(guò)構(gòu)件破壞后結(jié)構(gòu)的最大變形值來(lái)體現(xiàn)。基于Frangopol提出的“強(qiáng)度冗余度數(shù)SRF”計(jì)算公式進(jìn)行變形，計(jì)算出剛度冗余度的計(jì)算公式如下：
　　兩種方案對(duì)比，方案b中環(huán)梁構(gòu)件的重要性大于方案a中環(huán)梁構(gòu)件，方案b中環(huán)梁構(gòu)件一旦發(fā)生破壞就可能會(huì)發(fā)生連續(xù)倒塌的事故。兩種方案在只分析角撐與輻射撐的作用下，方案a比方案b強(qiáng)度冗余度值都偏小，所以在輻射撐和角撐發(fā)生破環(huán)時(shí)，方案a更容易發(fā)生連續(xù)性倒塌破壞。方案b相對(duì)于方案a角撐和輻射撐更加安全。環(huán)梁水平支撐體系的基坑設(shè)計(jì)中可考慮材料的選擇。
　　2.2 基于強(qiáng)度的冗余度
　　結(jié)構(gòu)中某個(gè)桿件的損壞必然會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成影響，所以當(dāng)拆除桿件分析桿件所受軸力的變化。為了方便計(jì)算冗余度，江杰等[3]對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度冗余度計(jì)算公式優(yōu)化為：
　　當(dāng)冗余度值為正時(shí)，值越小說(shuō)明桿件重要性程度越高，拆除后對(duì)結(jié)構(gòu)的影響越大。當(dāng)冗余度為負(fù)值時(shí)，拆除桿件后，結(jié)構(gòu)桿件軸力相對(duì)于原結(jié)構(gòu)是減小的，此時(shí)冗余度絕對(duì)值越小，力減小對(duì)結(jié)構(gòu)的影響程度越大。
　　兩種方案在不考慮環(huán)梁的情況下，兩種方案拆除角撐或輻射撐后，無(wú)太明顯的變化都比較均勻。兩種方案強(qiáng)度冗余度值都沒(méi)有小于1的，但方案b強(qiáng)度冗余度值普遍偏高，較于方案a更加安全。鋼管混凝土的方案優(yōu)于純混凝土方案，所以改變材料對(duì)水平支撐體系有一定的影響。
　　3 結(jié)論
　?。?）支撐體系材料的選擇對(duì)支撐體系的安全度有一定的影響，本文未考慮深基坑環(huán)梁支撐的經(jīng)濟(jì)性，在保證冗余度的前提下，盡量合理選擇材料，保證基坑的安全度。
　　（2）環(huán)梁型水平支撐體系，可根據(jù)冗余度設(shè)計(jì)理論選取關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此來(lái)提高整個(gè)支撐體系的抗倒塌能力。對(duì)深度與規(guī)模大、支撐受力復(fù)雜、破壞后果嚴(yán)重的深基坑的支撐體系開(kāi)展冗余度分析。建議在設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)提高關(guān)鍵構(gòu)件承載能力;在施工及使用過(guò)程中，應(yīng)使用信息化施工方案。
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