基坑不同支护结构的冗余度研究及分析
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摘 要：文章主要以不同的水平支撑体系为例，利用有限元软件，通过建模分析内支撑构件的作用，以及局部构件破坏时水平支撑体系的破坏情况。建议对重要、复杂的基坑水平支撑体系进行冗余度分析，并在施工过程中对关键构件进行重点监测与保护。
关键词：深基坑;水平支撑;冗余度
中图分类号：TU753 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）10-0078-02
Abstract： This paper mainly takes different horizontal support system as an example， and adopting finite element software and modeling， analyzes the role of internal support components， as well as the failure of horizontal support system when local components are destroyed. It is suggested that the redundancy analysis of the important and complex foundation pit horizontal support system should be carried out， and the key components should be monitored and protected in the construction process.
Keywords： deep foundation pit; horizontal support; redundancy
1 環梁式水平支撑体系
本文针对工程中两种不同类型的内支撑体系，利用冗余度[1]来分析受力及位移情况。环梁内支撑支护体系能充分利用环形支撑受力体系的拱效应，使环梁所承受的弯矩明显减小，其受力主要以轴力为主，符合混凝土材料的受压性能好的特点，受力合理[2]。
本方案中基坑的边长为60m，环梁的直径为50m，两种布置方案，设计荷载均为400kN/m，在水平平面内垂直作用在围檩四周，图1a围檩、角撑、辐射撑和环梁均采用C30混凝土，图1b围檩和环梁采用C30混凝土，角撑和辐射撑采用钢管。通过冗余度来对支撑体系进行分析优化。
2 环梁型水平支撑体系冗余度
2.1 基于刚度的冗余度
基坑水平支撑系统的刚度影响可以通过构件破坏后结构的最大变形值来体现。基于Frangopol提出的“强度冗余度数SRF”计算公式进行变形，计算出刚度冗余度的计算公式如下：
两种方案对比，方案b中环梁构件的重要性大于方案a中环梁构件，方案b中环梁构件一旦发生破坏就可能会发生连续倒塌的事故。两种方案在只分析角撑与辐射撑的作用下，方案a比方案b强度冗余度值都偏小，所以在辐射撑和角撑发生破环时，方案a更容易发生连续性倒塌破坏。方案b相对于方案a角撑和辐射撑更加安全。环梁水平支撑体系的基坑设计中可考虑材料的选择。
2.2 基于强度的冗余度
结构中某个杆件的损坏必然会对结构造成影响，所以当拆除杆件分析杆件所受轴力的变化。为了方便计算冗余度，江杰等[3]对构件强度冗余度计算公式优化为：
当冗余度值为正时，值越小说明杆件重要性程度越高，拆除后对结构的影响越大。当冗余度为负值时，拆除杆件后，结构杆件轴力相对于原结构是减小的，此时冗余度绝对值越小，力减小对结构的影响程度越大。
两种方案在不考虑环梁的情况下，两种方案拆除角撑或辐射撑后，无太明显的变化都比较均匀。两种方案强度冗余度值都没有小于1的，但方案b强度冗余度值普遍偏高，较于方案a更加安全。钢管混凝土的方案优于纯混凝土方案，所以改变材料对水平支撑体系有一定的影响。
3 结论
（1）支撑体系材料的选择对支撑体系的安全度有一定的影响，本文未考虑深基坑环梁支撑的经济性，在保证冗余度的前提下，尽量合理选择材料，保证基坑的安全度。
（2）环梁型水平支撑体系，可根据冗余度设计理论选取关键构件进行优化设计，以此来提高整个支撑体系的抗倒塌能力。对深度与规模大、支撑受力复杂、破坏后果严重的深基坑的支撑体系开展冗余度分析。建议在设计时可适当提高关键构件承载能力;在施工及使用过程中，应使用信息化施工方案。
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