基坑不同支護結構的冗余度研究及分析

1 環梁式水平支撐體系
　　本文針對工程中兩種不同類型的內支撐體系，利用冗余度[1]來分析受力及位移情況。環梁內支撐支護體系能充分利用環形支撐受力體系的拱效應，使環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，受力合理[2]。
　　本方案中基坑的邊長為60m，環梁的直徑為50m，兩種布置方案，設計荷載均為400kN/m，在水平平面內垂直作用在圍檁四周，圖1a圍檁、角撐、輻射撐和環梁均采用C30混凝土，圖1b圍檁和環梁采用C30混凝土，角撐和輻射撐采用鋼管。通過冗余度來對支撐體系進行分析優化。
　　2 環梁型水平支撐體系冗余度
　　2.1 基于剛度的冗余度
　　基坑水平支撐系統的剛度影響可以通過構件破壞后結構的最大變形值來體現。基于Frangopol提出的“強度冗余度數SRF”計算公式進行變形，計算出剛度冗余度的計算公式如下：
　　兩種方案對比，方案b中環梁構件的重要性大于方案a中環梁構件，方案b中環梁構件一旦發生破壞就可能會發生連續倒塌的事故。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強度冗余度值都偏小，所以在輻射撐和角撐發生破環時，方案a更容易發生連續性倒塌破壞。方案b相對于方案a角撐和輻射撐更加安全。環梁水平支撐體系的基坑設計中可考慮材料的選擇。
　　2.2 基于強度的冗余度
　　結構中某個桿件的損壞必然會對結構造成影響，所以當拆除桿件分析桿件所受軸力的變化。為了方便計算冗余度，江杰等[3]對構件強度冗余度計算公式優化為：
　　當冗余度值為正時，值越小說明桿件重要性程度越高，拆除后對結構的影響越大。當冗余度為負值時，拆除桿件后，結構桿件軸力相對于原結構是減小的，此時冗余度絕對值越小，力減小對結構的影響程度越大。
　　兩種方案在不考慮環梁的情況下，兩種方案拆除角撐或輻射撐后，無太明顯的變化都比較均勻。兩種方案強度冗余度值都沒有小于1的，但方案b強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于純混凝土方案，所以改變材料對水平支撐體系有一定的影響。
　　3 結論
　　（1）支撐體系材料的選擇對支撐體系的安全度有一定的影響，本文未考慮深基坑環梁支撐的經濟性，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）環梁型水平支撐體系，可根據冗余度設計理論選取關鍵構件進行優化設計，以此來提高整個支撐體系的抗倒塌能力。對深度與規模大、支撐受力復雜、破壞后果嚴重的深基坑的支撐體系開展冗余度分析。建議在設計時可適當提高關鍵構件承載能力;在施工及使用過程中，應使用信息化施工方案。
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