水平荷載作用下帶支腿地連續(xù)墻計算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及水平荷載作用下帶支腿地連續(xù)墻計算方法。本發(fā)明針對帶支腿地下連續(xù)墻特有的構(gòu)造形式，首先修正和改進(jìn)普通彈性地基梁法有限元程序，編制變剛度彈性地基梁法有限元程序，結(jié)合支腿交界面深度判定方法形成水平荷載作用下的內(nèi)力和水平變位的工程計算方法，以使其作為地下室外墻和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用時，能承受土體的側(cè)向壓力。本發(fā)明能使工程設(shè)計人員快速、有效地進(jìn)行帶支腿地下連續(xù)墻的設(shè)計和計算。
【專利說明】水平荷載作用下帶支腿地連續(xù)墻計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程專業(yè)中巖土工程、基坑工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種水平荷載作用下帶支腿地連續(xù)墻計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市規(guī)模擴(kuò)大，高層建筑日益增多，地下室深度不斷加深；隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為保護(hù)城市環(huán)境和品質(zhì)，世界各大城市包括國內(nèi)各大中城市均進(jìn)行了道路向地下發(fā)展的探索。地下空間建設(shè)如火如荼，其建設(shè)過程中深、厚地下連續(xù)墻技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。地下連續(xù)墻工程造價高，施工難度大，實際應(yīng)用中還存在以下問題:
[0003]1、僅作為地下室永久外圍護(hù)墻，不考慮承受豎向荷載作用。
[0004]2、軟土地基中插入深度大，施工難度和工程造價增加。
[0005]3、基坑開挖深度大，基巖面埋藏淺時，地下連續(xù)墻須進(jìn)入基巖一定深度。地下連續(xù)墻進(jìn)入基巖，導(dǎo)致施工難度和工程造價大幅增加。
[0006]國內(nèi)深、大基坑項目眾多，較大的開挖深度加上一定的插入深度，加之圍護(hù)結(jié)構(gòu)長度長，僅圍護(hù)工程一項就占了工程造價較大的比例。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜，既有深厚的軟土，也有埋藏深度較淺的基巖，地下墻全斷面進(jìn)入基巖施工成本高。
[0007]若在地下連續(xù)墻下設(shè)置支腿，用帶支腿地下連續(xù)墻代替普通地下連續(xù)墻，則在深厚軟土地基條件的基坑工程中，作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用時，墻下支腿可承擔(dān)部分水平荷載，代替下部地下連續(xù)墻嵌固深度的不足，從而減小地下連續(xù)墻的深度。當(dāng)基巖埋藏深度較淺時，地下連續(xù)墻不入基巖，僅墻下支腿進(jìn)入基巖一定深度，此時墻下支腿可彌補(bǔ)地下連續(xù)墻插入深度的不足，減少地下墻深度和施工難度。采用帶支腿地下連續(xù)墻將帶來顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。因此，采用帶支腿地下連續(xù)墻，可在確保原有工程安全度的條件下，降低工程造價和施工難度，減小施工過程對周邊環(huán)境的影響，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。
[0008]國外超大超深基坑項目較少，目前沒有帶支腿地下連續(xù)墻相關(guān)研究和報道。國內(nèi)僅廣東省基礎(chǔ)工程公司1997年在珠江電廠取水泵站工程以及1999年在廣州一德花園商住樓工程中開展了帶支腿地下連續(xù)墻的施工實踐。前者泵房平面尺寸為39mX52m，開挖深度約9.6m ;后者基坑面積約4600m2，開挖深度9m。這兩個項目規(guī)模小，具有局限性，并僅限于施工實踐，沒有對帶支腿地下連續(xù)墻的受力和變形特性、適用范圍等進(jìn)行系統(tǒng)實踐和理論研究。
[0009]帶支腿地下連續(xù)墻為新型地下連續(xù)墻形式，目前國家標(biāo)準(zhǔn)沒有相應(yīng)的設(shè)計方法。地下連續(xù)墻承受水平向荷載作用時采用的普通豎向彈性地基梁有限元程序，其各個單元的剛度矩陣均一致，不能反映帶支腿地下連續(xù)墻中墻段和支腿段的側(cè)向剛度差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種水平荷載作用下帶支腿地連續(xù)墻計算方法。[0011]本發(fā)明首先修正和改進(jìn)普通彈性地基梁法有限元程序，編制變剛度彈性地基梁法有限元程序，結(jié)合支腿交界面深度判定方法形成水平荷載作用下的內(nèi)力和水平變位的工程計算方法，以使其作為地下室外墻和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用時，能承受土體的側(cè)向壓力。
[0012]本發(fā)明包括如下步驟:
[0013]步驟1、采用彈性地基梁法有限元程序，進(jìn)行地下連續(xù)墻的內(nèi)力、變形及穩(wěn)定分析，得到地下連續(xù)墻內(nèi)力、變形隨深度的關(guān)系曲線，并確定合適的地下連續(xù)墻厚度，該地下連續(xù)墻厚度即為帶支腿地下連續(xù)墻墻段厚度。
[0014]步驟2、支腿數(shù)量、尺寸以及深度的合理判定:
[0015](I)初步擬定墻段下支腿數(shù)量、截面尺寸，得到墻段與支腿的剛度比值巧、支腿的水平向承載力，包括抗彎和抗剪承載力。
[0016](2)根據(jù)步驟I得到的地下連續(xù)墻內(nèi)力、變形隨深度的關(guān)系曲線，在基坑底以下內(nèi)力的下降段范圍，確定內(nèi)力值F = AzV1對應(yīng)的深度。初步判定該深度為墻段與支腿的交界面位置，也就是支腿頂端的位置。
[0017](3)初步形成帶支腿地下連續(xù)墻截面尺寸、墻段及支腿深度參數(shù)。
[0018]步驟3、改進(jìn)彈性地基梁法有限元程序，設(shè)置變剛度開關(guān)，使得支腿段范圍彈性地基梁剛度=墻段范圍彈性地基梁剛度Av從而形成變剛度彈性地基梁法有限元程序。采用變剛度豎向彈性有限元法程序，進(jìn)行水平荷載作用下帶支腿地下連續(xù)墻的內(nèi)力和變形校核驗算，對支腿交界面的位置、支腿的內(nèi)力進(jìn)行復(fù)核。
[0019]步驟4、當(dāng)計算得到的支腿內(nèi)力大于支腿的水平向承載力&時，降低支腿交界面位置。返回步驟3，重新計算，直至支腿的內(nèi)力滿足其水平向承載力和周邊環(huán)境的變形要求。
[0020]步驟5、根據(jù)確定的帶支腿地下連續(xù)墻的內(nèi)力，進(jìn)行墻段和支腿段的配筋設(shè)計計算，墻段和支腿段正截面抗彎、斜截面受剪承載力驗算。其中墻段和支腿段正截面抗彎、斜截面受剪承載力驗算公式如下:
[0021]I)墻段單位寬度正截面受彎承載力驗算:
[0022]
【權(quán)利要求】
1.水平荷載作用下帶支腿地連續(xù)墻計算方法，其特征在于該方法包括如下步驟: 步驟1、采用彈性地基梁法有限元程序，進(jìn)行地下連續(xù)墻的內(nèi)力、變形及穩(wěn)定分析，得到地下連續(xù)墻內(nèi)力、變形隨深度的關(guān)系曲線，并確定合適的地下連續(xù)墻厚度，該地下連續(xù)墻厚度即為帶支腿地下連續(xù)墻墻段厚度； 步驟2、支腿數(shù)量、尺寸以及深度的合理判定: (1)初步擬定墻段下支腿數(shù)量、截面尺寸，得到墻段與支腿的剛度比值A(chǔ)、支腿的水平向承載力，包括抗彎和抗剪承載力； (2)根據(jù)步驟I得到的地下連續(xù)墻內(nèi)力、變形隨深度的關(guān)系曲線，在基坑底以下內(nèi)力的下降段范圍，確定內(nèi)力值F = ^Zr1對應(yīng)的深度；初步判定該深度為墻段與支腿的交界面位置，也就是支腿頂端的位置； (3)初步形成帶支腿地下連續(xù)墻截面尺寸、墻段及支腿深度參數(shù)； 步驟3、改進(jìn)彈性地基梁法有限元程序，設(shè)置變剛度開關(guān)，使得支腿段范圍彈性地基梁剛度=墻段范圍彈性地基梁剛度I',從而形成變剛度彈性地基梁法有限元程序；采用變剛度豎向彈性有限元法程序，進(jìn)行水平荷載作用下帶支腿地下連續(xù)墻的內(nèi)力和變形校核驗算，對支腿交界面的位置、支腿的內(nèi)力進(jìn)行復(fù)核； 步驟4、當(dāng)計算得到的支腿內(nèi)力大于支腿的水平向承載力時，降低支腿交界面位置；返回步驟3，重新計算，直至支腿的內(nèi)力滿足其水平向承載力和周邊環(huán)境的變形要求； 步驟5、根據(jù)確定的帶支腿地下連續(xù)墻的內(nèi)力，進(jìn)行墻段和支腿段的配筋設(shè)計計算，墻段和支腿段正截面抗彎、斜截面受剪承載力驗算；其中墻段和支腿段正截面抗彎、斜截面受剪承載力驗算公式如下: 1)墻段單位寬度正截面受彎承載力驗算:
【文檔編號】G06F17/50GK103761400SQ201410040844
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】袁靜, 劉興旺, 施祖元, 曹國強(qiáng) 申請人:浙江省建筑設(shè)計研究院