施工控制中钢支撑受力机理分析_王幼明
两柱掩护式液压支架受力分析及结构件强度校核
6
( i = 1 ~ 6)
每个板件 对截面形心的惯性距 : Jzi = ( i = 1 ~ 6)
顶梁截面 中心主惯性矩 : Jz =
式中 : f 顶梁 与顶板之间的摩擦系数 , 一般取 0~ 0 . 3; P 立柱总工作阻 力 ; PE Q 平衡千斤顶总作用力 ; 推力取 + !, 拉力取 - !; 支架合力 ;
图 2 顶梁断面图 先对每块 钢板编号 , 把位置状态相 同和截面积 相同的钢 图 1 两柱 掩护式支架受力图 取顶梁和掩护梁 为隔离体 , 各力对 O 点 ( 四连杆 运动瞬 心 ) 取力矩平衡方程为 : P r1 + ( b + a tan ) fQ - ( x + a) Q = 0 水平和垂直座标 轴力平衡方程为 : Q f + F 1 cosE 5 + F 2 cosE 4 - P sinE 1 = 0 F 1 sinE 5 + F 2 sinE 4 + P co s E1 - Q = 0 取顶梁为隔离体 , 各力对 O1 点取力矩平衡方程为 : P r2 + Qfb + P E r3 - Q x = 0 由式 ( 1) 、( 2) 、( 3) 、( 4) 可求出 : P ( r1 - r2 ) - P E r3 Pr2 + P E r3 Q = ; x= +f b a ( 1 - f tan ) Q F1 = Q ( 1 + f tanE 4 ) - P ( cosE 1 + tanE 4 s inE 1 ) sinE 5 - tanE 4 cosE 5 F2 = P sinE 1 - F 1 cosE 5 - Q f co s E4 ( 4) ( 2) ( 3) ( 1) 板编成 一个号 ( 如 6 块立 筋都编 为 3 号 ) , 计算截面 积 S i 和 截面形心距 y i。即 : S1 = L1 ; y1 = 2 ; S2 = L2 ; y2 = + 2 ;
基坑支护结构混凝土支撑轴力计算方法及报警值设置浅析王幼明1张鹏宇2吴清3
基坑支护结构混凝土支撑轴力计算方法及报警值设置浅析王幼明1 张鹏宇2 吴清3发布时间：2023-05-31T07:16:18.862Z 来源：《工程建设标准化》2023年6期作者：王幼明1 张鹏宇2 吴清3 [导读] 针对厚层软土地区深基坑工程混凝土支撑轴力监测数据报警情况，为科学研判基坑支护结构稳定性，对基坑监测中常用的混凝土支撑轴力计算方法进行分析。
指出了采用混凝土线性本构关系计算混凝土支撑轴力的不足之处，采用了更加符合客观情况的混凝土非线性本构关系计算混凝土支撑轴力。
同时，提出了考虑混凝土压应变发展水平的混凝土支撑轴力报警值设置原则。
深圳市建研检测有限公司深圳市 518049摘要：针对厚层软土地区深基坑工程混凝土支撑轴力监测数据报警情况，为科学研判基坑支护结构稳定性，对基坑监测中常用的混凝土支撑轴力计算方法进行分析。
指出了采用混凝土线性本构关系计算混凝土支撑轴力的不足之处，采用了更加符合客观情况的混凝土非线性本构关系计算混凝土支撑轴力。
同时，提出了考虑混凝土压应变发展水平的混凝土支撑轴力报警值设置原则。
提高了混凝土支撑轴力监测数据对研判基坑支护结构的可靠性。
关键词：基坑监测；混凝土支撑；支撑轴力；本构关系；基坑支护1 引言随着我国城市建设的发展，各大城市涌现出大量高层及超高层建筑，相应的地下空间开发展迅速。
因此涌现了大量的深基坑工程项目。
由于岩土性质的复杂多变性和和计算模型的局限性，基坑工程需要根据施工过程的工况变化和监测信息实行动态设计和信息化施工[1-2]。
软土地区因其不良地质条件以及周边环境的复杂性，深基坑工程面临的诸多挑战。
因此，基坑工程的信息化施工具有举足轻重的作用。
基坑监测数据作为基坑工程信息化施工的要素，受到了相关领域的专家及学者的关注。
其中，王卫东等[3]对上海软土地区基坑典型案例进行了研究分析，安关峰等[4]对广州地区深基坑监测数据进行分析。
混凝土支撑作为深基坑支护结构常用的关键构件，其轴力监测数据是研判基坑安全的关键信息之一。
钢筋混凝土支撑轴力影响因素研究
专业知识分享版使命：加速中国职业化进程摘 要：文章基于钢弦式钢筋应力计工作原理，对广西大学地铁车站深基坑第一道支撑中包含的钢筋混凝土支撑及钢支撑轴力进行对比分析，并通过有限元模拟对支撑轴力测试结果进行验证，从理论上分析影响混凝土支撑轴力的几种因素，得出实际钢筋混凝土支撑轴力约为测试结果的３０％。
关键词：钢筋混凝土；支撑轴力；收缩徐变；应力应变随着我国基础建设的迅速发展，地铁车站、房屋建筑基础等深基坑工程建设也日益增多。
在深基坑工程的施工过程中，其支护结构的稳定性就显得极其重要，在现代信息化施工理念的指导下，对基坑支护结构及基坑周边土体、建构筑物等进行实时系统的监控成为保证基坑安全的重要手段，其中对支护结构的监测是整个监测系统中最为重要的内容之一。
因此，通过对支撑轴力的监测，可以及时掌握施工过程中支撑的受力状况，同时也可以大致反推围护结构（桩或墙等）的变形情况。
准确监测出支撑轴力的大小及其变化情况对整个基坑工程施工安全就显得非常重要。
目前对钢筋混凝土支撑轴力监测的常规方法是采用钢筋应力计测试出钢筋的应力，然后通过钢筋与混凝土共同工作、变形协调条件反算支撑的轴力。
大量现场测试结果表明，测试结果往往是设计值的２～３倍，甚至更大，而在工程中却没有发现支护结构任何失稳或破坏情况，这样就使得这一项监测工作就失去了实施的意义。
本文基于钢筋混凝土材料本身的特性并结合工程实例，对混凝土支撑轴力进行初步的分析。
１ 钢筋混凝土支撑轴力的测试与计算采用钢筋应力计测试钢筋混凝土支撑轴力，一般预先在支撑内的钢筋笼四角或中间位置各埋设一组钢筋计，如图１所示，与支撑主筋焊接在一起。
通过现场采集钢筋计的频率，结合已测出的钢筋应力计的初始频率、厂家给出的率定系数及计算公式换算出被测钢筋的应力值，由钢筋计的应力反算支撑轴力的计算公式为：式中：Ｆ———支撑轴力，ｋＮ；Ｅｃ，Ｅｔ———混凝土 和钢 筋 的弹性模量，ｋＮ／ｍｍ２； σｔ———实测的钢筋平均应力，ＭＰａ，σｔ＝σｉ———实测的钢筋应力；ｎ———监测断面内钢筋计数量；Ａ，Ａｔ———支撑截面面积和钢筋截面面积，ｍｍ２。
深基坑开挖过程中钢支撑轴力影响因素及其变化规律研究
深基坑开挖过程中钢支撑轴力影响因素及其变化规律研究摘要：钢支撑长细比大、安装精度需求高。
随着近年来深基坑深度与施工难度的不断增加，由钢支撑失稳引发的基坑坍塌事故时有发生，以武汉天河机场主进场路深基坑支护为工程依托，结合现场监测，分析研究深基坑开挖过程中钢支撑轴力的变化机理与规律，并得到以下结论：（1）土体卸荷、基底隆起、围护桩变形是影响钢支撑轴力的主要因素；（2）钢支撑轴力随基坑开挖深度的增加而上升，且同一断面下层支撑的轴力要高于上层支撑；（3）钢支撑的架设对相邻支撑有较大影响，且易产生集中应力。
关键词：钢支撑；深基坑；开挖；轴力Study on the influencing factors and changing rules of axial force of steel support in the process of deep foundation excavationZhang Zhenyin（China Railway 14 Bureau Group Tunnel Engineering Co. Ltd.， Jinan Shandong 250000，China）Abstract: The steel support has large slenderness ratio and high installation accuracy. With the increasing depth and construction difficulty of deep foundation pit in recent years, the collapse accidents of foundation pit caused by the instability of steel support occur from time to time. Based on the deep foundation pit support of Wuhan Tianhe Airport, combined with the field monitoring, the change mechanism and law of the axial force of steel support in the process of deep foundation pit excavation are analyzed and studied, and the following conclusions are obtained:(1) Unloading of soil, uplift of foundation and deformation of retaining pile are the main factors affecting the axial force of steel support; (2) The axial force of the steel support increases with the increase of the excavation depth of the foundation pit, and the axial force of the lower support of the same section is higher than that of the upper support;(3) The erection of steel supports has great influence on adjacent supports, and it is easy to produce concentrated stress.Key words: Steel support; deep foundation; excavation; axial force1引言在利用钢支撑作为水平方向支护的深基坑工程中，可以通过监测钢支撑轴力的变化情况来掌握围护体系的稳定性，本文依托武汉天河机场主进场路工程，结合理论分析与现场轴力监测，对直槽明挖隧道深基坑支护结构中钢支撑内力变化进行分析，探究分步开挖对支撑轴力的影响规律，得出开挖阶段钢支撑轴力的变化特征，为基坑开挖工艺的优化奠定理论与实践基础。
钢结构建筑施工技术控制要点分析王宇
钢结构建筑施工技术控制要点分析王宇发布时间：2021-07-12T15:40:15.253Z 来源：《建筑模拟》2021年第3期作者：王宇孙孝蕾[导读] 现代建筑行业发展过程中，超建筑中的钢结构不断增多，钢结构施工技术是保障此类建筑物施工质量的重要手段。
在施工过程中，要合理选择施工设备，科学使用吊装技术、焊接技术以及预变形技术，实现提升建筑物整体建设水平的目标。
基于此，本文主要分析了钢结构建筑施工技术控制要点。
中国建筑第二工程局有限公司北京 100000摘要：现代建筑行业发展过程中，超建筑中的钢结构不断增多，钢结构施工技术是保障此类建筑物施工质量的重要手段。
在施工过程中，要合理选择施工设备，科学使用吊装技术、焊接技术以及预变形技术，实现提升建筑物整体建设水平的目标。
基于此，本文主要分析了钢结构建筑施工技术控制要点。
关键词：建筑工程；钢结构；施工技术引言随着时代的发展社会的进步，在整个建筑行业中，传统的施工技术已经逐渐无法满足新时代的发展要求，尤其是随着新技术、新材料的广泛应用，需要进一步加大对施工技术的改革力度。
在开展工程建设中应用钢结构，能够有效提高工程质量的同时，还能够减少施工周期，提高施工质量。
现阶段需要做的就是不断完善工程施工技术，充分发挥出钢结构的价值，确保工程项目的顺利建设。
1现代建筑中的钢结构概述钢结构建筑就是以建筑钢材构成承重结构的建筑，其中的梁、柱、桁架等构件通常都是由型钢钢板等所构成。
和传统混凝土建筑进行对比，钢结构建筑具有大幅节约施工时间、施工不受季节影响、推动住宅空间使用面积增大、减少建筑垃圾与环境污染、可重复利用建筑材料、推动其他新型建筑行业发展、抗震性能良好、强度高、自重轻、低碳环保、开间跨度较大等优势。
正是由于这些方面的优势，近年来钢结构建筑逐渐在建筑领域得到广泛应用，同时在、超建筑上的运用也日益成熟，是未来建筑的重要发展方向。
当然钢结构建筑也并非没有缺点，其中较为明显的两大缺点便是耐热不耐火以及易受腐蚀。
钢支撑施工及质量控制要点
地铁车站明挖基坑支护体系
本车站长301.2m，标准段宽22.1m，标准段基坑
深度16.9m，盾构井基坑最深约19.67m。车站主体为地 下两层三跨箱型结构，采用明挖装配式工法施工。
基坑除盾构段竖向布臵四道钢支撑，其余标准段
竖向均为三道钢支撑，钢支撑均为Ф800x20钢管撑。
第一道钢支撑角部各设臵两根斜撑，标准段对撑
--------地铁明挖法施工技术系列三
2019年1月
大家好，前一章节详细介绍了有关地铁车站明挖法地连墙施工工艺，本章主 要结合工程实例讲解车站明挖法施工常用的支护结构----钢管支撑施工基本程序及质 量控制要点、安全管理、施工过程技术人员注意问题及相关计算方法、质量通病防治， 推荐新手必看！！ 参考规范《基坑工程内支撑技术规程》（DB11/940-2012）、《钢结构焊接
将斜撑支座焊接在腰梁上，确保钢管支撑与端承板成
垂直关系，然后进行支撑安装作业。（进行支撑重量 计算，根据重量及吊机作业环境，选择吊装方式）。
四、钢支撑安装---吊装及预加轴力
钢支撑预拼
钢支撑吊装
四、钢支撑安装---吊装及预加轴力
③支撑安装完毕后，应及时检查各节点的连接状况， 经确认符合要求后，方可通过液压千斤顶对钢管支撑 活动端端部施加预加轴力。 ④千斤顶压力的合力点应与支撑轴线重合，千斤顶应
一、材料准备---钢管支撑加工
法兰尺寸如图所示：外 径950mm,焊接16个肋板
加固，肋板间隔间开16
个直径22的螺栓孔，法 兰与钢管间的焊接为二 级连接，焊缝高度不小 于12mm,相关数据参考， 钢结构焊接规范。
一、材料准备---斜支座（牛腿）加 工
斜支座加工的形式及尺寸，如图所示采用20mm钢板行焊接而成，焊缝高度 不小于12mm,数量为斜撑数量的2倍，进场应进行报验，监理验收合格后方 可进行安装使用。
建筑施工中钢筋混凝土结构施工技术要点分析 王同明
建筑施工中钢筋混凝土结构施工技术要点分析王同明摘要：随着社会经济的发展，我国的建筑工程建设有了很大进展，在建筑工程中，钢筋混凝土的应用十分广泛。
钢筋混凝土结构施工是房屋建筑施工中最重要的内容之一，有效地提高其质量是房屋质量最基本的保证，本文就房屋建筑施工中钢筋混凝土结构施工技术进行分析，探究技术施工中出现问题的原因并给出相关解决措施。
关键词：建筑施工；钢筋混凝土结构；技术应用；问题与措施引言现代房屋建筑在建设中，会受到多种外界因素的直接影响，例如在国内不同地域内，土质条件、水文条件等方面都存在差异，不同环境下的施工技术，都需要进行针对性的应用以及变动，以此才能保障最终的建筑质量。
在房屋建筑施工中，建筑变形、沉降以及潮湿都会拉低建筑的稳定性，带来房屋建筑的安全隐患，不利于人们居住。
因此在房屋建筑建设中，运用如钢筋混凝土预制桩等技术，便能显著提升地基稳定性，为建筑建设打下基础。
以下对该项技术的有关要素进行简要分析。
1钢筋混凝土工程施工中的技术特点分析1.1整体性在整个工程建设过程中，要重视钢筋混凝土工程对整个工程的基础性作用，并在工程施工中准确把握各个环节，进而排除其中的隐患和问题，优化其施工环节，促进工程整体建设工作的有效性和安全性。
另外，钢筋混凝土工程的实际施工方面，还要与其他相关部门做好协调与沟通，进而确保工程的整体性和各环节建设的一致性，从而做好优化工程施工环节，并在工程效率和工程质量两个方面都能提供更好的依托。
1.2复杂性钢筋混凝土结构施工流程相对复杂，在施工开始之前需要做好前期各项准备工作。
通过提前做好检测和放样，重视立模立板施工，提前做好预埋件安装，严格对钢筋绑扎和混凝土浇筑施工进行控制，做好后期混凝土养护施工，以此来保证钢筋混凝土施工的质量。
由于钢筋混凝土施工较为复杂，因此在具体施工过程中需要加强管控力度，为钢筋混凝土施工质量提供重要的保障。
2钢筋混凝土工程中的常见问题分析2.1钢筋混凝土出现漏筋问题所谓漏筋，是指钢筋混凝土中的钢筋，因某些情况没有被混凝土完全包裹住而暴露在空气中的一种现象。
浅谈新形势下如何强化土木工程施工技术节点把握 王中明
浅谈新形势下如何强化土木工程施工技术节点把握王中明摘要：文章从新时期土木工程施工技术，土木工程施工技术的未来发展分析两方面来阐述。
关键词：土木工程；施工技术；节点把握随着社会经济和人民生活水平的提高，土木工程也得到了很快的发展，在国民经济发展中占有重要地位。
而土木工程施工技术是土木工程中最为重要的部分，直接关系到土木工程的整体质量，因此要在土木工程建设过程中把握好施工技术。
随着我国科学技术水平的不断提高，土木工程施工技术也在不断发展和进步，新的施工技术和施工方式不断出现，提高了我国的土木工程水平。
1 新时期土木工程施工技术1.1 钻孔灌注桩技术钻孔灌注桩施工技术是采用不同的钻孔方法，在地层中钻出一个固定形状的井孔，达到设计标高后，将钢筋骨架吊入井孔中，并灌注混凝土形成桩基础的一种工艺，同于以往的锤击法施工技术，具有施工噪音小、灌注直径大、施工速度快等特点。
目前，钻孔灌注桩施工技术已经在土木工程中得到越来越广泛的使用，可以适应于多种类型的工程，适应力很强，对施工条件的要求不是特别高。
运用钻孔灌注桩施工技术施工时，桩的承载力直接影响着工程的质量，因此灌注的沉淀时间等因素是施工中重点控制的因素。
钻孔灌注桩施工技术会受到工程施工地的地质条件、现场管理、桩的承载力等因素的影响，施工进度以及造价等比较难以控制，此外，由于钻孔灌注桩施工技术要在泥水中进行灌注，因此水下施工的难度比较大，施工质量难以保证。
在钻孔的过程中，注入泥浆是为了使土层湿润，达到钻孔的要求，降低钻孔的难度，从而保证钻孔质量。
制浆时先将粘土打碎，将其放入护筒中，再用冲击椎对其进行打击，当粘土变成泥浆的时候可以立即进行钻孔，泥浆的制备和调配要根据施工现场的实际情况进行，控制好粘稠度。
进行钻孔之前，要检查各项准备工作是否已经到位，之后将钻机稳定地安装在钻孔的一侧，钻杆保持垂直，控制好钻孔速度，当钻孔达到地层并且泥浆已经充分灌入的时候可以提高钻孔速度。
建筑钢结构施工的质量控制要点分析 王作亮
建筑钢结构施工的质量控制要点分析王作亮摘要：科技技术的日新月异，促使各种新型材料和施工工艺不断涌现。
其中钢结构以其无可比拟的优势，在建筑工程中得到广泛应用，且日渐成为了建筑行业当中一种支柱形式。
然而受到多方面因素的影响，建筑钢结构施工过程中也会出现诸多质量问题，迟滞了钢结构的推广与应用，因此，加强钢结构施工质量控制成为一个热点话题。
关键词：建筑钢结构；施工质量；控制要点引言钢结构在建筑工程施工中具有广泛的应用，与其他建筑材料相比，钢材料具有强度高、效能高等重要特点，并且还具有很高的循环再利用价值。
控制好相应的施工质量，强化对钢结构施工关键点的控制和管理，全面保障建筑工程施工质量和效果，促进我国建筑工程的进步和发展。
1建筑钢结构运用的优势1.1有利于保障建筑物稳定性建筑钢结构自身具有良好的承重性，能够承载水泥混凝土的总量和强度。
建筑钢结构还可以在一定程度上节省更多的材料与空间，能够有效的建减少建筑物的横截面积，这样便可以使室空间变得更多。
建筑钢结构自重相对较轻，这样便可以避免钢筋结构总量超过混凝土总量的现象。
这样咋遇到地震、自然灾害等外力作用下，可以减低内部建筑材料之间的相互作用，在保障建筑物稳定性的同时，对人们的生命与财产安全起到了一定的保护作用。
1.2有利于建筑行业的绿色发展我国城镇化正在迅速的发展，积极的促进着建筑行业的发展与创新。
在当前可持续发展脚步不断迈进的当下，环保、绿色、可持续发展的基调，已经渗透到了建筑行业中。
建筑钢结构已经成为当前建筑行业的主流技术。
建筑钢结构的基础材料是当前建筑行业产业化的产物，在保障建筑行业需求的同时，具有高效能、高强度的实际特点。
其强大的支撑力，能够确保建筑的稳定性与耐用性。
此外，当建筑拆除之后，建筑钢结构还能够通过回收的手段，实现再次利用，其回收、再利用的能力非常强，展现了其自身独有的效率。
2建筑钢结构施工质量控制要点2.1准备阶段的质量控制要点2.1.1熟悉工程施工设计和图纸第一，施工单位应熟悉工程施工图纸。
钢支撑轴力智能控制设备液压系统设计
钢支撑轴力智能控制设备液压系统设计耿涛涛;訚耀保【摘要】钢支撑轴力智能控制设备作为智能施工的关键控制部件,对其可靠性要求越来越高.以某型号钢支撑轴力智能控制设备为基础,分析了设备液压系统原理,以及轴力控制回路、锁紧螺母锁紧回路、泵站冗余回路等诸多工作过程,归纳了智能施工装备的泵站、液压缸、机液锁紧机构等的设计要点.【期刊名称】《流体传动与控制》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】4页(P1-4)【关键词】开式液压系统;回路;冗余;锁紧;组合密封【作者】耿涛涛;訚耀保【作者单位】同济大学机械与能源工程学院上海 201804;同济大学机械与能源工程学院上海 201804【正文语种】中文【中图分类】TH137钢支撑轴力智能控制设备是用于钢支撑安装、轴力控制、拆卸等作业的设备，国内最早应用于2007年左右。
随着建筑行业绿色施工要求的提高，钢支撑系统因结构简单、施工快捷、无污染的特点，逐渐成为深基坑内支撑系统的主要方式；钢支撑轴力智能控制设备作为钢支撑系统施工的关键控制设备，市场接受度越来越高，设备的可靠性要求也越来越高[1]。
根据实际使用经验，工程机械设备的平均故障间隔时间约500小时。
因此，如何提升设备使用的可靠性，成为钢支撑轴力智能控制设备的关键所在。
本文以某型号设备为基础，介绍液压系统设计要求，为行业产品技术的提升提供参考。
1 液压系统设计原理图1为钢支撑轴力智能控制设备结构原理图。
钢支撑轴力智能控制设备由控制柜、发电机组、泵站、补偿节等四部分组成；每台控制柜配备1台发电机组、4台泵站，每台泵站配置8套补偿节，系统共有32套补偿节[2]。
控制柜、发电机组、泵站作为控制端，安装于基坑上方；补偿节与钢支撑串联连接，作为钢支撑轴力调整的执行元件，安装于基坑中。
液压系统因功率重量比大、动作准确、快速等特点，被选作为设备的动力来源和执行部件[3]。
由于钢支撑轴力智能控制设备长期、连续处在露天场合，工况恶劣，主要受静载荷作用，偶尔受冲击载荷，执行机构具有动作单一、持续时间短、重复工作的特点。
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第一作者 :王幼明 男 1982 年 10 月出生 硕士研究生 Email :dogw ang163 @ 收稿日期 :2006 -05 -07
83
施工技术
不合理的 。 2.2 建议的提出
钢支撑的作用是承受围护桩传来的基坑两侧的 土压力 , 因此钢支撑主要承受轴力 。但是在工程实 践中 , 受钢支撑两端与冠梁或腰梁连接方式的影响 , 一定会有弯矩作用其上 。
ANALYSIS OF FORCED MECHANISM OF STEEL SUPPORT IN CONSTRUCTION CONTROL
Wang Youming Gao Yongtao Wu Shunchuan Pan Guihao Yao Zhixian (Civil & Environment al Engineering School , Beijing U niversit y of Science & Technology Beijing 100083)
4 理论简化计算分析
下面将采用上文中提到的材料力学弯曲理论对
钢支撑截面的轴向正应力进行分析 。 4.1 截面应力分析 4.1.1 弯矩引起的应力
σM
= Mx Ix
I x
=
π(R 1
4 -r 024
4)
式中 M ——— 弯矩 ;
x ——— 截面高度 ;
Ix ——— 截面惯ຫໍສະໝຸດ 矩 ;84钢支撑受轴力和弯矩的双重作用 , 在线弹性范 围内 , 截面的应力应该呈线性分布 , 因此钢支撑的轴 力计算方法应该是将两个应变计测量的应力值的平 均值看作截面平均应力 , 然后与截面积相乘 , 得出钢 支撑所承受的轴力 。并且应该把弯矩作为判定基坑 稳定性的因素 。 钢支撑是薄壁构件 , 不同于实腹构 件 , 直观的判断是缺乏根据的 , 下面就这一问题展开 探讨 。
3 钢支撑壳体理论分析 文献[ 3] 所述的壳体理论的计算假定是 :1)垂直
于中面方向的正应变可以不计 ;2)中面的法线保持 为直线 , 而且中面法线及其垂直线段之间的直角保 持不变 , 也就是该二方向的剪应变为零 ;3)与中面平 行的截面上的正应力(即挤压应力)远小于其垂直面 上的正应力 , 因而它对变形的影响可以不计 ;4)体力 及面力均可化为作用于中面的荷载 。 3.1 钢支撑壳体理论计算模型
文献[ 4] 提到 :“对于壳上边缘相当远的部分 , 薄 膜理论(无矩理论)可以给出满意的结果 , 但是它并 不能满足所有的边界条件 。 因此薄膜理论所提供的 解作为一次近似 , 只是在边缘处用更周密的弯曲理 论(有矩理论)以满足边界条件是合理的 。”
在使用薄膜理论进行近似计算时 , 文献[ 5] 中的 研究指出 :“忽略了弯矩作用对应力的影响时 , 计算 主要应力的结果所产生具有 t 2/ R 数量级的偏差 , 其与壳体厚度相比是微量的 , 因为壳体厚度 t 与圆 柱半径 R 之比是微量 。这就说明了薄膜理论结果的 可靠性 , 假如边界条件不在边界引起较大的弯曲的 话 。”其原因是 :边界效应应力状态只存在于边界附近 且具有急剧衰减的特征 。而无矩应力状态则遍布于 全壳 , 变化缓慢[ 6] 。 当距受力端超过 2.0 tR 时 , 边
随着地下轨道交通的发展和高层建筑的建设 , 大量的基坑工程向着更大 、更深的方向发展 。 由于 大量的基坑集中在市区 , 施工场地相对狭小 , 环境条 件比较复杂 , 信息化施工显得尤为重要 , 施工控制成 为必不可少的项目 。
由于钢支撑有本构关系相对简单 、便于场外组 装 、可反复使用等特点 , 在基坑支护中 , 被大量采用 。 文献[ 1 , 2] 仅对在循环荷载作用下的钢支撑进行了 详细的力学分析 。静力分析的文献比较少见 。针对 这一问题 , 本文在实际工程背景下 , 采用理论分析和 数值模拟两种方法展开钢支撑的受力机理分析 。
前 4 列是原有的数据处理方法 。第 2 列(N 1)的 数据均超出了设计值 , 第 4 列(N2)的数据比较小 , 并且部分数据还出现了负值 。若用这两组数据衡量
钢支撑的受力情况容易产生混乱 。
第 5 列至第 8 列是本文提出的数据处理方法 。 第 6 列是钢支撑承受的真实轴力 。 可见 , 钢支撑所
面面积 :
N = S (σmax +σmin)/ 2 = Sb
(5)
将 ±σM =±a 代入式(1), 得弯矩为 : max
M
= aIx R
(6)
由式(5)、式(6), 对 某钢支撑监测 数据进行分
析 , 结果见表 1 。此支撑设计轴力为 442.8 kN , 并规 定正值为压力, 负值为拉力, 其中, 惯性矩 Ix = 0.001 107 m4 。
围护桩桩顶设 1 200 mm ×800 m m 水平冠梁 。 桩间采用挂网喷射 100 mm 厚 C20 混凝土以保持桩 间土稳定 , 混凝土喷层内设 8 @200 ×200 的钢筋网
Steel Constructio n.2006 (6), V ol.21, No.89
片 , 沿基坑竖向设 4 道由 I40a 工字钢与钢板焊接而 成的钢腰梁及 600 ×14 钢管支 撑(简称钢支撑)。 钢支撑水平间距为 3 m , 在基坑南北两端的转角处 设置钢管斜支撑 , 支撑高度与基坑横向钢管支撑体 系标高相同 。每个转角处钢管斜支撑水平间距均为 2 m,共4 道。
在水平面内 , 钢支撑为两端固定的三次超静定 结构 , 两个端头有水平转角 , 所以安装在钢支撑两侧 的应变计测出的应力会出现大小不等的现象 。在竖 直面内为二次超静定结构 , 但是竖直面内的弯矩只 受重力影响 , 并且此弯矩不影响应力计的读数 , 所以 在以下的分析中只考虑钢支撑水平面内的弯矩 。
ABSTRACT W hen analy zed the steel support monitoring data in construction control, there are some misconceptions. O n the basis of theo ry analysis, it is deduced tha t the axial stress is linear distribution, w hen the steel suppor t is loaded by ax ial fo rce and moment. It is presented an analytical approach to treating monitoring data of steel support in an engineering example.And it is also discussed the effect of moment in analyzing excavation stability. T hrough using the nonlinear finite element program ABAQUS and the method of back analysis, the rationality of the simplified calculation is verified. KEY WORDS construction control steel suppor t theory of shells ABAQ US linear regressio n
R ——— 钢支撑外半径 ;
r ——— 钢支撑内半径 。
设 ±σM =±a 。 ma x
4.1.2 轴力引起的应力
(1) (2)
σN
=
N S
(3)
式中 N ——— 轴力 ;
S ——— 钢支撑截面面积 。
设 σN ≡ b 。
王幼明 , 等 :施工控制中钢支撑受力机理分析
4.1.3 截面应力分布
由式(1)和式(3), 在弯矩和轴力共同作用下的 应力为 :
σ=
Mx Ix
+SN
(4)
于是有 , σmax =a +b , σmin =-a +b 。即 , 钢支
撑两个测点的应力值 。
4.2 钢支撑监测数据分析
由 4.1 分析的结果可知 , 钢支撑的应力分布呈 线性 。 因此钢支撑的轴力即是截面平均应力乘以截
在此工程中钢支撑两 端连接方式如图 1 、图 2 所示 。其中图 1 为固定端 , 图 2 为活动端 , 图 3 为图 2 的实况 。因此 , 在水平面内 , 两端均固定 ;在竖直 平面内一端固定 , 一端铰接 。
图 1 钻孔灌注桩与钢支撑节点 A
图 2 钻孔灌注桩与钢支撑节点 B
图 3 钻孔灌注桩与钢支撑节点 B 实况
1 工程背景 北京地铁某车站总长 204.8 m , 该站主 体明挖
结构分 为南 北两 段 , 其中南 段 长 75.8 m , 北段 长 75.1 m ;暗挖段长 53.9 m , 开挖深度为 23.3 m 。 基 坑盾构加固段为 27.2 m , 标准段为 23.1 m 。 开挖长 度为 76 m , 采用钻孔灌注桩和内支撑作围护结构 。 灌注桩直径 1 000 mm , 间距 1 200 ～ 1 500 mm , 桩长 29.70 ～ 30.70 m , 共 304 根 。
钢结构 2006 年第 6 期第 21 卷总第 89 期
界效应的影响可以忽略不计[ 7] 。 文献[ 8] 认为 :“在实际工程中 , 在满足 t 2/(2R)
不小于 3 的长壳中 , 梁理论可以近似地应用于设计 。 这种算法与材料力学的弯曲理论十分吻合 。” 但是 这种近似的计算方法只适用于每段钢管距钢支撑两 端及钢管连接处 2.0 tR 的范围之外 。
钢支撑的壁厚与半径之比为 0.047 , 小于 0.05 , 根据壳体理论 , 钢支撑为柱形薄壳[ 3] 。
钢支撑两端的约束为固定端 , 因此 , 此构件为有 矩的柱形薄壳 。 特别要说明的是 :在壳体理论中所 谓的弯矩并不是钢支撑截面所承受的弯矩 , 而是壳 体微元体的内矩 。