鋼支撐在地鐵建筑中的作用

鋼支撐在各個建筑中都有很重要的應(yīng)用，各種高樓建造，各種橋梁，各種藝術(shù)建筑等等，地鐵鋼支撐在地鐵建筑中的應(yīng)用作用。 

1 支撐布置及受力分析

1.1 支撐布置

新方案將支撐的豎向間距進行了調(diào)整，支撐的型號及水平間距不變，鋼支撐租賃考慮到方案變更對施工的影響，各道支撐的高程布置結(jié)合基坑開挖計劃和受力計算結(jié)果來確定。各道支撐高程為：第1道-0.4m；第2道-4.3 m；第3道-7.8m；第4道-11.0 m；第5道-14.2 m。

按上述布置，基坑開挖分為3次大型機械開挖和1次人工清底開挖共4個步驟：

(1) 第一層主要采用短臂挖掘機開挖，開挖至地面下0.9m時，架設(shè)第1道支撐。

(2) 第二層主要采用長臂挖掘機開挖，開挖至地面下4.8m和8.3m時，架設(shè)第2、3道支撐。

(3) 第三、四層土方大部分采用小型挖掘機開挖及人工配合開挖，龍門吊出土，自卸車兩側(cè)運輸，開挖至地面下11.5m和14.7m時，架設(shè)第4、5道支撐。

(4) 在開挖至基底200mm時，由人工清底開挖至設(shè)計標高，嚴防超挖。

1.2 支護結(jié)構(gòu)受力計算

優(yōu)化方案的分析計算，采用彈性地基桿系有限元模型來模擬基坑標準段圍護結(jié)構(gòu)在基坑開挖中的施工工況，由于它既能夠考慮支擋結(jié)構(gòu)的平衡條件以及結(jié)構(gòu)與土的變形協(xié)調(diào)，分析中所需參數(shù)單一且比較容易確定，同時又能有效地記入基坑開挖過程中的多種因素的影響。

在彈性地基桿系有限元分析中，將圍護結(jié)構(gòu)沿墻體縱向取單位寬度，并將其視為一個豎放支承在開挖面一側(cè)地層和支撐上的彈性梁，基坑開挖面以上的墻體根據(jù)要求剖分為若干段梁單元，支撐采用桿單元，基坑開挖面以下的墻體采用Winkler彈性地基梁單元模擬，地層對墻體變形的約束作用用一系列土彈簧單元來模擬，墻背作用的側(cè)向壓力按主動土壓力計算，且基底以下側(cè)向壓力取定值[1~2]。

為了計入施工因素，考慮墻體受力和變形的繼承性，本文采用荷載增量法進行計算。荷載增量法[3]，是把每一施工過程所增加的荷載稱為增量荷載，并作為外荷載作用于每一施工過程的支護結(jié)構(gòu)，每一施工過程的結(jié)構(gòu)由于支撐及土彈簧均發(fā)生了變化，因而其計算體系是不同的。增量荷載一般包括兩部分，土壓力增量和在上一過程已受力的土彈簧，本次施工將其挖掉時，應(yīng)將其所受的力作為本次的荷載增量，反向作用于結(jié)構(gòu)上，每一施工過程支護結(jié)構(gòu)的受力和變形為前面增量計算結(jié)果的迭加。荷載增量法的內(nèi)力及變形分析計算過程如圖3所示。根據(jù)上述計算理論，本文采用大型有限元軟件ANSYS模擬圍護結(jié)構(gòu)的變形和受力，在進行單元劃分時，把擋土結(jié)構(gòu)的截面荷載突變處、彈性地基基床系數(shù)變化段及鋼支撐的作用點處均作結(jié)點處理。在ANSYS 建模時, 彈性地基用彈簧單元COMBIN14模擬，開挖面以上的圍護結(jié)構(gòu)采用BEAM3梁單元，開挖面以下采用BEAM54 單元模擬彈性地基梁，鋼支撐采用LINK1桿單元。本文采用的土壓力模式是，坑底以上采用朗肯土壓力理論計算，坑底以下土壓力視為常數(shù)，按水土分算法進行計算，地面超載 取20kPa。被動區(qū)土體抗力以沿深度方向分布的一組土彈簧模擬，土彈簧單元剛度取決于土的基床系數(shù)和彈簧單元豎向間距，對于土彈簧單元，在局部坐標系下，其單元剛度 ，其中 為梁的計算寬度， 為單元長度， 為地基土水平向基床系數(shù)。按地基水平向基床系數(shù) 取值的不同，具體又分為常數(shù)法、“ ”法、“ ”法，本文采用“ ”法計算[2]。工程地質(zhì)分布情況及土層的物理力學參數(shù)見表1，樁體混凝土C25，彈性模量 MPa，抗壓強度 MPa。