搜索【實(shí)際項(xiàng)目】基于ANSYS某超高層大型深基坑支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算分析
2017-09-07 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
基坑工程的開挖與支護(hù)一直是一個(gè)綜合性的工程難題,涉及各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)和技術(shù),具有安全儲(chǔ)備小、風(fēng)險(xiǎn)性搞、制約因素多、區(qū)域性墻、環(huán)境效益明顯、影響大、計(jì)算理論不完善、經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)等諸多特點(diǎn)。其中一個(gè)尤為突出的特點(diǎn)便是理論與實(shí)踐并重,稍有不慎,便會(huì)引起巨大的工程事故,下列為近幾年比較典型的基坑工程事故。
深基坑支護(hù)體系包括土體、圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及支撐結(jié)構(gòu),是一個(gè)保護(hù)影響域內(nèi)建筑物等的空間動(dòng)態(tài)體系。其中支撐結(jié)構(gòu)是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分,它由支撐桿件、環(huán)梁、立柱、吊桿等構(gòu)件組成,是一個(gè)承受圍護(hù)結(jié)構(gòu)所傳遞的土壓力、水壓力的結(jié)構(gòu)體系。支撐結(jié)構(gòu)必須穩(wěn)定、結(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造必須可靠,支撐與豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)共同作用為基坑施工提供一個(gè)可靠的結(jié)構(gòu)空間。
一般來講,基坑支撐結(jié)構(gòu)計(jì)算方法分為如下三種簡(jiǎn)化算法:
1、不考慮共同作用的簡(jiǎn)化算法
該方法將水平支撐結(jié)構(gòu)視為不動(dòng)鉸,計(jì)算簡(jiǎn)圖如下所示,但這種處理方法過高地估計(jì)了水平支撐結(jié)構(gòu)對(duì)豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的約束作用。
2、平面框架計(jì)算模型
該方法是先對(duì)平面框架進(jìn)行平面分析,分析得到產(chǎn)生單位法向變形值,美每延米的支撐力及支撐的等效剛度。再將支撐等效剛度作用于每層支撐結(jié)構(gòu)處,并對(duì)圍護(hù)體系進(jìn)行平面分析,力學(xué)分析模型如下所示。此種方法建模簡(jiǎn)單有效,但一般適用于平面比較規(guī)則的支撐體系,且需要足夠豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。
3、空間桿系分析方法
該方法假定豎向圍護(hù)樁余其后土體構(gòu)成一個(gè)平面共同工作體系,每層水平支撐結(jié)構(gòu)將豎向圍護(hù)樁連接起來,組成空間結(jié)構(gòu)體系。該方法考慮了水平支撐結(jié)構(gòu)形成的支撐樁間作用,受力明確,但此種方法建模工作量較大。力學(xué)模型如下:
本次分享的實(shí)際項(xiàng)目為某地超高層建筑深基坑支撐結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算,該超高層主樓地上51層,副樓地上32層,裙房地上8層,整體設(shè)置四層地下室,基坑開挖范圍約為84mX111m,主樓區(qū)域挖深23.6m,裙樓區(qū)域挖深21.6m,周圍布置地下連續(xù)墻,并設(shè)置兩道支撐。
基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)為高層居民住宅區(qū),樁基礎(chǔ),一層地下室,基坑北側(cè)、西側(cè)為市政道路,人行道與道路下埋設(shè)有雨水管道、給水管道、通訊管道、污水管道、電力管道。地下室外邊線距離東側(cè)、南側(cè)居民樓約6m,離北側(cè)、西側(cè)道路僅3m,場(chǎng)地用地條件非常緊張。
該區(qū)域典型地質(zhì)剖面圖如下:
砂巖原狀斷面特寫圖如下:
本基坑平面較為規(guī)則,采用平面框架方法進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算,支撐位置選取第二道支撐,軟件采用ANSYS。
相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸如下:
環(huán)梁:1600mmX800mm
圍檁:1200mmX800mm
立柱:700mmX700mm
連系桿件:400mmX400mm\500mmX500mm
結(jié)構(gòu)采用梁?jiǎn)卧猙eam4進(jìn)行模擬,邊界平行于XY平面考慮采用土彈簧進(jìn)行模擬,土彈簧采用combin39,通過對(duì)單元關(guān)鍵項(xiàng)的設(shè)置以及F-D曲線的設(shè)置實(shí)現(xiàn)單向受壓功能。土彈簧地基反力系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值20MPa。
支撐結(jié)構(gòu)整體平面布置如下所示:
支撐結(jié)構(gòu)所受線荷載最后折算為340KN/m,加載示意圖如下:
結(jié)構(gòu)約束圖:如下
結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果
結(jié)構(gòu)彎矩圖:
結(jié)構(gòu)軸力圖:
結(jié)構(gòu)剪力圖
結(jié)構(gòu)位移云圖
從圖中可見,在棧橋與環(huán)梁和圍檁相連處桿件所受彎矩和軸力較大,此處桿件應(yīng)進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。其余部分桿件可通過后處理提取內(nèi)力值按構(gòu)件設(shè)計(jì)方法進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì)。
結(jié)語:基坑計(jì)算考慮的因素較多,目前尚沒有一套完整的體系來恒定計(jì)算結(jié)果是否正確,只能根據(jù)相應(yīng)的工程經(jīng)驗(yàn)來判定。故在實(shí)際工程中,項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)尤為重要。
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