钢板桩支护结构的计算原理及软件应用.pdfVIP

钢结构设计和分析 钢板桩支护结构的计算原理及软件应用 程涛1易成1 殷易2 (1．中国矿业大学北京100083；2．上海市千行建筑工程有限公司上海200090) 摘要：本文根据有限元法的基本原理，利用弹性地基粱的数值解法计算钢板桩在实际工程中的横向位移 及内力，给出了土锚一钢板桩利用这种方法进行设计计算的具体步骤，并结合VB计算机语言编制的计算程序， 通过工程实例证实该方法的可行性． 关键词： 钢板桩土锚弹性法弹性地基梁VB 1 引言 钢板桩支护结构由于其特有的优点，可用于施工场地受到限制的工程，以避免大开挖，加快施 工进度，同时钢板桩支护结构机械化程度高，适用于工期较短的基坑工程，由于钢板桩为钢结构支 撑，也适用于对工程环保要求较高的工程。 目前国内现有的基坑计算程序并没有专门的钢板桩设计模块，国外的钢板桩设计软件也没有针 对中国规范的中文版本。所以本文基于有限元法的原理，利用VB语言编制千行钢板桩计算软件，并 通过工程实例验证其可行性。 2本文就有限元法在土锚一钢板桩设计中的几个主要步骤进行分析： 2．1 支护结构的计算方法。 在基坑外侧的主动土压力(及荷载标准值)都是按郎肯主动土压力公式取值，但基坑内侧的抗 力却有不同的取值方法。如：经典法、弹性法、弹塑性法、山肩邦南法等。 经典法设计理论主要源于挡土墙设计理论，由于基坑支护结构与和一般挡土墙受力机理有所不 同，按经典法设计的计算结果与支护结构内力实测结果相比，在大部分情况下都并不尽相符(结果 偏大，这已被大量的工程实例所证实)；再者，由于用经典法难以计算出支护结构的变形，而且在 一些不可能或不允许产生土体极限平衡状态的情况下，经典理论无法计算其相应的土压力，因此， 需要引进一种根据土体的变形情况确定土体抗力的计算方法，这就是弹性法得以发展的客观要求。 随着计算机的普及、发展，弹性理论越来越多的用于基坑支护工程的设计计算，有限元法是目前较 常采用的一种基于弹性理论的支护结构计算方法。 目前，应用杆系有限元法计算一般还仅限于平面问题的分析。而作用于支护结构上的荷载，对 于基坑开挖面以上还是采用经典理论分析的主动土压力，而作用于基坑开挖面以下的荷载，一般认 为用弹性抗力比例系数的m法较为符合实际，而m的取值对于不同地区而言还需由现场试验或参照类 似工程的经验确定。 2．2有限元法的基本挠曲方程及数值解法 钢板桩结构可以看作是一竖向的弹性地基梁，图l为竖向的弹性地基梁有限元法的计算简图，其弹 性曲线微分方程如下 d4v (0≤Z≤h。) (1) EI二子一e。ikb。=0 Qz 138 铜结构2009年增刊 程涛，等：钢板桩支护结构的计算原理及软件应用 EI三手+mbo(z—ho)y—e。ikb。=0(z≥hu) (2) Uz 式中EI——钢板桩计算宽度的抗弯刚度 r地基土水平抗力系数的比例系数 b『_—-j亢力计算宽度，钢板桩可取单位宽度，也可取桩中心距 z——钥板桩顶部至计算点的距离 ho．一第n工况基坑的开挖深度 r计算点水平变形 b。_一荷载计算宽度，钢板桩可以取单位宽度，也可取桩中心距 oat广—-基坑开挖面下i点水平抗力标准值 I |／ ／／ ／ ●h—_ 卜JVVVL—一 划 L。VVV—土 聪 螺 业 爿{1 L-，VV、，一寻∥土。 如 鳝