朱玉清 左人宇 陳金培

（深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司 巖土工程設(shè)計(jì)所， 廣東 深圳 518000）

0 引言

隨著現(xiàn)代城市的快速發(fā)展，建筑工程與市政工程日益密集，人們對(duì)地下空間的利用需求也越來(lái)越高，導(dǎo)致建筑基坑的開挖深度也在不斷得到突破，于此同時(shí)混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)形式也在更多的得到運(yùn)用。支撐立柱是支撐體系中承擔(dān)結(jié)構(gòu)自重及上部其余豎向使用荷載的豎向關(guān)鍵構(gòu)件，若支撐立柱軸向承壓能力設(shè)計(jì)不足，將有可能導(dǎo)致整個(gè)支撐體系的失穩(wěn)，造成嚴(yán)重的事故，因此對(duì)支撐立柱內(nèi)力的分析研究十分重要。鋼管混凝土立柱由于截面承載能力大,穩(wěn)定性高,通常會(huì)作為內(nèi)支撐封板堆載，出土棧橋等豎向荷載偏大條件下的首選豎向構(gòu)件，因此本文根據(jù)實(shí)際過(guò)程中混凝土支撐與鋼管混凝土立柱的不同節(jié)點(diǎn)方式，對(duì)內(nèi)支撐體系各層立柱頂部由于重力荷載產(chǎn)生的軸向壓力進(jìn)行分析[1]。

1 算例概況

基坑支護(hù)采用排樁加混凝土內(nèi)支撐的形式，支撐立柱采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)支撐的豎向布置詳見(jiàn)如下各剖面圖。

圖1 混凝土內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面示意圖一

圖2 混凝土內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu)剖面示意圖二

由以上剖面中可見(jiàn)，各剖面首道支撐與支護(hù)的連接樣式不同，首道支撐與立柱的連接節(jié)點(diǎn)與其它支撐立柱處節(jié)點(diǎn)也不相同，以前將對(duì)各種支撐的豎向計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算討論[2]。

2 簡(jiǎn)化計(jì)算探討

2.1 多跨簡(jiǎn)支梁的立柱柱頂荷載簡(jiǎn)化計(jì)算

如圖1與圖2中所示，標(biāo)準(zhǔn)層的混凝土內(nèi)支撐梁由于其被立柱結(jié)構(gòu)穿過(guò)，則支撐梁在立柱處的材料不連續(xù)且連接較弱，不利于梁身彎矩傳遞，可將該梁端節(jié)點(diǎn)近似為鉸節(jié)點(diǎn)；圍檁混凝土結(jié)構(gòu)與支護(hù)樁的連接通常采用植筋的方式，連接強(qiáng)度較弱，也可近似為鉸節(jié)點(diǎn)；故忽略支撐梁各段在立柱支座處的彎矩傳遞，各跨梁段形成簡(jiǎn)支體系，則其計(jì)算模型可簡(jiǎn)化如下：

圖3 簡(jiǎn)化計(jì)算模型

多跨簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)體系兩端頭支座的反力；各中部立柱的支座反力。

當(dāng)荷載一定時(shí)，立柱支座反力的大小僅與該立柱兩側(cè)的支撐梁跨度有關(guān)。

2.2 端頭鉸接連續(xù)梁的立柱柱頂荷載簡(jiǎn)化計(jì)算

如圖1所示，頂層內(nèi)支撐梁通過(guò)混凝土圍檁與支護(hù)樁植筋連接，連接強(qiáng)度較弱，可近似為鉸節(jié)點(diǎn)；立柱頂部與支撐梁的連接，相較于支撐梁自身的抗彎剛度而言較弱，可近似柱頂為鉸接。先以單根立柱的支撐體系進(jìn)行分析，不考慮支撐梁端頭的約束作用，假定該端頭為鉸接。

圖4 單根立柱簡(jiǎn)化計(jì)算模型一

圖5 單根立柱等效基本體系一

立柱支座反力力法方程為：

其中立柱位置豎向位移柔度，而荷載單獨(dú)在立柱位置處產(chǎn)生的豎向虛位移,單位力與荷載各自單獨(dú)在基本體系上形成的彎矩圖如下：

圖6 單位力產(chǎn)生的彎矩

圖7 基本體系上荷載單獨(dú)作用的彎矩

2.3 端頭剛接連續(xù)梁的立柱柱頂荷載簡(jiǎn)化計(jì)算

如圖2.0.2所示，頂層內(nèi)支撐梁通過(guò)混凝土冠梁與支護(hù)樁連接，支護(hù)樁與內(nèi)支撐的鋼筋均能可靠地錨固在冠梁里，該節(jié)點(diǎn)連接強(qiáng)度足夠強(qiáng)，可近似為剛接；立柱頂部與支撐梁的連接，相較于支撐梁自身的抗彎剛度而言較弱，可近似柱頂為鉸接。先以單根立柱的支撐體系進(jìn)行分析，其計(jì)算模型簡(jiǎn)化如下：

圖8 單根立柱簡(jiǎn)化計(jì)算模型二

圖9 單根立柱等效基本體系二

支撐梁與冠梁的節(jié)點(diǎn)為剛接，將梁端支座約束等效為梁兩端的約束彎矩，各端的約束彎矩單獨(dú)作用在基本體系上產(chǎn)生的彎矩圖如下：

圖10 a端單位力產(chǎn)生的彎矩

圖11 b端單位力產(chǎn)生的彎矩

求得其支座反力為,可見(jiàn)在支撐梁兩端轉(zhuǎn)動(dòng)約束的作用下，立柱承擔(dān)的節(jié)點(diǎn)壓力有明顯減小[3]。

2.4 分析小結(jié)

在實(shí)際工程中，對(duì)于多跨的混凝土內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，其頂層內(nèi)支撐梁通常采取鋼筋拉通，一次性澆筑混凝土的施工形式，形成多跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。連續(xù)梁結(jié)構(gòu)在立柱節(jié)點(diǎn)處是傳遞彎矩的，因此按求解支座反力的形式來(lái)計(jì)算立柱柱頂荷載是接近客觀實(shí)際情況的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)考慮混凝土內(nèi)支撐梁節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)弱程度，對(duì)于支撐梁端部進(jìn)行鉸接或剛接的合理簡(jiǎn)化假設(shè)，計(jì)算出較符合實(shí)際的柱頂壓力[4]。

對(duì)于多立柱的情況，其計(jì)算模型可簡(jiǎn)化如下：

圖12 連續(xù)梁簡(jiǎn)化計(jì)算模型一

圖13 連續(xù)梁等效基本體系一

支座反力力法矩陣方程如下：

通過(guò)求解 X1X2… Xn即可算得各位置上的立柱壓力值，而 Xa與 Xb為梁兩端由于與冠梁或圍檁剛接而產(chǎn)生的約束力。不難看出，連續(xù)梁端頭的約束作用減少了立柱承擔(dān)的部分荷載[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上計(jì)算方法的對(duì)比分析，可見(jiàn)支撐梁不同的端部約束條件、不同的立柱相對(duì)位置、不同支撐梁截面抗彎剛度都會(huì)對(duì)支撐立柱柱頂分配的豎向壓力產(chǎn)生影響，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程的特點(diǎn)采用合理的簡(jiǎn)化計(jì)算模型，以確保整個(gè)支撐體系的安全穩(wěn)定。