搜索【實際項目】基于ANSYS某超高層大型深基坑支撐結構內力計算分析
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一直是一個綜合性的工程難題,涉及各個領域的知識和技術,具有安全儲備小、風險性搞、制約因素多、區(qū)域性墻、環(huán)境效益明顯、影響大、計算理論不完善、經(jīng)驗性強等諸多特點。其中一個尤為突出的特點便是理論與實踐并重,稍有不慎,便會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。
深基坑支護體系包括土體、圍護結構以及支撐結構,是一個保護影響域內建筑物等的空間動態(tài)體系。其中支撐結構是基坑支護結構的重要組成部分,它由支撐桿件、環(huán)梁、立柱、吊桿等構件組成,是一個承受圍護結構所傳遞的土壓力、水壓力的結構體系。支撐結構必須穩(wěn)定、結點連接構造必須可靠,支撐與豎向圍護結構共同作用為基坑施工提供一個可靠的結構空間。
一般來講,基坑支撐結構計算方法分為如下三種簡化算法:
1、不考慮共同作用的簡化算法
該方法將水平支撐結構視為不動鉸,計算簡圖如下所示,但這種處理方法過高地估計了水平支撐結構對豎向圍護結構變形的約束作用。
2、平面框架計算模型
該方法是先對平面框架進行平面分析,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構處,并對圍護體系進行平面分析,力學分析模型如下所示。此種方法建模簡單有效,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。
3、空間桿系分析方法
該方法假定豎向圍護樁余其后土體構成一個平面共同工作體系,每層水平支撐結構將豎向圍護樁連接起來,組成空間結構體系。該方法考慮了水平支撐結構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。力學模型如下:
本次分享的實際項目為某地超高層建筑深基坑支撐結構體系的計算,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,并設置兩道支撐。
基坑東側、南側為高層居民住宅區(qū),樁基礎,一層地下室,基坑北側、西側為市政道路,人行道與道路下埋設有雨水管道、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、南側居民樓約6m,離北側、西側道路僅3m,場地用地條件非常緊張。
該區(qū)域典型地質剖面圖如下:
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行支撐結構的內力計算,支撐位置選取第二道支撐,軟件采用ANSYS。
相關結構構件尺寸如下:
環(huán)梁:1600mmX800mm
圍檁:1200mmX800mm
立柱:700mmX700mm
連系桿件:400mmX400mm\500mmX500mm
結構采用梁單元beam4進行模擬,邊界平行于XY平面考慮采用土彈簧進行模擬,土彈簧采用combin39,通過對單元關鍵項的設置以及F-D曲線的設置實現(xiàn)單向受壓功能。土彈簧地基反力系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗取值20MPa。
支撐結構整體平面布置如下所示:
支撐結構所受線荷載最后折算為340KN/m,加載示意圖如下:
結構約束圖:如下
結構內力計算結果
結構彎矩圖:
結構軸力圖:
結構剪力圖
結構位移云圖
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,此處桿件應進行加強設計。其余部分桿件可通過后處理提取內力值按構件設計方法進行截面配筋設計。
結語:基坑計算考慮的因素較多,目前尚沒有一套完整的體系來恒定計算結果是否正確,只能根據(jù)相應的工程經(jīng)驗來判定。故在實際工程中,項目經(jīng)驗尤為重要。
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