边坡稳定与支护第20讲

1、第二十讲支撑结构设计与施工(一)2一、概述深基坑支护体系由两部分组成：一是围护墙，二是内支撑或者土层锚杆。它们与挡土桩墙一起，以增强支护结构的整体稳定，不仅直接关系到基坑的安全和土方开 挖，对基坑的工程造价和施工进度影响也很大。作用在挡墙上的水、土压力可以由内支撑有效地传递和平衡，也可以由坑外设置的土锚维持其平衡，它们还能减少支护结构的位移。内支撑可以直接平衡两端围护墙上所受到的侧压力，构造简单，受力明确。土锚设置在围护墙的背后，为挖 土、结构施工创造了空间，有利于提高施工效率。在软土地区，特别是在建筑密集的城市中，应用比较多的还是支撑，因此本章以介绍支撑的设计与施工为主。3二、支撑结构概述1

2、、支撑材料的选择目前在一般建筑工程和市政工程中采用的支撑系统，按其材料可分为撑。支撑、型钢支撑、钢筋混凝土支根据工程情况，有时在同一个基坑中采用钢和钢筋混凝土的组合支撑。4二、支撑结构概述(1) 钢结构支撑优点钢结构支撑具有自重小，安装和拆除都很方便，而且可以重复使用等优点。根据土方开挖进度，钢支撑可以做到随挖随撑，并可施加预紧力，这对控制墙体变形是十分有利的。因此，在一般情况下，应优先采用钢支撑。5二、支撑结构概述缺点钢结构支撑整体刚度较差，安装市点比较多，当节点构造不合理，或施工不当不符合设计要求，往往容易造成因节点变形与钢支撑变形，进而造成基坑过大的水平位移。有时甚至由于市点破坏，造成断

3、一点而破坏整体的。对此应通过合理设计、严格现场管理和提高施工技术水措施加以控制。6二、支撑结构概述(2) 钢筋混凝土结构支撑优点现浇钢筋混凝土结构支撑具有较大的刚度，适用于各种复杂平面形状的基坑。现浇节点不会产生松动而增加墙移。工程实践表明，在钢结构支撑施工技术水平不高的情况下，钢筋混凝土支撑具有更高的可靠性。7二、支撑结构概述缺点混凝土支撑有自、材料不能重复使用，安装和拆除需要较长工期等缺点。当采有用方法拆除支撑时，会出现噪声、以及碎块飞出等危害，在闹市区施工应予注意。由于混凝土支撑从钢筋、模板、浇捣至养护的整个施工过程需要较长的时间，因此不能做到随挖随撑，这对挖制墙体变形是不利的，对于大型

4、基坑的下部支撑采用钢筋混凝土时应特别慎重。8二、支撑结构概述2、支撑体系的结构形式(1)单跨压杆式支撑。当基坑平面呈窄长条状、短边的长度不很大时，采用这种形式具有受力明确，施工安装方便等优点，图20-1即为这种形式的示意图。9图20-1 单跨压杆式支撑二、支撑结构概述(2)多跨压杆式支撑。当基坑平面尺寸较大，支撑杆件在基坑短边长度下的极限承载力尚不能满足围护系统的要求时，就需要在支撑杆件中部设置着干支点，就组成了多跨压杆式支撑系统，如图20-2所示。图20-2 多跨压杆式支撑10二、支撑结构概述3、支撑布置的基本形式一般情况下，支撑布置的基本形式有水平支撑体系和竖向斜撑体系两种。(1) 水平支

5、撑体系由围檩(即布置在围护墙内侧，并沿水平方向四周兜转的圈梁)、水平支撑和立柱组成，如图20-3所示。图20-3 水平支撑体系11二、支撑结构概述水平支撑可以分为：贯通基坑全长或全宽的对撑或对撑桁架；位于基坑角部两邻边之间的斜角撑或斜撑桁架；位于对撑或对撑桁架端部的八字撑；由围檩和靠近基坑边的对撑为弦杆的边桁架；支撑之间的连系杆等。水平支撑体系整体性好，水平力传递可靠平面刚度较大，适合于大小深浅不同的各种基坑，适用范围较广。12二、支撑结构概述(2)竖向斜撑体系由围檩、竖向斜撑、斜撑基础、水平连系杆以及立柱等组成，如图20-4所示。13图20-4 竖向斜撑体系二、支撑结构概述竖向斜撑体系要求土

6、方采取“盆形”开挖，即先开挖中部土方，沿四周围护墙边预留土坡，待斜撑安装后，再挖除四周土坡。基坑变形受到土坡和斜撑基础变形的影响，一般适用于环境保护要求不高，开挖深度不大的基坑。对于平面尺寸较大，形状复杂的基坑，采用竖向斜撑方案可以获得较好的经济效果。14三、钢支撑的计算钢支撑目前用得最多的是支撑 和 H型钢支撑。这类支撑具有重量轻、刚度大、装拆工作量小、可重复使用和材料消耗少等特点。在国内外被广泛使用于深基坑开挖，特别是地铁车站的长条形基坑，在建筑深基坑中使用也较广泛。151、钢支撑作为压弯杆件的计算单跨压弯杆件的内力与变形的计算图20-5为单跨受压杆件，其内力与位移的计算方法如下。取单跨压

7、弯杆件的体如图20-6所示：图20-5 单跨压弯杆件图20-6 单跨压弯杆件体16A端支座反力(20-1)x处的弯矩：(20-2)17当Ma=Mb= 0，y(x)=0时，压杆的跨中弯矩为(20-3)忽略剪切变形及弯曲后杆轴弯矩效应的影响，有(20-4)又(20-5)18式(20-4)代入式(20-5)，解得此微分方程通解为(20-6)根据杆端挠度为零的边界条件可求得(20-7)19根据式(20-6)可求出支撑上任一点的挠度。下面计算转角及梁上的任一截面的弯矩。所以(20-8)20式中(20-9)则(20-10)21(2) 多跨连续压弯杆件的内力与变形的计算如图20-7所示，多跨连续压弯杆件中相

8、邻两跨第 i-1 跨和第 i 跨，以Mj（j = i1，i，i+1）表示杆件在第 j 个支座处的弯矩。图20-7 多跨连续压弯杆件体22设第 i-1 跨在 i 支座转角为，第i跨在i支座处转角为，根据式（20-8）有结构在弹性阶段内满足变形协调条件=，所以(20-11)这就是多跨连续压弯杆件的三弯矩方程。当各跨跨度和刚度相同时，式（20-11）可简化为(20-12)23一个n跨连续压弯杆件共有n+1个支座，对其中n-1个中间支座可根据式(20-11)或式(20-12)写出n-1个三弯矩方 程；对两个边支座可根据已知边界条件写出弯矩。因 此，可求出杆件在每一支座处弯矩Mi ( i=1，2，n+1

9、)。从而计算任意跨内任意截面的挠度、弯矩。242、压杆极限承载力的计算方法结构达到最大承载能力或出现不能继续承载的变形时的状态称为承载能力极限状态。承载能力极限状态下的荷载称为极限承载力。压杆的承载能力极限状态包括两种形式：杆件受压丧失稳定；杆件截面应力达到材料屈服点fy。此时虽然杆件仍可继续加载，但变形很大，结构上通常认为不适合再加载。25对于单跨压杆，或各跨刚度与跨度相同的多跨连续压杆(如图20-8)，其临界荷载即为荷载：图20-8 多跨连续压杆(20-13)式中 l计算跨度。26(1) 压杆的强度极限承载力杆件只承受轴压力，忽略杆件自重影响，此时截面上正压应力均匀分布，所以强度极限承载力

10、可按下式计算：(20-14)压杆的极限承载力应是临界荷载Pcr和强度极限承载力P中的较小者。27(2) 不等跨连续压杆的临界荷载计算如果各跨跨度或刚度不等，那么失稳时n-1个中间支座上弯矩不全为零。与多跨连续压弯杆件类似地三弯矩方程：如下的(20-15)到一个关于M1、对每个中间支座写出一个方程，M2，Mn-1的等于零，即线性方程组。方程组的系数行列式28(20-16)这就是杆件的稳定方程，根据该方程可求出杆件的临界荷载。对于两跨连续压杆，方程（20-16）中的行列只有一项，即稳定方程为：(20-17)29对于三跨连续压杆，方程（20-16）中行列式取前两行两列，即稳定方程为(20-18)如图

11、20-19所示的一杆两跨跨度不等的连续压杆，其稳定方程为(20-19)图20-19 两跨跨度不等的连续压杆30令U1=kl1，稳定方程（20-19）可改写成(20-20)(20-21)从而31从方程（20-20）可以看出，U1值仅与两跨度之比l1/l2有关，该系数反映了第二跨对第一跨稳定的影响，表20-1中列出了部分l1/l2值对应的U1。表20-1不等二跨连续压杆的U1值表32当l2l1时，因跨度为l2的临界荷载Pcr2小于跨度为l1的临界荷载Pcr1，所以第二跨对第一跨的失稳起一个“加速”作用，U1值小于临界荷载计算分式Pcr=2EI/l12中对应的系数，且l1/l2 越小，“加速”作用越显著，U1值越小。反之，当l2l1 时，第二跨对第一跨失稳起一个“约束”作用，U1值大于，且l1/l2 越大，“约束”作用越明显，Ul值越大。当l1/l2 很大时，说明第一跨度远大于第二跨 度，此时U1值接近于一端简支一端固定单跨压杆临界荷载计算分式中的对应系数。所以，图20-9所示二跨连续压杆临界荷载值应介于Pcr1和Pcr2之间。33同理，对于三跨连续压杆(图20-10)的临界荷载亦为图20-10 三跨连续压杆式中 U1 仅与l1/l2、l