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偏压荷载作用下长条基坑支护结构设计优化

作　者: 崔维久
导　师: 刘俊岩
学　校: 济南大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 偏压荷载地铁车站基坑有限元模拟钢支撑设计优化
分类号: TU470
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着技术的进步、社会的发展，21世纪的深基坑工程也有了新的进展，越来越多的“大、深、紧”基坑如雨后春笋般出现，同时大型的地下综合体基坑工程、地铁明挖车站基坑工程设计形式的多样性，施工的复杂性，引起社会各界的普遍关注。地铁车站基坑普遍具有规则长条形、周边环境复杂等特性。学者们从不同方面入手，对地铁车站基坑进行了大量的研究。然而，“偏压荷载”（即基坑两侧存在较大的荷载差）在地铁车站基坑中并不是特殊现象，学者们对此却鲜有研究。本文通过对西区省会文化艺术中心市政配套工程地铁车站基坑进行现场监测、数据处理和分析，得到了不同时期深层土体位移、钢支撑支撑轴力、土压力以及围护桩顶水平位移等变化情况，重点对钢支撑支撑轴力进行了分析，得到了各道支撑轴力随施工工况改变的变化规律。具体结合现场施工工况，简单分析说明了其变化规律的原因，运用有限元软件建立三维模型对比分析两种情况下支护结构的变形受力情况，得出了一些初步简单的结论。最后通过土体加固和改变钢支撑的布置方式对该支护方案进行优化，对偏压作用下的长条基坑给出了具体设计建议。总结发现，偏压荷载作用下长条基坑有以下规律：1）“超挖、支撑滞后”等不利施工工况会造成土体应力释放较大、支护结构短时间内出现较大位移、已安装的钢支撑轴力过大等现象。2）钢支撑轴力影响因素较多，其中施工工况最为显著，三道钢支撑轴力温度影响系数从上到下依次为0.35,、0.24、0.17，预应力对钢支撑轴力也有一定的影响。3）偏压作用下支护结构两侧变形和内力不再对称，支护结构整体出现向荷载较小侧位移，支护桩体的最大位移增大35mm，支护桩体弯矩反弯点上移，最大弯矩增大。4）钢支撑轴力分布规律不变，仍是第一道钢支撑轴力最小、第三道钢支撑轴力最大，但各道支撑轴力均有所减小，减小幅度为10%~30%。5）偏压作用削弱了钢支撑对围护墙的变形控制能力，钢支撑轴向位移减小。6）通过优化设计发现，增加偏压侧支护结构的刚度（通过加固偏压侧土体）可以减小支护结构的向坑外侧的变形；改变钢支撑的布置方式可改善工程的经济性，减少大约33%的工程造价。最后，结合本文的研究，给出几条适用于偏压荷载作用下长条基坑工程应用和科学研究的具体建议，方便施工设计及科研。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-10
第一章绪论  10-20
  1.1 引言  10
  1.2 基坑工程研究现状  10-17
    1.2.1 基坑工程发展历史  10-11
    1.2.2 我国基坑工程特点  11-13
    1.2.3 地铁基坑特点  13
    1.2.4 偏压基坑主要形式  13-14
    1.2.5 偏压基坑主要研究现状  14-17
  1.3 本文主要研究工作  17-19
    1.3.1 主要切入点  17
    1.3.2 研究内容  17-18
    1.3.3 研究方法  18
    1.3.4 研究意义  18-19
  1.4 本章小结  19-20
第二章基坑支护设计相关理论  20-26
  2.1 基坑常用支护型式以及破坏形式  20-22
  2.2 地铁基坑常用支护型式及破坏形式  22-23
  2.3 长条形基坑变形特点  23
  2.4 基坑支护结构计算方法  23-24
  2.5 地铁基坑支护计算方法  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第三章西区省会文化艺术中心市政配套（地铁）基坑工程概况及监测分析  26-48
  3.1 工程概况  26-33
    3.1.1 工程项目简介  26-27
    3.1.2 工程地质和水文地质条件  27-31
    3.1.3 周边环境  31
    3.1.4 不良地质现象  31-32
    3.1.5 基坑支护概况  32-33
  3.2 监测方案  33-37
    3.2.1 监测内容  33
    3.2.2 监测期和监测频率  33-35
    3.2.3 监测点布设  35-37
  3.3 基坑监测成果分析  37-45
    3.3.1 深层土体位移监测分析  37-39
    3.3.2 桩后土体土压力监测分析  39-40
    3.3.3 围护桩顶水平位移监测分析  40-41
    3.3.4 支撑轴力监测分析  41-45
    3.3.5 其他监测项目分析  45
    3.3.6 监测各项目总分析  45
  3.4 本章小结  45-48
第四章有限元分析模拟与对比  48-56
  4.1 有限元理论  48
  4.2 两种模型的有限元模拟及对比分析  48-53
    4.2.1 两种模型简介  49-50
    4.2.2 相关的建模参数  50
    4.2.3 结果分析及对比  50-53
  4.3 本章小结  53-56
第五章 “排桩+内撑”支护方案优化  56-62
  5.1 设计优化  56
  5.2 原方案优化设计  56-60
    5.2.1 原有支护设计方案  56-58
    5.2.2 优化设计方案  58-60
  5.3 偏压作用下基坑支护结构的设计建议  60
  5.4 本章小结  60-62
第六章结论与建议  62-64
  6.1 结论  62-63
  6.2 建议  63-64
参考文献  64-68
致谢  68-70
附录  70

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