一种梁板式支护结构平面设计方法与流程

本发明属于地下工程，尤其涉及一种梁板式支护结构平面设计方法。

背景技术：

1、基坑工程是底下结构施工常见的临时挡土工程，在城市密集区域进行基坑开挖，由于周边用地紧张、敏感性建筑多的原因，常采用梁板式支护结构作为内支撑结构兼做出土通道。另一方面，在临江临海区域的基坑，由于一侧有水源的存在，也常采用梁板式支护结构。梁板式支护结构如图所示，一般包括桁架结构和支撑结构，桁架结构一般包括两个边桁架或四个边桁架，两个边桁架分别设置在基坑两侧并与支撑结构连接，四个边桁架则分别设置基坑四侧，相对设置的两个边桁架之间设置支撑结构，边桁架包括依次连接的桁架梁，相邻两桁架梁成八字型，相邻两桁架梁之间设有桁架板，支撑结构包括若干间隔设置的支撑梁和设置在相邻两支撑梁之间的支撑板接。合理的设置梁板式支护结构对于提高施工效率、降低工程造价与安全风险具有重要意义。目前针对梁板式支护结构的设计，多是结合工程经验和地下结构形式进行综合确定，缺乏实用的设计计算方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种梁板式支护结构平面设计方法。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种梁板式支护结构平面设计方法，包括以下步骤：

4、s1、初步拟定支撑梁之间的初始间距，确定每个支撑梁设置在基坑内时其荷载分担长度，并计算在没有支撑板的条件下每个支撑梁分担的水平荷载；

5、s2、基于支撑梁之间的初始间距确定每个支撑板的宽度，并拟定支撑板的厚度；

6、s3、对于每个支撑梁，将支撑梁的荷载分担长度内的支撑板记为目标支撑板，基于支撑梁承受的水平荷载和目标支撑板的宽度，根据预先设定的第一关系确定在有支撑板的条件下支撑梁分担的第一荷载，并根据第一荷载得到支撑梁的竖截面面积，第一关系包括多个支撑板的宽度和在每个支撑板的宽度下随支撑板的厚度增加的支撑梁的轴力减小率；

7、s4、获取支撑梁的高度，根据支撑梁的竖截面面积和高度得到支撑梁的宽度；

8、s5、对于每个支撑梁，将支撑梁和目标支撑板作为一个整体，记为支撑单元，并将边桁架位于支撑梁的荷载分担长度内的部分记为桁架单元，得到支撑单元对应的桁架单元，计算支撑单元的刚度；

9、s6、获取边桁架的最大变形值，根据边桁架的最大变形值确定的相应的桁架单元和支撑单元的刚度比，并根据刚度比和支撑单元的刚度，确定桁架单元的刚度；

10、s7、对于每个桁架单元，根据桁架单元的刚度确定桁架单元的竖截面面积，并计算桁架单元内每个桁架梁的轴力，根据桁架梁的轴力确定桁架梁的竖截面面积；

11、s8、获取桁架梁的高度，根据桁架梁的竖截面面积和高度得到桁架梁的宽度；

12、s9、对于每个桁架单元，根据桁架梁的宽度确定桁架板的宽度，并根据桁架单元的竖截面面积、桁架梁的竖截面面积和桁架板的宽度确定桁架板的厚度。

13、进一步地，对于每个桁架单元，根据桁架梁的宽度确定桁架板的宽度，并根据桁架单元的竖截面面积、桁架梁的竖截面面积和桁架板的宽度确定桁架板的厚度的步骤之后，方法还包括：

14、s10、根据基坑地下结构条件，对支撑梁之间的间距进行调整，重新确定每个支撑梁设置在基坑内时其荷载分担长度，并计算在没有支撑板的条件下每个支撑梁分担的水平荷载；

15、s11、重复步骤s2至步骤s9。

16、进一步地，重复步骤s2至步骤s9的步骤之后，方法还包括：

17、s12、对于每个支撑梁，计算目标支撑板和支撑梁的轴力分担比，判断轴力分担比是否在预设范围内；

18、s13、若否，则判断轴力分担比是大于预设范围的上限值还是小于预设范围的下限值；

19、s14、当轴力分担比大于预设范围的上限值，则减小支撑梁的荷载分担长度，当轴力分担比小于预设范围的下限值，则增大支撑梁的荷载分担长度；

20、s15、重复步骤s12至步骤s14，直到支撑梁的轴力分担比在预设范围内；

21、其中，计算目标支撑板和支撑梁的轴力分担比的步骤如下：

22、s121、基于支撑梁承受的水平荷载和目标支撑板的宽度，根据预先设定的第一关系确定在有支撑板的条件下目标支撑板分担的第二荷载；

23、s122、根据以下公式计算目标支撑板和支撑梁的轴力分担比：

24、

25、式中，λσ为轴力分担比，nt为支撑板厚度为t时的目标支撑板的轴力，an为支撑板的截面面积，n0为无板时的支撑梁的轴力，ab为支撑梁的截面面积。

26、进一步地，根据边桁架的最大变形值确定的相应的桁架单元和支撑单元的刚度比的步骤包括：

27、根据以下公式计算相应的桁架单元和支撑单元的刚度比：

28、

29、式中，s为桁架单元和支撑单元的刚度比，ymax为边桁架的最大变形值。

30、进一步地，第一关系中的轴力减小率的计算公式如下：

31、

32、式中，δn为支撑板厚度为t时支撑梁的轴力减小率，n0为无板时的支撑梁的轴力，nt为支撑板厚度为t时的支撑板的轴力。

33、相比于现有技术，本发明的有益效果为：可便捷和快速的对梁板式支护结构进行设计，解决现有技术中缺乏实用的梁板式支护结构的平面设计方法的问题，对于提高施工效率、降低工程造价与安全风险具有重要意义。

技术特征：

1.一种梁板式支护结构平面设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的梁板式支护结构平面设计方法，其特征在于，所述对于每个桁架单元，根据桁架梁的宽度确定桁架板的宽度，并根据桁架单元的竖截面面积、桁架梁的竖截面面积和桁架板的宽度确定桁架板的厚度的步骤之后，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的梁板式支护结构平面设计方法，其特征在于，所述重复步骤s2至步骤s9的步骤之后，所述方法还包括：

4.根据权利要求1所述的梁板式支护结构平面设计方法，其特征在于，所述根据边桁架的最大变形值确定的相应的桁架单元和支撑单元的刚度比的步骤包括：

5.根据权利要求1所述的梁板式支护结构平面设计方法，其特征在于，所述第一关系中的轴力减小率的计算公式如下：

技术总结一种梁板式支护结构平面设计方法，包括：拟定支撑梁之间的初始间距和支撑板的厚度，确定支撑板的宽度和支撑梁的荷载分担长度，计算在没有支撑板的条件下每个支撑梁分担的水平荷载；将支撑梁的荷载分担长度内的支撑板记为目标支撑板，根据第一关系确定在有支撑板的条件下支撑梁分担的第一荷载，由第一荷载和支撑梁的高度得到支撑梁的宽度；划分支撑单元和桁架单元，计算支撑单元的刚度；获取边桁架的最大变形值，计算桁架单元和支撑单元的刚度比，确定桁架单元的刚度，并确定桁架单元的竖截面面积，计算桁架单元内每个桁架梁的轴力，根据桁架梁的轴力和高度得到桁架梁的宽度；根据桁架梁的宽度和桁架单元的竖截面面积确定桁架板的宽度和厚度。技术研发人员：武坤鹏,毛凤山,罗俊兴,朱明星,王婧,刘志军受保护的技术使用者：中交第四航务工程局有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27