大型基坑环梁支护体系有限元数值模拟分析

论文摘要

随着社会的发展,城市可利用空间减小,地下空间开发使用的规模日益壮大,许多工程问题也随之产生：如何对深基坑的变形进行有效地控制；如何能在施工场地有限的情况下尽可能提供更大的作业空间；大面积基坑如何解决支护困难的问题；怎样布置基坑支护体系能更有效和经济地发挥支护体系的能力；对于这种临时的支护结构,怎样设计才能使其本身的受力合理、安全可靠。这些都是需要研究和解决的问题,环梁支护体系——一种新型的基坑支护结构,就在这样的困难面前应运而生,并且展现了其在基坑支护领域巨大的优越性。环梁支护体系利用环形结构的拱效应,将受力转化为以承受轴压力为主,充分发挥了混凝土结构承压性能好的特点,其具有足够的刚度和变形小的特点,能在有效控制基坑变形的同时达到节约材料的目的。另外环梁支护体系在环撑内部形成较大的空间,方便施工,缩短工期。本文首先介绍了目前工程上常用的各种基坑支护型式,选取内撑式支护结构中具有显著工程优势的环梁支护体系,并对环梁支护体系的特点及布置形式进行了归纳分析,建议对于大面积基坑和不规则基坑,可以充分利用环梁支护体系的特点,灵活运用环撑的受力特点和几何特点,并在其周围合理地布置桁架撑以满足工程需要。其次,对基坑支护计算理论进行了系统地分析,对各种基坑支护计算方法进行了研究和对比,提出采用平面弹性地基梁法和空间弹性地基板法是合理可靠的基坑支护计算方法,可以用来指导工程设计。再次,本文对支撑系统的计算方法进行了阐述,可以采用平面有限元及三维整体有限元两种方法进行计算分析,并对基于ANSYS的有限元计算方法进行了分析和归纳总结。最后,针对环梁支护体系的特点,本文选取两种计算方法相互比较验证：平面弹性地基梁法与支撑系统平面有限元法相结合的计算方法,以及三维空间弹性地基板整体有限元计算方法,并对不同布置型式的环梁支护体系进行了有限元数值模拟计算,并对计算结果进行对比,验证和分析了该种类型的支护体系的受力特点和使用性能,总结出相关结论并提出一些合理的建议,以供工程设计参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 基坑工程的发展现状及存在的问题
• 1.2 深基坑支护概述
• 1.2.1 基坑支护类型
• 1.2.2 基坑支护小结
• 1.3 本课题提出的意义和目的
• 1.4 本文做的主要工作
• 第二章 环梁支护结构概论
• 2.1 环梁支护结构的特点
• 2.2 环梁支护结构的发展现状
• 2.3 环梁支护结构的构造及平面布置
• 2.3.1 环梁支护结构的构造
• 2.3.2 环梁支护结构的布置
• 2.4 本章小结
• 第三章 基坑支护体系计算理论基础
• 3.1 基坑工程中的土压力
• 3.1.1 土压力的类型
• 3.1.2 土压力计算的经典理论
• 3.1.3 经典土压力理论存在的缺陷及土压力理论的发展现状
• 3.2 基坑工程中的水压力计算理论
• 3.3 地面超载引起的侧压力计算理论
• 3.3.1 超载的简化计算
• 3.3.2 局部均布超载下的Rankine土压力计算
• 3.3.3 局部均布荷载作用下侧压力计算的弹性力学方法
• 3.4 挡土结构内力分析的计算方法
• 3.4.1 古典方法
• 3.4.2 解析方法
• 3.4.3 有限元法
• 3.5 水平支撑系统的计算
• 3.5.1 水土压力水平力作用下的计算
• 3.5.2 竖向力作用下的计算
• 3.6 本章小结
• 第四章 有限元法、FRWS和ANSYS软件介绍及建模分析
• 4.1 有限元法
• 4.1.1 有限元法简介
• 4.1.2 有限元法理论及分析过程
• 4.2 同济启明星FRWS（以下简称FRWS）基坑支护计算软件简介
• 4.2.1 FRWS深基坑支档结构分析软件简介
• 4.2.2 采用FRWS进行基坑计算分析时的数据输入
• 4.3 ANSYS有限元分析软件介绍及数值模拟分析方法
• 4.3.1 ANSYS有限元分析软件简介
• 4.3.2 ANSYS有限元软件中的建模
• 4.3.3 求解
• 4.3.4 结果显示和输出
• 第五章 基坑支护体系的有限元模拟计算
• 5.1 工程概况
• 5.1.1 基本概况
• 5.1.2 工程地质条件
• 5.1.3 基坑支护结构
• 5.1.4 施工工况
• 5.2 弹性地基梁法及空间弹性地基板法数值模拟对比分析
• 5.2.1 弹性地基梁法及支撑平面有限元法的数值模拟计算
• 5.2.2 空间弹性地基板法的三维有限元数值模拟计算
• 5.2.3 计算结果对比与分析
• 5.3 不同布置的环梁支撑体系有限元数值模拟对比分析
• 5.3.1 环梁内切布置时支护体系的计算结果
• 5.3.2 两种不同布置的环梁支护体系计算结果的对比分析
• 5.4 本章小结
• 结论和展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文