一种考虑空间效应的伺服混凝土支撑轴力主动优化方法技术

本申请公开了一种考虑空间效应的伺服混凝土支撑轴力主动优化方法，涉及基坑工程中伺服混凝土支撑轴力设计的领域，其包括S1：考虑基坑工程施工的实际工况，建立墙体刚度矩阵；S2：确定主动区土压力及被动区土体弹簧刚度；S3：根据基坑施工中混凝土支撑的布置位置，确定伺服混凝土内支撑刚度矩阵；S4：考虑安装新的伺服支撑时会对原有的伺服混凝土内支撑刚度矩阵产生的影响，对支撑刚度体系进行调整；S5：基于修正后控制平衡方程，计算该条件下墙体变形矩阵；S6：判别步骤S5计算所得的基坑墙体变形矩阵，若满足控制条件，即输出此时被动区土压力分布与基坑墙体变形矩阵；若不满足，即修正被动区土体弹簧刚度，并自步骤S2重复计算，直至满足。直至满足。直至满足。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑空间效应的伺服混凝土支撑轴力主动优化方法


[0001]本申请涉及基坑工程中伺服混凝土支撑轴力设计的领域，尤其是涉及一种考虑空间效应的伺服混凝土支撑轴力主动优化方法。

技术介绍

[0002]伴随我国城市化进程的不断推进，建筑基坑的施工规模和深度不断增加。在建筑物稠密的城市中心，深基坑的开挖不仅要能保证基坑的稳定性及坑内作业的安全、方便，而且要使坑底和坑外的土体位移控制在一定范围内，确保邻近建筑物及市政设施正常使用。
[0003]如何有效抑制基坑开挖对周边环境的影响成为了现阶段的关注重点，现阶段基坑内部常采用伺服支撑系统，利用伺服内支撑系统控制地连墙变形，进而减轻基坑开挖对周围环境的影响。在公开号为CN108256247B的中国专利中提供了一种采用修正刚度矩阵的伺服支护体系受力变形计算方法，该计算方法首先建立弹性地基梁简化模型，其次建立伺服系统弹性地基梁的控制平衡方程并根据修正支撑刚度矩阵计算支护体系受力变形。在公开号为CN108052782B的中国专利公开了一种以最大位移为控制目标的伺服钢支撑系统轴力确定方法，该方法能够以墙体允许的最大变形为控制准则，通过伺服系统控制平衡方程迭代计算判断轴力调控下各边界条件。
[0004]针对上述中的相关技术，专利技术人发现上述方法无法考虑实际工况中支撑的三维分布位置及各支撑间存在的相互影响。同时，上述方法输出最终结果的准确性十分依赖于外部土荷载的取值情况，但现阶段对于基坑围护结构所受的主动区土压力和被动区土压力的荷载取值主要源于经验取值，其实际分布状态及大小仍无法准确确定。因此，亟需提出一种考虑空间效应的伺服混凝土支撑轴力计算方法，能够根据基坑施工实际工况，对伺服混凝土支撑轴力进行主动优化与调整，有效控制基坑变形。

技术实现思路

[0005]为了能够根据基坑施工的实际工况，对伺服混凝土支撑轴力进行主动优化与调整，进一步控制基坑变形，保障施工安全，本申请提供一种考虑空间效应的伺服混凝土支撑轴力主动优化方法。
[0006]本申请提供的一种考虑空间效应的伺服混凝土支撑轴力主动优化方法采用如下的技术方案：一种考虑空间效应的伺服混凝土支撑轴力主动优化方法，包括有如下步骤，S1：考虑基坑工程施工的实际工况，建立墙体刚度矩阵[K
total
]；S2：确定主动区土压力[F
soil
]及被动区土体弹簧刚度[K
passive
]；S3：根据基坑施工中混凝土支撑的布置位置，确定支撑刚度矩阵[K
s
]；S4：考虑安装新的伺服支撑时会对原有的支撑刚度矩阵产生的影响，对支撑刚度体系进行调整；S5：基于修正后控制平衡方程，计算该条件下墙体变形矩阵[Δ]；
S6：对步骤S5计算所得的基坑墙体变形矩阵进行判别，判断其是否满足控制条件，若满足控制条件，即输出此时被动区土压力分布与基坑墙体变形矩阵；若不满足，即修正被动区土体弹簧刚度，并自步骤S2重复计算，直至满足；S7：根据所得的修正被动区土压力，进行伺服混凝土轴力调控计算，获得满足墙体变形要求的伺服混凝土支撑轴力值；S8：根据计算所得伺服混凝土支撑轴力值，调整实际施工中的伺服混凝土支撑系统加载轴力；S9：循环步骤S1
‑
S8，计算实际施工中各开挖工况的被动土压力分布，墙体变形以及伺服支撑系统加载轴力，直至基坑施工完毕。
[0007]通过采用上述技术方案，利用有限单元法，结合刚度矩阵修正计算模型模拟伺服支撑轴力调控的作用，得到混凝土伺服支撑调控修正平衡方程中的支撑刚度矩阵，并提出考虑实际三维内支撑分布形式的伺服系统支护体系受力变形的计算，能够对被动区土压力进行反分析，改善基坑围护结构设计计算过程中主、被动区土压力过度依赖经验取值，导致深基坑的实际变形与预测相差较大的问题，从而贴合工程实际不断地主动优化和调整伺服混凝内支撑的轴向力，精准有效控制基坑变形，保障基坑施工安全。
[0008]可选的，步骤S4中支撑刚度体系调整如下：在支撑刚度矩阵[K
s
]中扣除第ij道调控内支撑的刚度[K
s,ij
]，i为支撑所处行号，j为支撑所处列号，此时修正的支撑刚度矩阵为[K
′
s
]＝[K
s
]‑
[K
s,ij
]：通过采用上述技术方案，安装新的支撑时会对原有的刚度矩阵产生影响，在支撑中在支撑刚度矩阵[K
s
]中扣除第ij道调控内支撑的刚度[K
s,ij
]，得到修正的支撑刚度矩阵为[K
′
s
]，为后续优化设计提供依据。
[0009]可选的，考虑支撑位置处四周的节点单元均存在刚度，将第ij道调控内支撑的刚度[K
s,ij
]写为：同时假设支撑位置四周的单元节点与墙板单元的单元节点位置相同，将墙板单元的单元刚度[K
ij
]写为：
[0010]通过采用上述技术方案，在支撑刚度矩阵中考虑支撑的三维空间位置因素及临近支撑的相互影响作用，即通过支撑周围的单元刚度矩阵进行刚度传递以反映临近支撑的相互影响，同时传递变形等协调条件。
[0011]可选的，将输入的调控阈值更新支撑预加轴力矩阵[F
struct
]，[F
struct
]写为：
[0012]可选的，计算当前支撑轴力，对比调控阈值确定调控方向，轴力计算公式为：
[0013]通过采用上述技术方案，将输入的调控阈值更新支撑预加轴力矩阵[F
struct
]中，对比调控阈值确定调控方向。
[0014]可选的，步骤S5中所述修正后控制平衡方程为[F
soil
]+[K
s
][Δ
s
]+[F
struct
]＝([K
total
]+[K
passive
]+[K
′
s
])
·
[Δ]，步骤S5中所述墙体变形矩阵[Δ]＝[F
soil
]+[K
s
][Δ
s
]+[F
struct
]·
{([K
total
]+[K
passive
]+[K
′
s
])}
－1
。
[0015]通过采用上述技术方案，考虑支撑刚度矩阵及轴力矩阵的修正，基于修正后的控制平衡方程，求出该条件下的墙体变形矩阵[Δ]，即地连墙变形[Δ]＝[F
soil
]+[K
s
][Δ
s
]+[F
struct
]·
{([K
total
]+[K
passive
]+[K
′
s
])}
－1
，与墙体所受土压力密切相关，而目前针对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑空间效应的伺服混凝土支撑轴力主动优化方法，其特征在于：包括有如下步骤，S1：考虑基坑工程施工的实际工况，建立墙体刚度矩阵[K
total
]；S2：确定主动区土压力[F
soil
]及被动区土体弹簧刚度[K
passive
]；S3：根据基坑施工中混凝土支撑的布置位置，确定伺服混凝土内支撑刚度矩阵[K
s
]；S4：考虑安装新的伺服支撑时会对原有的伺服混凝土内支撑刚度矩阵[K
s
]产生的影响，对支撑刚度体系进行调整；S5：基于修正后控制平衡方程，计算该条件下墙体变形矩阵[Δ]；S6：对步骤S5计算所得的基坑墙体变形矩阵进行判别，判断其是否满足控制条件，若满足控制条件，即输出此时被动区土压力分布与基坑墙体变形矩阵；若不满足，即修正被动区土体弹簧刚度，并自步骤S2重复计算，直至满足；S7：根据所得的修正被动区土压力，进行伺服混凝土轴力调控计算，获得满足墙体变形要求的伺服混凝土支撑轴力值；S8：根据计算所得伺服混凝土支撑轴力值，调整实际施工中的伺服混凝土支撑系统加载轴力；S9：循环步骤S1
‑
S8，计算实际施工中各开挖工况的被动土压力分布，墙体变形以及伺服支撑系统加载轴力，直至基坑施工完毕。2.根据权利要求1所述的一种考虑空间效应的伺服混凝土支撑轴力主动优化方法，其特征在于：步骤S4中支撑刚度体系调整如下：在支撑刚度矩阵[K
s
]中扣除第ij道调控内支撑的刚度[K
s,ij
]，i为支撑所处行号，j为支撑所处列号，此时修正的支撑刚度矩阵为[K
′
s
]＝[K
s
]
‑
[K
s,ij
]：3.根据权利要求2所述的一种考虑空间效应的伺服混凝土支撑轴力主动优化方法，其特征在于：考虑支撑位置处四周的节点单元均存在刚度，将第ij道调控内支撑的刚度[K
s,ij
]写为：同时假设支撑位置四周的单元节点与墙板单元的单元节点位置相同，将墙板单元的单元刚度[K
ij
]写为：
4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐磊，朱毅敏，郭健，刘晨晨，张忆州，
申请(专利权)人：上海建工一建集团有限公司，
类型：发明
国别省市：