深基坑支护体系的冗余度设计理论

【摘要】：冗余度设计是重大、复杂受力结构体系的设计原则。在土木工程中,冗余度可以被认为是抵抗连续倒塌的能力,如果结构体系的某个构件由于自身强度不足或外部偶然荷载的作用而发生破坏,理想的结构应该仍然能够继续承担荷载,而不至于连续倒塌。这种设计理念在结构工程中已经应用很广泛,重大建筑物的建设均需进行冗余度设计提高其抵抗连续倒塌的能力,例如国家体育场(鸟巢)及广州塔等。然而,在深基坑工程等地下工程中,冗余度理论的研究在国内外几乎是空白。随着基坑的深度变得越来越深,软土地区基坑的安全面临着新的挑战,特别是基坑临近人口稠密地区或基础设施时。一旦基坑发生连续倒塌,将会产生非常严重的后果。因此在基坑工程中引入冗余度的设计理念来防止基坑发生连续倒塌。 本文介绍了基坑工程中的冗余度理论及其分类,并研究分析了平面支撑结构体系的冗余度及土钉支护基坑中的冗余度。研究结果表明利用杆件拆除法及Frangopol关于结构构件冗余度参数的计算公式可以很好的完成平面支撑结构体系的冗余度评价,并从承载力冗余度及刚度(变形)冗余度两方面对平面支撑结构体系的进行了优化。在对土钉支护基坑阳角的冗余度研究中发现,利用腰梁对土钉阳角进行加固能够有效控制危险位置位移,转移冗余荷载,增加荷载传递路径即能够提高支护体系冗余度。