[发明专利]以最大位移为控制目标的伺服钢支撑系统轴力确定方法

说明书

本发明提出的以最大位移为控制目标的伺服钢支撑系统轴力确定方法，具体计算步骤如下：(1)根据实际工程，建立弹性地基梁模型，确定相关计算参数及最大位移控制要求；(2)建立伺服系统弹性地基梁的控制平衡方程；(3)确定调控支撑并修正对应的支撑刚度矩阵；(4)逐步增加调控轴力值，求解受力平衡方程得到对应墙体位移值；(5)计算墙体弯矩剪力及各支撑轴力值，判断各构件是否受力满足设计值。本发明基于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，提出了一套伺服支撑调控轴力的确定方法，可为设计施工提供理论参考。

技术领域

本发明涉及基坑工程中伺服钢支撑调控的受力变形计算领域，主要涉及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。

背景技术

随着城市地下空间的快速发展，基坑开挖对周围环境保护的要求不断提高。对比传统支撑被动受力的特点，伺服钢支撑采用主动施加轴力的控制方法，在对基坑变形控制要求高的工程中愈来愈广泛应用。然而，由于伺服系统推广使用的时间较短，对其调控手段的理论研究不足，并且施工单位使用时所采用的调控手段也较为单一，因此如何有效确定调伺服支撑调控轴力是当前急需解决的一个重要课题。

上海隧道工程有限公司于17年“以位移为伺服目标的支撑轴力伺服系统及测控方法”(CN107142947A)中提出，在实际施工中可依靠实时监测墙体位移等手段进行伺服支撑轴力调控。该方法弥补了单一轴力调控的不足，采用现场实时监测为调控依据进行位移控制。但需要指出的是，该方法存在较大的局限性。其一，现场实时监测变形为调控依据缺乏工程预测能力，无法预测墙体变形的发展情况。其二，伺服系统设计与现场实际施工存在差别，该调控能够服务于实际施工，但无法为伺服设计提供理论依据。其三，该测控手段的关注点单一，仅以位移作为目标，忽略了伺服支撑轴力调控时墙体的弯矩剪力可能超过设计值等。因此，如何能够在控制墙体墙体受力变形在设计值内，并提前预测出一种合理的调控轴力阈值，是本发明所需重点解决的问题。

本发明在充分研究伺服钢支撑力学模型的基础上，提出一套能够以位移控制为目标的确定所需伺服轴力阈值的方法，可为设计与施工提供调控的理论依据。该方法中，通过建立弹性地基梁模型，采用刚度矩阵修正的方法模拟伺服支撑轴力调控的作用，并在模拟过程中设定边界条件限制轴力调控的上下限值：(1)墙体弯矩的绝对值满足设计值，|M|＜M_design；(2)墙体剪力值的绝对值满足设计值，|Q|＜Q_design；(3)钢支撑轴力不能为拉力且不超过设计极限值，0＜F_s,i≤f_max。根据伺服调控研究，离开挖面最近的一道支撑调控效率最高，因此，本发明采用自下而上的伺服调控手段，实现伺服调控轴力的确定。该计算方法采用创新性的伺服支撑力学模型，迭代求解符合构件受力设计值的伺服系统轴力调控阈值，不仅为伺服系统的设计提供理论依据，还为实际施工中伺服支撑的调控提供预测及方案，具有重要的工程意义。

发明内容

本发明提出的以最大位移为控制目标的伺服钢支撑系统轴力确定方法，为实际伺服系统的设计与施工提供合理的伺服轴力调控方案。

为了达到上述目的，本发明提出的以最大位移为控制目标的伺服钢支撑系统轴力确定方法，包括下列步骤：

第一步，根据实际工程，建立弹性地基梁模型，采用弹性梁模拟围护结构，土弹簧单元模拟坑内土体，弹簧结合预加轴力模型模拟伺服钢支撑，确定计算参数及最大位移控制要求δ_control，并求解墙体刚度矩阵[K]、支撑刚度矩阵[K_s]、土弹簧刚度矩阵[K_m]；

第二步，建立伺服系统弹性地基梁的控制平衡方程：

[F_e]＝([K]+[K_m]+[K_s])·[Δ]-[K_s][Δ_s]