弓弦梁和它的朋友们

文摘   2023-08-13 01:45   江苏  

将近一个月前有幸到上海捷赛钱总的工地参观了他们的基坑支护新技术:弓弦梁,着实让我们这些在苏州日常只能接触到排桩和砼支撑的人大开眼界。在此将参观学习心得草草整理一下。


一、现场观感

废话不多说,直接上图。这样的基坑外行人看了也会赞叹,真是漂亮!将近13米深的基坑,两道支撑,平面上角撑+弓弦梁+一根大对撑简洁明了,坑内开阔挖土出土便利。

​二、结构体系
弓弦梁基坑支护体系可以说与鱼腹梁和张弦梁一脉相承,三者的压杆做法、节点处理和下弦的材料有所差异,但原理上高度一致,都是通过张拉下弦以抵抗上弦(梁)背后的水土压力和控制变形,体系都由梁+压杆+拉索(杆)构成。

就梁的内力而言,两端的下弦拉力使梁受压,同时压杆使得梁的弯矩得以减小;梁的横向挠度也因此减小,并可以通过调节索拉力-即压杆轴力-进行控制。

梁弯矩调节
梁挠度调节​

这个结构体系最早于桥梁中得到应用和发展,国内的湖南洞口县淘金大桥就是这么一个案例(上大学时参加桥梁结构模型设计比赛了解过这个桥),国外有名的如哥斯达黎加的Rio Colorado桥(林同炎大师设计),实际上这个桥如果转到水平面内,连同斜支腿,就跟弓弦梁(或者张弦梁鱼腹梁)支护体系一模一样(支腿对应大角撑)。

湖南洞口县淘金大桥

Rio Colorado Bridge

​不过和桥梁相比,应用在基坑里这个结构也有点特殊性,主要是荷载不像桥梁上的那么明确,且与梁的水平挠度相关,一个常见的理解就是温克勒地基梁。

此外,如果仔细比较结构做法会发现基坑里的张弦梁其实变化尚小,而鱼腹梁和弓弦梁体系已经被加强了许多,其“压杆”与梁的连接已近乎是刚接,“压杆”之间又连有杆件,这时“压杆”实际上是一根梁,这几根“压杆”和上弦大梁本身就构成了超静定几何不变体系,是个大“刚体”。
张弦梁支护体系

鱼腹梁支护体系

弓弦梁支护体系


三、设计方法

张弦梁基坑支护体系的设计计算方法已经有大量文献做了介绍,弓弦梁或者鱼腹梁不过类似,只是结构略复杂了些,大体上都要先从简单的土压力分布假设出发,算出大角撑的轴力,控制大梁跨中挠度为零的拉索力,大梁的轴力和最大弯矩。此外,考虑大角撑的压缩要使其先变长(加力调节活络头)。实践中可以使用伺服系统自动调节拉索力或/和“压杆”轴力以达到控制基坑变形的目的。


“压杆”上的轴力调节千斤顶


四、结论

感谢钱总带领我们参观学习这个新技术,着实令我获益匪浅,以后还要加强学习,争取应用。


在基坑支护领域,这样的模块化钢结构大空间支护体系是未来的一个重要方向,它自身以及与自动化控制相结合的计算方法、工具以及规范想必都会快速完善。

岩土小僧
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