(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111511246.1 (22)申请日 2021.12.0 6 (71)申请人 华东交通大 学 地址 330013 江西省南昌市经济技 术开发 区双港东大街808号 申请人 浙江大学　 南昌轨道交通 集团有限公司 　 中铁十四局集团有限公司 　 南昌轨道交通 集团工程 技术咨询有 限公司 (72)发明人 徐长节　唐晓林　黄展军　孔跃跃　 丁海滨　梁新欢　侯世磊　童立红　 何小辉　台振东　管凌霄　詹涛　 孟兆鹏　(74)专利代理 机构 南昌市平凡知识产权代理事 务所 36122 专利代理师 姚伯川 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种轴力自动补偿钢支撑基坑围护结构水 平位移计算方法 (57)摘要 一种轴力自动补偿钢支撑基坑围护结构水 平位移计算方法， 包括以下步骤： （1） 确定基坑的 剖面参数以及土体物理力学参数； （2） 确定非开 挖侧处主动土压力， 开挖侧处被动土压力按 m法 计算； （3） 确定围护结构受力特点， 并进行简化； （4） 利用弹性平面薄板理论， 依据最小势能原理 建立平衡方程， 计算围护结构水平位移； （5） 引入 考虑支撑轴力修正系数A1、 A2、 A 3， 运用最小 二乘 法进行标定； （6） 运用最小 二乘法， 计算不同道数 支撑轴力对 水平位移的贡献值。 本发 明建立以支 撑轴力为自变量的围护结构水平 位移控制方程， 能为实际设计计算提供指导和帮助， 在保证安全 的前提下减少基坑施工对周围环境产生不利影 响， 具有推广应用价 值。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114462115 A 2022.05.10 CN 114462115 A 1.一种轴力自动补偿钢支撑基坑围护结构水平位移计算方法， 其特征在于， 所述方法 将土水压力、 混凝土轴力和钢支撑轴力进行分开求解， 列出仅考虑土水压力和混凝土支撑 作用与仅考虑钢支撑作用的位移方程， 并将未知常数减少为一个进行求解； 所述方法包括 以下步骤： (1)确定邻近地下室外墙 基坑的剖面 参数以及土体物理力学参数； (2)确定非开挖侧处主动土 压力， 开挖侧处被动土 压力按m法计算； (3)确定围护结构受力特点， 认为围护结构为弹性平面薄板， 围护结构底端简支、 顶端 自由、 两端固支； 取边界条件如下： x＝0， w＝0， x＝L， w＝0， y＝H， w＝0 其中， H为围护结构深度； L 为围护结构长度； (4)利用弹性平面薄板理论， 依据最小势能原理建立平衡方程， 计算围护结构水平位 移： 根据位移边界条件， 取只考虑土水压力和混凝 土撑作用的挠度表达式为： w1＝g1x2(x‑L)2y2(y‑H)2 取只考虑钢支撑作用的挠度表达式： w2＝g2x2(x‑L)2(H‑y)2 其中， w1、 w2围护结构水平位移； g1、 g2为待定常数； 根据弹性平面薄板理论， 计算出围护结构的形变势能 建立仅考虑混凝 土撑与土压力作用下的围护结构平衡方程： z＝U‑p+k 其中， U为弹性薄板应变能； D为薄板的抗弯刚度， D＝Eb3/12(1‑μ2)； w为薄板某点水平位 移； E为薄板的弹性模量； μ为薄板的松泊比， 混凝土取0.2； y为土压力计算深度； x为 围护结 构计算长度； b为围护结构的厚度； y1为支撑位置距离围护结构顶部距离； e为简化的最大主 动土压力； z为 最小势能原理方程； p为主动土 压力作用的势能； k 为被动土 压力作用的势能； 运用Rayleigh ‑Ritz法， 采用Mathematica软件对未知常量g1进行一阶求导， 列出新的平 衡方程， 就可以求出g1， 再将g1重新带入到架设 的挠度表达式w1中， 即可求解在给定边界条 件及荷载下围护结构的水平位移； 同理， 运用最小势能原理， 建立仅考虑钢支撑作用的平衡方程：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114462115 A 2t＝Fg2x2(x‑L)2(H‑y1)2 n＝U‑t 式中： F为支撑轴力； 依据以上 方法， 即可求得围护结构得 水平位移； (5)引入考虑支撑轴力修正系数A1、 A2、 A3， 当以一道混凝土撑， 两道钢支撑， 围护结构 水平位移 平衡方程如下： (6)运用最小二乘法， 计算不同道数支撑轴力对水平位移的贡献值； 根据 所得出的支撑 轴力修正系数， 代入方程， 与不同的实测值进行对比， 验证 计算方法的可靠性及可 行性。 2.根据权利要求1所述的一种轴力自动补偿钢支撑基坑围护结构水平位移计算方法， 其特征在于， 所述混凝土撑由于其变形很小， 故假定地表围护结构水平位移为0， 仅考虑钢 支撑作用的位移方程采用分段函数， 支撑架设位置 以上部分的围护结构水平位移线性变 化， 以下部分非线性变化。 3.根据权利要求1所述的一种轴力自动补偿钢支撑基坑围护结构水平位移计算方法， 其特征在于， 所述轴力修正系数A1、 A2、 A3， 其中A2、 A3根据经验取值0.5； A1通过实测值或模拟 值进行拟合， 再通过与实测值进行对比， 验证方程的正确性和可行性； 依据以上计算出的 A1、 A2、 A3， 建立各个轴力对围护结构水平位移贡献值方程， 通过最小二乘法进行拟合， 建立 以支撑轴力为自变量的围护结构水平位移方程。 4.根据权利要求1所述的一种轴力自动补偿钢支撑基坑围护结构水平位移计算方法， 其特征在于， 所述剖面参数以及土体物理力学参数包括围护结构深度H、 围护结构 长度L、 基 坑开挖深度h、 基坑 开挖面距离围护结构底部的距离u。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114462115 A 3