本發(fā)明涉及深基坑工程領(lǐng)域，特別是一種模擬伺服系統(tǒng)的鋼支撐加載與軸力調(diào)整定量方法。

背景技術(shù)：

1、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在保障基坑施工安全中具有關(guān)鍵性作用。作為一種常見(jiàn)的基坑內(nèi)支護(hù)方案，鋼支撐已經(jīng)被廣泛采用。然而，傳統(tǒng)的鋼支撐存在活絡(luò)頭結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換及鋼楔變形的工程問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致預(yù)加軸力損失、軸力規(guī)律不清，增加基坑結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。鋼支撐伺服系統(tǒng)通過(guò)精細(xì)管理實(shí)現(xiàn)軸力的高精度調(diào)整，從而有效地控制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。在上海、深圳、南京等多個(gè)城市的數(shù)百個(gè)項(xiàng)目中，鋼支撐伺服系統(tǒng)已經(jīng)在深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形控制方面表現(xiàn)出顯著效果，尤其在軟土地區(qū)的基坑工程中得到廣泛應(yīng)用。盡管如此，然而該系統(tǒng)的直接控制對(duì)象是支撐軸力，而對(duì)支撐-圍護(hù)結(jié)構(gòu)-土體相互作用的軸力動(dòng)態(tài)調(diào)整的認(rèn)識(shí)尚不充分，進(jìn)而限制了鋼支撐伺服系統(tǒng)在預(yù)防和控制基坑變形方面的潛力發(fā)揮。

2、在現(xiàn)有鋼支撐伺服系統(tǒng)技術(shù)中，伺服系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)設(shè)的軸力設(shè)計(jì)值，當(dāng)監(jiān)測(cè)到軸力低于設(shè)計(jì)值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)償機(jī)制，于是自動(dòng)調(diào)節(jié)油壓進(jìn)行增大支撐軸力，使軸力不低于軸力目標(biāo)值；相反，如果軸力超過(guò)警戒值，系統(tǒng)將觸發(fā)報(bào)警，需要人工評(píng)估后進(jìn)行減載操作。伺服鋼支撐具有顯著的基坑變形控制效果，對(duì)比普通鋼支撐所存在的問(wèn)題，如何利用伺服鋼支撐軸力變化所揭示相干性規(guī)律，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制軸力，以提高基坑變形控制的效果，進(jìn)而優(yōu)化基坑工程變形管理策略，現(xiàn)有技術(shù)中還缺乏有效的手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了能精準(zhǔn)地控制鋼支撐軸力變化，提高基坑變形控制的效果，優(yōu)化基坑工程變形管理策略，本發(fā)明提供了一種模擬伺服系統(tǒng)的鋼支撐加載與軸力調(diào)整定量方法，通過(guò)將軸力相干作用下鋼支撐的總體軸力增量轉(zhuǎn)化為不考慮軸力相干作用時(shí)各道伺服鋼支撐的單個(gè)軸力增量與其對(duì)應(yīng)軸力相干系數(shù)乘積的和。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

2、本發(fā)明介紹一種模擬伺服系統(tǒng)的鋼支撐加載與軸力調(diào)整定量方法，包括：

3、基于伺服鋼支撐的軸力設(shè)計(jì)值和伺服鋼支撐的軸力實(shí)測(cè)值，計(jì)算考慮軸力相干作用情況下，分別對(duì)每道伺服鋼支撐單獨(dú)加載時(shí)m道伺服鋼支撐的軸力增量矩陣[pt]m×1；

4、基于任意兩道伺服鋼支撐的軸力增量獲取伺服鋼支撐軸力相干系數(shù)矩陣 ξm×m；

5、基于所述軸力增量矩陣[pt]m×1和所述伺服鋼支撐軸力相干系數(shù)矩陣 ξm×m求解不考慮軸力相干作用情況下，分別對(duì)每道伺服鋼支撐單獨(dú)加載時(shí)的m道伺服鋼支撐軸力增量矩陣[p]m×1。

6、實(shí)際應(yīng)用時(shí)，各道伺服鋼支撐之間的軸力存在顯著的相干性，處于基坑開(kāi)挖階段的伺服鋼支撐軸力隨著開(kāi)挖深度而增加，下一道伺服鋼支撐架設(shè)過(guò)程中相鄰伺服鋼支撐軸力會(huì)顯著降低，伺服鋼支撐的復(fù)加軸力會(huì)帶動(dòng)其他伺服鋼支撐軸力的變化。因此，在實(shí)際計(jì)算時(shí)，必須考慮各道伺服鋼支撐之間軸力存在的相干性，將基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系內(nèi)伺服鋼支撐的總體軸力增量轉(zhuǎn)化為不考慮軸力相干作用時(shí)各道伺服鋼支撐的單個(gè)荷載增量與對(duì)應(yīng)鋼支撐軸力相干系數(shù)的積的總和。有助于計(jì)算伺服鋼支撐所需要的軸力值，以提高軸力變化對(duì)基坑變形控制效果。

7、可選的，所述軸力增量矩陣[pt]m×1通過(guò)以下公式計(jì)算獲得：

8、[pt]m×1=[pd]?m×1?-[p?t]?m×1，

9、式中，[pd]m×1為伺服鋼支撐的軸力設(shè)計(jì)值，[pt]m×1為伺服鋼支撐的軸力實(shí)測(cè)值，[pt]m×1為考慮軸力相干作用時(shí)伺服鋼支撐的總體軸力增量矩陣，m為伺服鋼支撐總數(shù)，t是為考慮軸力相干作用的軸力變化量的下標(biāo)符號(hào)。

10、可選的，所述伺服鋼支撐軸力相干系數(shù)矩陣 ξm×m的確定包括以下步驟：

11、s1，獲取基坑工程開(kāi)挖的三維模型，確定待挖基坑的幾何模型尺寸；

12、s2，完成開(kāi)挖深度為hm的施工模擬計(jì)算，進(jìn)而確定需要安裝的伺服鋼支撐數(shù)量，其中m表示開(kāi)挖深度hm對(duì)應(yīng)的需要安裝的伺服鋼支撐道數(shù)；

13、s3，對(duì)第i道伺服鋼支撐進(jìn)行加載，對(duì)第j道伺服鋼支撐進(jìn)行采集，確定伺服鋼支撐軸力相干系數(shù)ξj,i,m，

14、s4，取j?=?j-1，采集第j-1道伺服鋼支撐的軸力，重復(fù)步驟s3，確定鋼支撐軸力相干系數(shù) ξj,i,m；直到j(luò)=1為止；

15、s5，取i=?i-1，對(duì)第i-1道伺服鋼支撐進(jìn)行軸向加載，重復(fù)步驟s3-s4，確定鋼支撐軸力相干系數(shù) ξj,i,m；直到i=1為止；

16、s6，繼續(xù)開(kāi)挖基坑至深度為hm，重復(fù)步驟s2-s5，直到m=n，n為最后一道伺服鋼支撐，所有伺服鋼支撐架設(shè)完成。

17、可選的，所述基于任意兩道伺服鋼支撐的軸力增量獲取伺服鋼支撐軸力相干系數(shù)矩陣 ξm×m，包括：通過(guò)第i道伺服鋼支撐軸力增量pi,i,m與第j道伺服鋼支撐軸力增量pj,i,m的數(shù)據(jù)組獲取，表達(dá)公式為：

18、，其中， ξj,i,m的計(jì)算公式為：

19、 ξj,i,m= pj,i,m?/ ? pi,?i,m，

20、其中，ξj,i,m為伺服鋼支撐軸力相干系數(shù)矩陣 ξm×m，i為伺服系統(tǒng)鋼支撐與加載位置相同的軸力值考察道序號(hào)，j為伺服系統(tǒng)鋼支撐軸力被動(dòng)變化的考察道序號(hào)，pi,i,m為加載第i道伺服鋼支撐時(shí)，第i道伺服鋼支撐的軸力增量，pj,i,m為加載第i道伺服鋼支撐時(shí)，考察第j道伺服鋼支撐軸力增量。

21、可選的，所述軸力增量矩陣[pt]m×1、伺服鋼支撐軸力相干系數(shù)矩陣 ξm×m以及軸力增量矩陣[p]m×1三者之間的等量關(guān)系為：

22、[pt]m×1=[ξ]m×m?[p]m×1，

23、式中，[p]m×1為伺服鋼支撐單個(gè)加載時(shí)m道伺服鋼支撐軸力增量矩陣，此時(shí)不考慮軸力相干作用；[pt]m×1為m道伺服鋼支撐總體軸力增量矩陣，此時(shí)考慮軸力相干作用；[ξ]m×m為伺服鋼支撐的結(jié)構(gòu)相干性系數(shù)矩陣；m為伺服鋼支撐總數(shù)。

24、可選的，所述軸力增量矩陣[p]m×1通過(guò)以下公式計(jì)算獲得：

25、[p]m×1?=?[ξ]-1m×m[pt]m×1，

26、式中，[p]m×1為伺服鋼支撐單個(gè)加載時(shí)不考慮軸力相干作用時(shí)m道伺服鋼支撐軸力增量矩陣；[pd]m×1為伺服鋼支撐的軸力設(shè)計(jì)值矩陣，[pt]m×1為伺服鋼支撐的軸力實(shí)測(cè)值矩陣，ξ為鋼支撐軸力相干系數(shù)。

27、可選的，所述軸力增量矩陣[p]m×1通過(guò)以下公式計(jì)算獲得：

28、[p]m×1?=?[ξ]-1m×m（[pd]?m×1?-[p?t]?m×1）。

29、可選的，所述軸力增量矩陣[pt]m×1具體展開(kāi)形式如下：

30、 pj ,t,m?= ?ξ j,1 ,m p ?1,1, m+ ?ξ j,2 ,m p ?2 ,2, m+…+ ?ξ j,i,m p i,i,m+ ξ j,i+1 ,m p i+1 ,i+1 ,m+…+ ξ j,m,m p m,m,m，

31、式中， p j,t,m為基坑結(jié)構(gòu)體系內(nèi)第j道伺服鋼支撐的軸力增量，此時(shí)考慮軸力相干作用，其中，j=1，2，…，m，m為伺服鋼支撐總數(shù)；ξj,i,m為伺服鋼支撐軸力相干系數(shù)， p i,i,m為在基坑結(jié)構(gòu)體系內(nèi)對(duì)第 i道伺服鋼支撐的施加軸向荷載量時(shí)第 i道伺服鋼支撐的軸力增量，此時(shí)不考慮軸力相干作用。

32、可選的，所述伺服鋼支撐軸力相干系數(shù)ξj,i,m反映了考察鋼支撐軸力變化量與加載鋼支撐的軸力變化量的關(guān)系符合彈性理論，采用線性方程擬合。

33、有益效果：

34、（1）本發(fā)明進(jìn)一步揭示了鋼支撐軸力的相干性規(guī)律：對(duì)于某一開(kāi)挖深度、存在多道伺服鋼支撐結(jié)構(gòu)而言，新增鋼支撐必然改變結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)而改變支護(hù)結(jié)構(gòu)變形與支撐軸力值；其實(shí)即使無(wú)新增伺服鋼支撐，改變伺服鋼支撐軸力值也會(huì)影響其他支撐的軸力。由此得出在軸力相干作用下，基坑結(jié)構(gòu)體系的每道鋼支撐的總體軸力增量等于不考慮軸力相干作用時(shí)各道鋼支撐的單個(gè)軸向荷載增量與對(duì)應(yīng)鋼支撐軸力相干系數(shù)的積的總和。在實(shí)際應(yīng)用中，可利用鋼支撐軸力的相干性規(guī)律模擬伺服系統(tǒng)調(diào)整鋼支撐軸力值，以達(dá)到基坑變形控制效果，優(yōu)化基坑工程變形管理策略。

35、（2）本發(fā)明量化了多道鋼支撐結(jié)構(gòu)體系的軸力相干性系數(shù)。根據(jù)多道伺服鋼支撐結(jié)構(gòu)體系的伺服鋼支撐考察道的軸力增量與加載伺服鋼支撐考察道的軸力增量的關(guān)系，量化了多道支撐軸力的相干性系數(shù)，明確了支撐軸力變化的影響范圍，為工程技術(shù)人員對(duì)基坑狀態(tài)的判斷提供量化依據(jù)。

36、（3）本發(fā)明對(duì)各伺服鋼支撐軸力設(shè)計(jì)值及由施工進(jìn)度所確定的各伺服鋼支撐的實(shí)測(cè)軸力值，求出目標(biāo)增加軸力差值，由本發(fā)明即可計(jì)算出各伺服鋼支撐獨(dú)立施加的軸力值，進(jìn)行完美地模擬了伺服鋼支撐的軸力補(bǔ)償功能。由此在實(shí)際工程中，可利用此方法提高鋼支撐軸力的精準(zhǔn)性控制能力，靈活地實(shí)現(xiàn)不同工程條件的需求，提高了施工效率。