多腔式型鋼混凝土地下連續(xù)墻受彎承載力研究

摘要：總結了鋼筋混凝土地下連續(xù)墻在工程應用中的局限性，在此基礎上提出多腔式型鋼混凝土（multi-cavity steel reinforced concrete，MSRC）組合結構作為深基坑支護結構的研究設想并對其抗彎性能開展研究. 對采用不同制作工藝的兩類MSRC結構開展純彎試驗. 試驗結果顯示，兩類構件在承載力等性能上差異較小，均表現(xiàn)為受彎破壞且具有較好的延性與后期承載力. 對構件受彎全過程中鋼材與混凝土相互作用進行有限元分析，發(fā)現(xiàn)鋼材在中后期承擔了80%以上的彎矩，而混凝土的主要作用是延緩鋼材的局部屈曲. 分析混凝土強度、鋼材屈服強度、含鋼率對構件受彎承載力與抗彎剛度的影響，結果顯示：三類參數(shù)均與構件受彎承載力呈正相關，含鋼率影響最顯著，混凝土強度影響最?。换炷翉姸群秃撀逝c構件初始抗彎剛度和使用階段抗彎剛度呈正相關，混凝土強度影響較小，含鋼率影響顯著； 鋼材屈服強度與抗彎剛度呈負相關，但影響在10%以內. 在平截面假定基礎上給出適用于MSRC結構受彎承載力計算式，計算結果與試驗和有限元模擬值吻合較好.

關鍵詞：基坑支護；組合結構；受彎試驗；ABAQUS

中圖分類號：TU398 文獻標志碼：A

鋼筋混凝土地下連續(xù)墻作為基坑支護結構的一種形式，具有集擋土、承重和防滲于一體的優(yōu)點，可應用于地質條件復雜的大型基坑中， 因此在基坑工程快速發(fā)展的背景下得到了廣泛應用. 然而，在其設計與施工過程中也暴露出一些長期存在的局限性：鋼筋籠現(xiàn)場綁扎需占用施工場地并消耗工期；泥漿護壁不當易引起孔壁坍塌，造成導墻及地面沉降、地下連續(xù)墻表面不平整；混凝土水下澆筑容易夾泥造成墻面無規(guī)則滲水，增加后期維修難度與成本；預埋接頭質量不理想，通常需加砌內墻或復合墻，造成資源浪費的同時也減少了主體結構的使用面積.

為克服鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的上述不足，提出用多腔式型鋼混凝土（multi-cavity steel reinforcedconcrete，MSRC）組合結構代替鋼筋混凝土結構承擔面內和面外荷載，這類結構包括多腔式H型鋼混凝土（H-MSRC）和多腔式冷彎內卷邊槽鋼（C型鋼）混凝土（C-MSRC）.H-MSRC是指將H型鋼翼緣對接焊接在一起形成多個腔體，在腔體內部澆筑混凝土形成的一類新型結構；C-MSRC是指將冷彎C型鋼通過喇叭形焊縫連接形成多個腔體，在腔體內部澆筑混凝土形成的一類新型結構.

初步分析，相較于鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，這種新型結構特點如下：1）型鋼部分可以在工廠預制，無須占用施工場地的同時也避免了鋼筋綁扎帶來的人工和時間成本；2）型鋼作為外壁可以在混凝土澆筑時避免孔壁坍塌，減少泥漿護壁時間，利于保護周邊環(huán)境；3）鋼混組合結構具有承載能力強、剛度大的優(yōu)點，同等受力條件下可使墻體厚度相較現(xiàn)澆鋼筋混凝土地下連續(xù)墻更薄，可緩解一些特大城市在深層地下空間開發(fā)中施工場地大小受到的限制； 4）鋼材作為外壁，既能避免因混凝土夾泥、開裂造成的墻面不規(guī)則滲水，也保證了墻體構件表面平整. 故該新型結構地下連續(xù)墻可兼作主體結構內墻. 相關研究成果表明，“兩墻合一”在縮短工期、降低工程造價、節(jié)能環(huán)保等方面具有優(yōu)勢.

綜上所述，MSRC結構代替鋼筋混凝土結構承擔荷載能提升施工速度、提高墻體質量、減少資源浪費與環(huán)境污染，在基坑工程的綠色施工、可持續(xù)發(fā)展上具有推廣價值［1-3］.

多腔式型鋼混凝土組合結構可看作由多個矩形或方形鋼管混凝土結構組合而成，目前諸多學者對多腔鋼管混凝土構件的性能做了大量研究工作. 研究內容主要集中于多腔鋼管混凝土柱以及鋼管束組合墻的軸壓、偏壓以及抗震性能［4-8］. 而要探索該類構件在地下空間應用時的復雜受力性能， 對其受彎性能的研究是基礎. 針對鋼管混凝土受彎構件，國內外已有研究顯示其具有良好的受彎承載力及延性［9-13］. 對其受彎承載力計算方法各國也給出相應規(guī)范［14-16］. 但是相關研究與技術規(guī)程都是針對單個腔體的鋼管混凝土構件. 對多腔體鋼管混凝土構件的受彎性能研究則相對較少. 賀吉春等［17］基于全截面塑性假定，提出鋼管混凝土束剪力墻在偏壓狀態(tài)下的受彎承載力計算公式，同時指出該公式計算值比實際偏大，需乘修正系數(shù)0.8，而修正系數(shù)是否與實際相符仍有待驗證. 王文銘［18］設計了一種采用栓釘與肋板共同連接的多腔鋼板組合板，提出其受彎承載力計算方法并將計算值與試驗值對比，對比結果顯示計算值偏于保守.

因此，為了給這類新型組合結構在地下空間中的應用奠定基礎， 本文將從試驗和有限元分析出發(fā)，開展對MSRC結構的抗彎性能研究，并基于試驗與有限元結果，提出適用于該類結構的受彎承載力計算方法.