如何使用GEO5设计复杂内支撑支护结构

        内支撑支护技术作为一种常用的基坑支护技术现已广泛被应用。GEO5中的深基坑支护结构分析模块可以通过添加内支撑实现内支撑结构的计算，同时也可以计算锚杆、内支撑等的组合设计计算，这里不再累述。

        对于如图1的复杂内支撑支护结构的设计计算逐渐成为工程师烦恼，本文旨在说明复杂内支撑支护结构在GEO5中的设计流程。

图1

        对于复杂的内支撑支护结构是一个典型的三维结构，而计算三维结构要考虑土压力的空间效应、结构的空间效应等，计算这种空间效应可以采用三维有限元来分析，但是对于一般工程来说，三维有限元使用复杂，并且计算成本高且收敛难度大，不便于实际的设计工作。为计算该种复杂的内支撑支护结构，一般采用简化的思路：首先将基坑划分为若干个单元，采用平面应变的方法计算各单元上的荷载，然后根据荷载对各单元进行设计，采用不同的围护结构，并验算围护结构的强度。对于内支撑结构强度的验算，是分别计算每一层内支撑的受力，将每一层内支撑结构看作二维平面桁架结构进行内力计算，如图2。

图2第一层内支撑结构计算示意图

        在GEO5中，可以通过以下流程实现上述流程：

        1、通过深基坑支护结构分析模块对各单元进行设计计算

        通过深基坑支护结构分析模块，对各单元的支护类型进行详细的设计，包括设计围护结构、设置工况、并在设置内支撑处添加内支撑等，最后进行稳定性分析、截面强度验算，计算内支撑反力，完成各单元的支护设计。分析结果如图3。

图3  分析结果示意图

        2、提取内支撑的反力，并转换为均布力

        通过深基坑支护结构分析模块，提取各层内支撑的反力，如图4。根据内支撑间距，将内支撑反力换算成均布力，公式：式中N为内支撑反力，l为内支撑间距）。

图4  提取内支撑反力示意图

        扩展：关于GEO5中内支撑参数如何选取，以及如何将三维的内支撑等效为二维内支撑的参数，请查看：GEO5深基坑分析内支撑参数说明。

        3、结构内力计算

        选取同一层的内支撑结构，看作平面桁架结构进行计算，通过GEO5中的岩土有限元分析模块，可以采用GEO5岩土工程有限元分析模块，通过建立梁单元来模拟内支撑及围护结构，在围护结构上施加对应内支撑反力计算的均布力，从而计算内支撑结构内力，计算结果如图5.（此操作可以设置岩土材料的弹性模量为一个很小的值，其他参数设为0，以消除土体强度及重度对梁的影响；然后在岩土体内添加梁构成内支撑的平面结构，并设置不考虑梁的自重，最后在围护结构上施加垂直于梁的均布荷载，冻结坑内平面结构中的岩土体，进行分析，即可得到内支撑结构的内力。）然后根据计算的内力，对内支撑结构进行结构设计及验算。

图5  岩土有限元模块计算的内支撑结构的截面弯矩图