张开伟，郝佳福，陈宏

(河北建设勘察研究院有限公司，河北 石家庄 050031)

支护结构混凝土支撑轴力受力组成分析研究

张开伟*，郝佳福，陈宏

(河北建设勘察研究院有限公司，河北 石家庄 050031)

围护结构基坑监测中的混凝土支撑轴力实际大小构成受到混凝土支撑构件本身弯压受力和混凝土支撑非荷载因素的影响，如果仅仅用去掉某个参数或假定某个参数不变来简化计算和分析，会使现场监测得到的支撑轴力与实际基坑开挖引起的支撑轴力产生较大误差。因此通过实际模型监测数据计算及综合因素的分析可以知道混凝土支撑构件本身弯压受力和混凝土支撑非荷载因素影响的大小，可以计算出围护结构支撑轴力实际受力值在现场监测得到的支撑轴力值中的占比范围，为后续动态施工和设计调整提供科学数据支持。

混凝土支撑轴力；试验模型；非受力荷载因素；支撑构件弯压受力

1 背 景

在采用钢筋混凝土支撑支护的基坑工程中，支撑轴力监测数据是设计、监理和施工单位共同关心的内容。通常钢筋混凝土支撑受力以受压为主，对混凝土材料来说，支撑受力存在体积收缩、徐变、温度等因素的影响。实际工作中对于支撑轴力的测量，常常是直接用测得的应变值结合拟合得到的固定混凝土弹性模量进行计算得到监测值，这样得到的监测值往往偏大，甚至还出现支撑体系依然处于正常工作状态，而测试的轴力超出设计值的几倍的现象，更有超出了混凝土材料强度的情况发生。这就给实际从事监测工作的技术人员带来很大的困惑，作者结合实际项目通过试验监测模型对影响支撑轴力的因素进行探讨来分析，了解影响支撑轴力的组成和影响因素的大小。

2 轴力监测方法研究分析

分析传统的混凝土支撑轴力监测方法可知，传统的混凝土支撑轴力监测计算方法主要以图1所示为主。

图1 传统的混凝土支撑轴力计算构成图

从图1中可以看出，传统的混凝土支撑轴力计算中对非荷载因素和支撑构件本身弯压受力状态影响因素没有进行考虑，这一部分对实际监测数据的影响贡献有多大没有一个明确的数据支持，可见分析出影响支撑轴力的组成占比就是解决以上问题的关键。

3 监测试验模型建立

传统的混凝土支撑轴力监测方法缺少非受力荷载因素和支撑构件本身弯压受力状态这两种影响因素。针对这两种混凝土支撑轴力的影响因素设计建立以下监测模型：

(1)不同支撑构件本身弯压受力状态实物模型

钢箱梁支撑内部及混凝土支撑内部都埋设有混凝土支撑轴力计，具体实物模型状态如图2所示。

图2 不同支撑构件本身弯压受力状态实物模型图

(2)传感器安放位置对测试结果影响分析及混凝土支撑非荷载因素分析模型

同一监测断面跟随支撑钢筋主筋每个断面布设8只混凝土支撑轴力计，埋设位置如图3所示。

图3 传感器安放位置对测试结果影响分析及混凝土支撑非荷载因素分析模型图

4 监测模型数据分析

4.1 混凝土支撑构件本身弯压受力状态分析

(1)不同材质支撑本身弯压受力监测变化图，如图4所示。

从图4的实际监测到的支撑轴力的监测图可以看出，钢箱梁支撑和混凝土支撑的轴力监测变化形态大致相同，但监测轴力的大小差异很大，差值接近48.3%，钢支撑不受混凝土收缩、徐变和弹性模量非线性的影响，其轴力监测值中只有和混凝土支撑存在共同影响的温度因素。因此可以看出，该模型监测到的混凝土支撑轴力的大小去除温度影响后，其大小实际比监测到的混凝土支撑轴力的51.7%还要小，可见支撑采用的材质不同对实际监测轴力的大小影响是很大的。

图4 不同材质支撑本身弯压受力支撑轴力监测变化图

(2)传感器安放位置对测试结果影响分析

从图5的实际监测到的支撑轴力的监测图可以看出，混凝土支撑的轴力布点位置不同其监测轴力大小也有所不同，从计算监测数据结果来看，其上下部的传感器监测到的轴力要大于中间传感器监测到的轴力，这主要受到角点温度补偿的影响出现差异，这种差异从实际监测结果来看极差占比约为19.3%。所以实际监测工作中对于一个监测断面不能仅从某个传感器入手来确定断面监测轴力，应该综合角点温度补偿进行确定轴力大小，这就给传感器埋设、安装及保护提出很高的要求。

图5 传感器安放位置对测试结果影响分析

(3)混凝土支撑自身弯压受力的影响分析

我们在实际施工工程中，对监测模型中钢箱梁支撑进行了截断处理，钢箱梁支撑截断之前的混凝土支撑轴力监测值 5 827 kN，截断之后混凝土支撑轴力的测算值仍然有 3 403 kN，显然，这部分轴力全是非荷载因素引起的，其占截断前轴力测算值的58.4%，这一数据进一步说明了非荷载因素的影响之大。

4.2 混凝土支撑非受力荷载因素分析

(1)混凝土收缩影响分析

钢筋混凝土支撑在浇筑后，混凝土一直发生体积的收缩，混凝土在收缩时会产生收缩变形，而钢筋混凝土结构中的钢筋不会收缩，考虑到变形协调，钢筋会在阻碍混凝土收缩变形，在阻碍过程中钢筋就会发生变形，产生附加的压应力。随着时间的增大混凝土收缩会产生持续增大的收缩变形，钢筋的附加压应力会随着时间的增大而持续增大，导致通过监测到的混凝土支撑轴力偏大。实际通过对模型支撑的长期监测通过统计计算得到：如果支撑浇筑时间约为1年左右，则收缩应变约为 100 με，对应的监测轴力约为 1 147 kN，占混凝土支撑轴力非荷载因素引起变化的33.7%。

(2)温度影响分析

监测过程中发现，支撑轴力计频率随着温度的升高会减小，计算得到的混凝土支撑轴力随着温度的升高而增大。这主要是由于钢筋的热膨胀系数与混凝土的膨胀系数存在一定差异，温度的变化就会产生温度应力。这种应力差异通过实际监测和计算得到：四个角点平均温度补偿系数采用 8.0 με/℃，温差为5℃，那么温度应变为 40 με，对应的混凝土支撑轴力约为 459 kN，占混凝土支撑轴力非荷载因素引起变化的13.5%。

(3)混凝土徐变影响分析

混凝土内水泥胶体微孔隙中的游离水将从毛细管里挤出并蒸发，导致胶体体积缩小，形成徐变过程。混凝土的徐变不单与荷载、时间以及外部环境等因素相关，还与历史应力、加载龄期存在密切关系，徐变的发生会增大混凝土结构的变形。但是对于钢筋而言，钢筋虽然也会发生徐变，但是钢筋的徐变只与当前应力相关，与历史应力无关。钢筋徐变的速率远没有初期的混凝土徐变速率大，混凝土轴向变形速率要大于钢筋的轴向变形速率，这就引起混凝土与钢筋之间的附加内力，这就使的实际监测到的轴力值比实际值要大。这种差异占比通过以上计算可知其对应的混凝土支撑轴力约为 1 797 kN，约占混凝土支撑轴力非荷载因素引起变化的52.8%。

以上三种影响分析是建立在标准弹性模量固定的基础上计算的，如果按照模型单元分块采用混凝土弹性模量非线性取值进行计算，计算所得到的非受力荷载因素总和影响占比要超过实际监测计算轴力值的58.4%。

5 结 论

根据以上试验模型的监测数据分析可得到如下认识：

(1)混凝土支撑轴力的大小要通过混凝土支撑构件本身弯压受力状态和混凝土支撑非荷载因素综合进行分析确定，如果假定某个参数简化分析及计算，会使监测轴力产生较大误差，对后续施工和设计造成很大影响。

(2)通过实际模型监测数据计算及综合因素的分析可知，混凝土实际轴力值可取混凝土支撑现场监测轴力值的30%～40%作为混凝土支撑轴力监测的实际值。

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Concrete Supporting Axial Force of Support Structure Analysis

Zhang Kaiwei，Hao Jiafu，Chen Hong

(The Hebei Research Institute of Construction & Geotechnical Investigation Co.，Ltd. Shijiazhuang 050031，China)

Retaining structures Monitoring of Foundation pit Concrete support axis force actual size constitute by concrete support component itself bent pressure by force and concrete support non-load contains factors of effect，if just with removed a parameter or assumes that a parameter not variable to simplified calculation and analysis，will makes site monitoring get of support axis force and actual pit excavation caused of support axis force produced larger errors，so through actual model monitoring data calculation and the integrated factors of analysis can know Concrete supporting structure itself bending stress and concrete supporting a load factor of size，can calculate the actual force value of exterior-protected structure supporting axial force monitoring in the field of supporting axial force ratio range in value for the latter provide scientific data to support continued construction and design of dynamic adjustment.

concrete supporting axial force test model；non-load factors supporting Member bending-compression loading

1672-8262(2017)01-169-03

TU94.2

B

2016—08—04 作者简介：张开伟(1982—)，男，硕士，高级工程师，主要从事桩基检测、工程物探、工程勘察、基坑监测等方面的生产和科研工作。