如何让基坑钢管支撑稳定

从概念上理解，如果计算长度取立柱的间距，那么立柱的支撑形式能够起到刚性支座的作用；如果达不到刚性支座的作用，那么此支座应视为弹性支座。因此对于钢管支撑在竖向平面内计算长度的计算问题可以转化为在多道弹性支座下的压杆稳定问题，计算方法则是采用线性屈曲分析，是一种在数学推导中求解特征值的方法。

图1 简化模型

钢管支撑的计算模型可简化(见上图)：（1）受轴向压力的杆件两端为较支；(2)立柱抱箍支架对压杆的约束简化成一个刚度为k的弹簧。陈绍蕃《具有多道弹性支撑杆的钢柱稳定问题》给出了简化公式,本文采用abaqus求解了钢支撑在三道和四道支撑在临界承载力，并与陈绍蕃简化公式进行了对比，结果如下：

（a）三道支撑

图2 压杆稳定承载力

从计算结果来看，abaqus求解的结果与简化公式非常一致，因此工程中可直接采用简化公式进行计算钢管支撑在竖向平面内的计算长度。经计算，立柱抱箍支架对钢支撑提供的竖向刚度为4255N/mm。基于此弹簧k值，本文选用钢管Ф609x16，撑杆间距10m，求解其在三道~九道弹性支撑下的计算长度，汇总计算结果见表1所示。

对于水平平面内的计算长度，应区分角撑和对撑。因为对于角撑或者单根钢管支撑，由于其两端铰接，水平向支撑约束很弱(立柱对钢支撑提供的侧向约束较低)，计算长度基本接近于整个支撑长度。因此本文主要探讨对撑的水平平面内的计算长度。分别取50米跨和100米跨的对撑进行线性屈曲分析，具体布置形式见图3所示。本算例，对撑、八字撑以及第一道和最后一道弦杆采用钢管Ф800x16，其余弦杆采用H400x400x13x21。

采用abaqus对其进行线性屈曲分析，模型约束条件为:对撑支座处设置为铰接，杆件交汇处设置支座使其不发生重力方向的移动，并施加水平弹簧支座，模拟立柱对对撑提供的侧向刚度，具体屈曲模态结果见图4所示。通过计算得到的临界承载力，采用欧拉公式反推对撑的计算长度，最终结果汇总见表2所示。

同时从屈曲模态可以看出，两端的八字撑对整体钢支撑的面外稳定起到了有利的作用，类似于刚性支座，限制了钢支撑产生面外侧移的趋势。

从表3的数值对比来看，对于50米跨的钢管对撑结构，采用《基规》的计算方法求得的稳定应力要大于《钢标》的二阶弹性分析求得的值；而对于100米跨的钢管对撑结构，采用《基规》的计算方法求得的稳定应力要小于《钢标》的二阶弹性分析求得的值。对于50米跨度以内的钢管对撑，无论采用算法1、算法2和算法3都是合适的；而对于50米~100跨度的钢管对撑，应采用算法3更为合适。

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(1)   对于跨度小于50米内的钢管支撑，可采用《基规》的方法，并且计算长度系数可取1。

(2)   对于跨度在50~100米内的钢管支撑，也可采用《基规》的方法。

(3) 对于跨度超过100米的钢管支撑，采用《基规》的方法则显得不够安全，应采用《钢规》的二阶弹性方法加以验证。或者采用其它有效措施增加钢管支撑水平平面的刚度，例如在平面内增加斜向支撑等。