本實用新型涉及一種基坑內支撐組合彈性邊界，適用于各種布置形式的基坑內支撐平面桿系有限元計算中的邊界設置。
背景技術：
隨著城市地下空間的快速開發和利用，基坑工程越來越多，規模大、深度深、周邊環境復雜已成為基坑工程的顯著特點。目前，基坑支護有著多種形式，排樁或者地連墻加內支撐是目前應用較多的一種支護結構形式，內支撐因具有支撐剛度大，控制基坑變形和保護周邊環境能力強，而且不侵入周圍地下空間形成障礙物等優點而被廣泛使用。但基坑內支撐計算中涉及兩類問題，一類是彈性地基梁計算中內支撐簡化為彈簧，彈簧剛度取值問題；另一類是彈性地基梁法中計算得到的內支撐反力作為圍壓荷載，進行內支撐平面桿系有限元計算的邊界條件設置問題。針對簡單的水平對撐，規范提供了水平剛度計算解析式，同時也可使用桿系單元法計算，但對于復雜的內支撐，支撐剛度通常只能通過桿系單元法計算。這樣一來，這兩類問題其實可以劃歸為一類問題，即如何在內支撐平面桿系單元法計算中設置合理的邊界。而目前用的較多的處理方法有以下三種：（1）在模型的局部設置固定支座，這種方法一般在位移最小的位置設置固定支座來限制整體模型的剛體位移，一般需要較多的工程經驗。（2）在模型的周邊施加法向彈簧，這種方法在結構荷載法計算中經常用到，核心的問題是彈簧剛度系數的選取，一般須根據工程經驗來確定。（3）在模型的周邊施加切向彈簧，從一般的基坑的實測變形情況來看，基坑周邊的切向位移較法向位移要小得多，因此在周邊加切線方向的約束彈簧會更加合理。以上三種方法均需要一定工程經驗來確定合理邊界條件，其中方法（1）需要根據人為的經驗判斷位移值較小的地方，并在模型當中認為該點位移值為零，此方法能大概得出支撐整體變形趨勢及位移極值，但在有限元模型當中固定的幾個點處會發生應力集中，得出的支撐及圍檁受力誤差較大，這是難以避免的；方法（2）和（3）通過設置彈簧單元來平衡掉模型因荷載不對稱產生的外力，所得到的支撐體系受力也較為均勻，不會出現嚴重的應力集中現象，但彈簧剛度系數的選取人為性較強，且彈簧對支撐體系受力也會造成一定的影響。因此，提出合理且具有普適性的基坑內支撐邊界是當前亟需解決的工程難題。
技術實現要素：
本實用新型所要解決的問題是提供一種基坑內支撐組合彈性邊界，該組合彈性邊界物理意義明確、彈簧剛度系數取值容易、桿件內力計算結果精確、適用于各種布置形式的基坑內支撐。
本實用新型的技術解決方案是：一種基坑內支撐組合彈性邊界，包括僅受壓法向彈簧、切向彈簧和與內支撐連接的圍檁 。所述僅受壓法向彈簧沿圍檁方向布置并垂直交于圍檁，切向彈簧沿圍檁方向布置并平行交于圍檁，僅受壓法向彈簧與切向彈簧數量相等，與圍檁存在相同交點的僅受壓法向彈簧與切向彈簧組成一對組合彈簧，由圍檁和若干對組合彈簧構成組合彈性邊界。
所述僅受壓法向彈簧是指，其一是彈簧的方向是法向，垂直于圍檁；其二是僅受壓。所述僅受壓法向彈簧在受壓時符合胡克定律，在受拉時，彈簧將退出工作狀態，此時的彈簧剛度系數為零，提供的反力也為零，但彈簧依舊可以變形；僅受壓法向彈簧可視為基坑周邊地層對樁墻及內支撐的約束，土層受壓不受拉（受拉可以忽略不計），僅受壓法向彈簧的工作機理與其一致，僅受壓法向彈簧具有明確的物理意義，僅受壓法向彈簧的剛度系數可取為土層的水平向基床系數。
所述切向彈簧為一般彈簧，既可受拉，也可受壓，應力應變關系符合胡克定律；切向彈簧可視為樁墻對圍檁提供的切向約束，切向彈簧具有明確的物理意義，切向彈簧的剛度系數可取為105～106kN/m。
所述僅受壓法向彈簧和切向彈簧的剛度系數取值大小對內支撐受力無影響。
本實用新型的有益效果是：僅受壓法向彈簧和切向彈簧形成的組合彈性邊界具有普適性，針對各種布置形式的基坑內支撐均適用；并且組合彈性邊界很好地消除了傳統約束對內支撐受力與變形的影響，不僅可得到準確的內支撐水平等效剛度，而且可精確計算各桿件內力。
本實用新型物理意義明確、彈簧剛度系數取值容易、桿件內力計算結果精確、適用于各種布置形式的基坑內支撐，可在基坑支護設計中推廣應用。
附圖說明
圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型包括僅受壓法向彈簧1、切向彈簧2、圍檁3、與圍檁3連接的內支撐4。所述僅受壓法向彈簧1沿圍檁3方向布置并垂直交于圍檁3，切向彈簧2沿圍檁3方向布置并平行交于圍檁3，僅受壓法向彈簧1與切向彈簧2數量相等，與圍檁3存在相同交點的僅受壓法向彈簧1與切向彈簧2組成一對組合彈簧，由圍檁3和若干對組合彈簧構成組合彈性邊界。
本實用新型的實施步驟是：首先確定內支撐平面布置形式以及圍檁3、內支撐4桿件的材料和截面尺寸，其次沿著基坑圍檁3方向布置僅受壓法向彈簧和切向彈簧，然后根據彈性地基梁法剖面計算求得的內支撐反力作為圍壓荷載施加到圍檁上，圍壓荷載的作用方向垂直于圍檁方向；最后進行基坑內支撐平面桿系有限元計算分析，求取各支撐桿件的內力，進而為基坑內支撐的設計提供依據。
本實用新型具有以下優點：
（1）物理意義明確：僅受壓法向彈簧可視為基坑周邊地層對樁墻及內支撐的約束，土層受壓不受拉（受拉可以忽略不計），僅受壓法向彈簧的工作機理與其一致，而切向彈簧可視為樁墻對圍檁提供的切向約束，僅受壓法向彈簧和切向彈簧均具有明確的物理意義。
（2）彈簧剛度系數取值容易：僅受壓法向彈簧的剛度系數可取為土層的水平向基床系數，土的水平向基床系數可從土工試驗獲取，亦可查閱相關手冊直接獲取，為工程常用參數，而切向彈簧的剛度系數可取為105～106kN/m。
（3）桿件內力計算結果精確：組合彈性邊界很好地消除了傳統約束對內支撐受力與變形的影響，可得到準確的內支撐水平等效剛度以及各桿件內力。
（4）適用于各種布置形式的基坑內支撐：對于局部內支撐，單獨使用切向彈簧或者僅受壓法向彈簧均將造成內支撐體系轉動或者漂移，無法得到合理的計算結果，而使用由僅受壓法向彈簧和切向彈簧組成的組合彈性邊界可以有效解決局部內支撐產生轉動或者漂移的問題，并且對于整體內支撐同樣適用。因而，組合彈性邊界具有普適性。