铰接式钢筋混凝土地下连续墙的计算与应用？
钢筋混凝土地下连续墙起源于20世纪50年代初的意大利。最初用作土石坝坝基的防渗墙，后发展为地下结构的挡土墙和承重墙，广泛应用于水利水电工程、基础工程和地下工程。钢筋混凝土地下连续墙的基本原理是在地面上利用专用的成槽设备，沿工程开挖线，在泥浆护壁的条件下，挖一条狭长的深槽，在槽内放置钢筋笼，灌注水下混凝土，构筑连续墙，起到截水、防渗、挡土或承重的作用。
1普通钢筋混凝土地下连续墙的计算方法
地下连续墙结构计算所采用的理论和方法，除部分地方法规外，尚未制定全国统一的设计计算规程或规范。通过研究，许多学者提出了许多有用的计算理论和方法，其中工程上广泛应用的计算理论主要有以下四类:荷载结构法；改进的载荷结构法；弹性地基梁法；有限元法。荷载结构法假设作用于地下连续墙的水土压力已知，墙体和支撑的变形不会引起墙体水土压力的变化。首先用经典的土压力理论确定作用在墙体上的水土压力的大小和分布，然后用结构力学方法计算墙体和支撑的内力。由于深基坑开挖过程中作用在墙体上的水土压力逐渐增大，荷载结构法不能反映施工过程中围护结构的应力变化，于是产生了修正荷载结构法。弹性基础梁法将地下连续墙视为竖向弹性基础梁，地层对地下连续墙的约束作用可以用一系列弹簧来模拟，在相同精度下比有限元法小得多。有限元法将地下连续墙与周围地层视为一个有机整体，墙与周围介质相互作用，适用性广，但计算量大。
2铰接钢筋混凝土地下连续墙的计算方法
2.1计算原理
铰接式钢筋混凝土地下连续墙的计算方法是弹性地基梁法，在工程中应用广泛，实用性强。铰接式钢筋混凝土地下连续墙的计算方法介绍如下:
地下连续墙工程单侧开挖后，非开挖侧土压力作为主动荷载，开挖侧开挖线以下土层为地下连续墙弹性基础，用弹簧代替。弹簧的作用采用弹性基础梁的局部变形理论，即温克假设。被动土阻力的大小和分布取决于墙体位移的结果。墙体侧向位移越大，该点弹簧支撑的压缩力越大，相应土体对墙体的弹性抵抗强度也越大。上部支撑也是弹性的，所以地下连续墙按弹性地基上的梁计算。弹性地基梁的微分方程为
式中:EI(x)——弹性地基上梁的抗弯刚度；
弹性地基梁的y挠度；
Q(x)-作用在弹性基础梁上的荷载；
K(x)-水平基础的反力系数。
利用有限差分法，将上述微分方程替换为相应的差分方程，转化为一组线性代数方程组，差分方程如下式所示:
墙分为上下两段，两段用铰链连接。铰缝被切开，未知剪力Q在切口处代入。然后将墙的每一段分解为铰缝在外荷载P作用下为自由端的情况和只在Q作用下的情况，通过铰缝处墙的上下两段位移相等的条件求解Q值，从而求解各个节点的位移和内力。
2.2边界条件的确定
a)在P的作用下，上壁顶部为自由端。根据这一点，m = 0，q = 0，我们可以得到
底部是自由端。根据这一点，m = 0，q = 0，我们可以得到
b)在Q的作用下，上壁顶部为自由端。根据这一点，m = 0，q = 0，我们可以得到
最下面，m = 0，q = 1(先假设是1，再把q值乘以q)，可以得到
c)在P的作用下，下壁顶部为自由端。根据这一点，m = 0，q = 0，我们可以得到
d)在q的作用下，下壁顶部为m = 0，q = 1(先假设是1，再将q值乘以q)，可得。
此外，根据墙体插入深度和土层类型，下墙底部的边界条件可分为自由端和固定端。
2.3计算步骤
2.3.1节点划分
地下连续墙等间距划分节点，节距取决于计算精度。
2.3.2列出差分方程的系数矩阵。
根据式(2)、(3)、(4)可以列出P作用下上墙的系数矩阵。根据式(2)、(5)、(6)可以列出Q作用下上墙的系数矩阵。根据式(2)、(7)、(8)可以列出下墙在P作用下的系数矩阵。根据式(2)、(9)和(10)可列出Q作用下下墙的系数矩阵。
其中，水平基础反力系数的取值对计算结果的准确性有一定影响，应尽量准确，有条件时可通过现场试验或通过计算手册获得。
2.3.3荷载p的计算
计算作用在每个节点上的水压力和主动土压力。
支持治疗
地下连续墙作为基坑支护时，往往需要支撑。此时支座视为弹性支座，其弹簧刚度为单位变形所需的轴向力，将此系数加到相应节点的主系数上。
2.3.5求P和q作用下墙体各截面各节点的位移。
通过求解方程(2)，可以分别得到P作用下上墙、Q作用下上墙、P作用下下墙和Q作用下下墙的节点位移，其中Q作用下得到的位移有一个未知数Q，这一步需要编程计算。
根据铰接点处上下壁位移相等的原理，可以求解未知量Q，从而得到各个节点的位移。
2.3.6内力(弯矩和剪力)的计算
每个节点的内力可以用上面两个公式计算。
3有铰与无铰地下连续墙应力状态比较
现举例比较铰接式钢筋混凝土地下连续墙与非铰接式钢筋混凝土地下连续墙的应力状态差异。
单铰防渗心墙坝，墙高24 m，厚度0.8 m，单铰距顶部9 m，均布外荷载p = 500 kn/m，墙顶为自由端，底部视为铰。反力系数k从顶部的25 kN/c m3逐渐变化到底部的150 kn/cm3。根据本文的解法，可以得到各节点的位移和内力，如表65438所示。
对于不带铰的钢筋混凝土地下连续墙，按照上例的参数，只取消铰，同样采用弹性基础梁法。经计算，各节点的位移和内力见表1。
从表1可以看出，带铰和不带铰的钢筋混凝土地下连续墙各节点位移接近，但带铰钢筋混凝土地下连续墙的弯矩分布明显比不带铰钢筋混凝土地下连续墙更有利，铰以上墙体的弯矩减少更多。此外，在此示例中，下壁的底部被视为铰链。如果土层对地下连续墙的约束较小，底部可视为自由端。此时，两种情况下下部墙体的弯矩都有所减小，带铰钢筋混凝土地下连续墙的弯矩比不带铰钢筋混凝土地下连续墙减小更多。
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