钢支撑系统因受限制小且施工方便，在深基坑设计中得到广泛应用 ^[1,2]，其作用的发挥与自身承载力密切相关。钢支撑作为压杆结构，极限承载力与计算长度有关 ^[3]，因此为提高承载力往往在钢支撑上设置抱箍及系梁，以减小计算长度，并要求抱箍与系梁具有足够的强度与刚度，以便切实发挥约束作用。虽然抱箍对实际支护效果具有重要作用，但实践中往往随意设置，极易失效。因此有必要对抱箍约束作用进行分析，研究不同刚度、强度、规格的抱箍对钢支撑承载力的影响。

　　 由于抱箍能否发挥作用与抱箍所受荷载及自身强度、刚度有关，因此在对抱箍进行计算与优化前，首先应得到抱箍在钢支撑系统偏心受力过程中受到的被动抗力。

　　 根据《地铁基坑钢支撑管节极限承载力研究》 ^[4]中不同偏心距下的极限承载力计算结果，不同工况及偏心距下(工况及偏心距与文献[4]相同)抱箍需提供的被动抗力如图1所示。由图1可知，钢支撑所受被动抗力与偏心距有关，偏心距越大，抱箍需提供的抗力越大，抱箍不仅起构造作用，且承受一定被动抗力，因此应根据被动抗力对抱箍强度与刚度进行计算，从而选择合适的抱箍规格与形式。

　　 由于抗力会通过抱箍与系梁的约束点传至系梁，产生沿系梁轴向的荷载，为防止系梁水平滑动，系梁与格构柱间应设置侧向约束牛腿。

　　 为确定抱箍规格，建立钢支撑-抱箍联合受力模型(见图2)，使抱箍与钢支撑边界条件一致。

　　 不考虑抱箍可能发生的弹塑性失稳，假定其一直处于弹性阶段，进而研究抱箍对几何大变形约束的有效性。

　　 对于常见的[6.3,[8,[10,[12.6,[14a,[14b,[16a,[16b(8种槽钢编号分别为1～8)，分别在4类工况及2种不同系梁位置开展研究，观察钢支撑极限承载力随抱箍尺寸的变化情况，结果如图3所示。由图3a,3c可知，对于20m长的钢支撑，采用[10较经济合理，槽钢尺寸继续增大后，钢支撑极限承载力并未显著提升。对于25m长的钢支撑，由图3b,3d可知，[10极限轴力仍有一定提升空间，宜采用[12.6。

　　 为确保钢支撑在外力作用下发生较大失稳变形时，抱箍仍能对主体结构产生有效约束，要求钢支撑达到极限承载力时，抱箍仍处于弹性阶段，不产生塑性应力和塑性变形。由于系梁抱箍位于跨中时钢支撑极限承载力更高，对抱箍自身受力更不利，因此以抱箍位于跨中时的工况为基准进行设计优化。抱箍应力-应变模型采用弹塑性模型，钢支撑系统及抱箍采用beam188单元模拟，考虑弹塑性及大变形效应。抱箍与钢支撑系统之间的刚臂采用只能承受压力、不能承受拉力的link10单元模拟，这种模拟方法最接近实际受力状态(只有钢支撑系统与抱箍发生挤压时，才会产生约束力)。

　　 实际工程中采用较多的抱箍形式为[10，分别对4类工况钢支撑系统极限承载力下的抱箍应力进行评估，结果如图4所示。

　　 实际工程中抱箍多采用Q235钢，理论上抱箍承载力应≤235MPa，但由图4可知，对于φ609，φ800钢支撑，在极限状态下，侧向抱箍应力均接近或超过235MPa，进入大面积塑性状态，表明[10不满足实际约束需求，应考虑对抱箍进行优化。

　　 选择更大规格的槽钢，如[12.6,[14等，但会增加抱箍质量及基坑内人工操作难度。同时抱箍受力较大，对构件间的焊接质量提出更高要求，对于现场操作而言，势必会增加焊接质量控制难度。

　　 可选用Q345B钢，以适应更高的应力要求，但需同步提高系梁强度等级才能发挥优势，同时也对构件焊接质量提出更高要求。

　　 可通过结构优化的方式提高[10适应性。通过在抱箍外侧增加侧向斜撑，使之形成更稳定的三角形结构，三角形斜角45°，其支点支撑在抱箍与钢支撑的接触位置。由于偏心位置的不确定性，钢支撑可能发生向上、向左、向右的挠曲变形(下方有系梁，可提供足够约束)，综合考虑后确定抱箍优化体系如图5所示，其中A表示加强的三角斜撑。优化体系能同时限制钢支撑体系的侧向失稳和竖向失稳。

　　 对于工况1,2，保持槽钢尺寸不变([10)，同样偏心受力状态下，采用优化方案后的抱箍应力云图分别如图6,7所示。

　　 对于工况3,4，由于φ800钢支撑极限承载力更大，对抱箍承载力的要求也更高，因此采用[14，采用优化方案后的抱箍应力云图分别如图8,9所示。

　　 由图6～9可知，采用增加三角斜撑的[10,[14在极限状态下，除斜撑的小部分区段外，抱箍其他部分应力均<120MPa，满足工程设计要求。

　　 由于活络头为非对称构造，其竖向抗弯能力远大于水平抗弯能力，因此钢支撑活络头一般发生水平破坏，即钢支撑通常发生侧向挠曲，这种状况下抱箍可取消水平杆的加固设计，仅保留竖向杆的侧向加固设计。

　　 为更好地发挥抱箍在钢支撑系统中的作用，利用有限元软件对不同受力条件、不同规格的抱箍进行研究，得出以下结论。

　　 1)当钢支撑偏心受力偏心距较大时，抱箍除构造作用外，也会被动受力。为保证抱箍的约束作用，应考虑抱箍强度与刚度能否满足受力要求。

　　 2)在极限承载力作用下，抱箍常用规格中，20m长的钢支撑采用[10最经济适用;而对于25m长的钢支撑，则需改用[12.6才能更好地发挥作用。

　　 3)通过在抱箍外侧增加侧向斜撑可使之形成更稳定的三角形结构，可显著减小抱箍的实际受力。