基于位移限值控制的抵抗大水平推力的群樁設計分析方法技術

本發明專利技術公開了基于位移限值控制的抵抗大水平推力的群樁設計分析方法；包括如下步驟:步驟1、計算第i樁身節點的約束彈簧剛度Ki；步驟2、確定單樁參數；步驟3、根據以下公式確定樁數；步驟4、確定初始樁間距；步驟5確定群樁參數。本發明專利技術以樁基位移限值控制為基礎，通過調節各排樁基的直徑、間距，達到調節群樁剛度的目的，從而充分發揮各樁的承載能力，使其均勻受力。受力。受力。

【技術實現步驟摘要】
基于位移限值控制的抵抗大水平推力的群樁設計分析方法


[0001]本專利技術涉及群樁計算機輔助設計
，特別涉及基于位移限值控制的抵抗大水平推力的群樁設計分析方法。

技術介紹

[0002]群樁樁筏結構常用作承擔大水平推力構筑物基礎，在現有技術中是將群樁均勻布置與筏板下方，同時假定筏板為不可壓縮的剛體，進而認為各樁平均分擔水平推力產生的剪力，在水平推力較小的情況下，使假定與實際相符。
[0003]但在大水平推力作用下，筏板在群樁基礎的約束下其自身壓縮不可忽略，且筏板前端與群樁的前排樁基共同變形，削弱的前排樁基的整體剛度，加劇了前排樁基的變形，從而易引發前排樁基優先破壞，群樁各樁受力很不均勻。
[0004]因此，如何調節群樁剛度，從而充分發揮各樁的承載能力，使其均勻受力成為本領域技術人員急需解決的技術問題。

技術實現思路

[0005]有鑒于現有技術的上述缺陷，本專利技術提供基于位移限值控制的抵抗大水平推力的群樁設計分析方法，實現的目的是以樁基位移限值控制為基礎，調節各排樁基的直徑、間距，達到調節群樁剛度的目的，從而充分發揮各樁的承載能力，使其均勻受力。
[0006]為實現上述目的，本專利技術公開了基于位移限值控制的抵抗大水平推力的群樁設計分析方法；包括如下步驟:
[0007]步驟1、將根據現行設計規范確定的地基土水平向抗力系數的比例系數m輸入計算機，根據以下公式計算第i樁身節點的約束彈簧剛度Ki，其中i＝1,2,3
…
，具體公式如下：
[0008]Ki＝m
×
hi
×
b
×
Δh；
[0009]其中，m為地基土水平向抗力系數的比例系數；
[0010]hi為樁身第i節點相對于等代地面線的埋深；
[0011]b為樁身計算寬度；
[0012]Δh為樁身單元長度，Δh＝1m；
[0013]步驟2、確定單樁參數，具體包括如下步驟：
[0014]步驟2.1、確定樁長；
[0015]分別按不同樁長的類型，即L1＝6、L2＝8、L3＝10、L4＝12
…
Lj＝(j+2)*2，建立若干單樁模型；其中j表示不同樁長的類型編號；
[0016]采用直徑為d，單元長度Δh＝1m的梁單元進行模擬，在樁身各節點側向約束剛度Ki，樁頂施加單位水平力F0＝1KN，基于通用桿系有限元程序分析，得到不同樁長的樁頂水平位移uj；
[0017]當0.999≤uj+1/uj≤1.001，則可認為uj所對應的樁長Lj為最優樁長，計作L；
[0018]步驟2.2、確定單樁初始剛度；
[0019]以所述最優樁長L為模型，在樁頂施加單位水平力F0＝1KN，基于通用桿系有限元程序分析，得到樁頂水平位移u0，計單樁初始剛度為K0＝F0/u0；
[0020]步驟3、根據以下公式確定樁數n：
[0021]n＝max(n1,n2)；
[0022]n1＝F/(K0
×
[u])；
[0023]n2＝F/([V])；
[0024]其中，F為結構所承擔的水平推力；
[0025][u]為根據所述比例系數m所對應的位移限值或滿足結構自身使用需要的位移限值；
[0026][V]為單樁抗剪承載力；
[0027]步驟4、確定初始樁間距s＝3d；
[0028]步驟5、確定群樁參數，具體包括以下步驟：
[0029]步驟5.1、根據所述約束彈簧剛度Ki、所述最優樁長L、所述樁數n和所述樁間距s建立群樁模型；
[0030]筏板縱橫向尺寸Bl
×
Bb應滿足n根樁布置的構造要求，Bl方向上布置nl排樁，Bb方向上布置nb排樁，n＝nl
×
nb，以結構所承擔的水平推力F平行的方向為Bl方向；
[0031]步驟5.2、沿Bl方向將筏板平均分為三個區域，每個所述區域均占Bl/3，分別為近F端、中端、遠F端；
[0032]三個所述區域按初始樁間距s＝3d均勻布置，然后基于通用桿系有限元程序分析，可得到近F端、中端、遠F端樁頂的初始水平位移分別壓力uJ、uZ、uY；
[0033]步驟5.3、計τ＝uJ/[u],δ＝uY/[u]，則所述近F端的樁基直徑調整為d
’
＝τd，樁間距調整為s
’
＝s/τ，所述遠F端的樁基直徑調整為d”＝δd，樁間距調整為s”＝s/δ；
[0034]然后，按所述近F端調整后的樁基直徑d
’
及相應樁間距s
’
和所述遠F端調整后的樁基直徑d”及相應樁間距s”調整所述步驟5.1中的所述群樁模型；
[0035]調整完成后，再次基于通用桿系有限元程序分析，再次得到所述近F端、所述中端和所述遠F端調整后的樁頂水平位移分別壓力uJ
’
、uZ
’
、uY
’
；
[0036]當滿足uJ
’
<[u]、uZ
’
<[u]、uY
’
<[u]時，則相應的所述近F端調整后的樁基直徑d
’
及相應樁間距s
’
和所述遠F端調整后的樁基直徑d”及相應樁間距s”為所述群樁參數的最優值；
[0037]當不滿足時，所述近F端、所述中端和所述遠F端調整后的樁頂水平位移分別壓力uJ
’
、uZ
’
、uY
’
替換將初始水平位移分別壓力uJ、uZ、uY循環執行步驟5.3，直至滿足為止。
[0038]優選的，在所述步驟5.3中，所述近F端調整后的樁基直徑d
’
所對應的樁間距s
’
和所述遠F端調整后的樁基直徑d”所對應的樁間距s”均在2.5d至5d之間。
[0039]本專利技術的有益效果：
[0040]本專利技術以樁基位移限值控制為基礎，通過調節各排樁基的直徑、間距，達到調節群樁剛度的目的，從而充分發揮各樁的承載能力，使其均勻受力。
[0041]以下將結合附圖對本專利技術的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本專利技術的目的、特征和效果。
附圖說明
[0042]圖1示出本專利技術一實施例的流程圖。
[0043]圖2示出本專利技術一實施例中單樁模型的示意圖。
[0044]圖3示出本專利技術一實施例中群樁模型的示意圖。
具體實施方式
[0045]實施例
[0046]如圖1所示，基于位移限值控制的抵抗大水平推力的群樁設計分析方法；包括如下步驟:
[0047]步驟1、將根據現行設計規范確定的地基土水平向抗力系數的比例系數m輸入計算機，根據以下公式計算第i樁身節點的一約束彈簧剛度Ki，其中i＝1,2,3
…
，具體公式如下：
[004本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.基于位移限值控制的抵抗大水平推力的群樁設計分析方法；其特征在于，包括如下步驟:步驟1、將根據現行設計規范確定的地基土水平向抗力系數的比例系數m輸入計算機，根據以下公式計算第i樁身節點的約束彈簧剛度Ki，其中i＝1,2,3
…
，具體公式如下：Ki＝m
×
hi
×
b
×
Δh；其中，m為地基土水平向抗力系數的比例系數；hi為樁身第i節點相對于等代地面線的埋深；b為樁身計算寬度；Δh為樁身單元長度，Δh＝1m；步驟2、確定單樁參數，具體包括如下步驟：步驟2.1、確定樁長；分別按不同樁長的類型，即L1＝6、L2＝8、L3＝10、L4＝12
…
Lj＝(j+2)*2，建立若干單樁模型；其中j表示不同樁長的類型編號；采用直徑為d，單元長度Δh＝1m的梁單元進行模擬，在樁身各節點側向約束剛度Ki，樁頂施加單位水平力F0＝1KN，基于通用桿系有限元程序分析，得到不同樁長的樁頂水平位移uj；當0.999≤uj+1/uj≤1.001，則可認為uj所對應的樁長Lj為最優樁長，計作L；步驟2.2、確定單樁初始剛度；以所述最優樁長L為模型，在樁頂施加單位水平力F0＝1KN，基于通用桿系有限元程序分析，得到樁頂水平位移u0，計單樁初始剛度為K0＝F0/u0；步驟3、根據以下公式確定樁數n：n＝max(n1,n2)；n1＝F/(K0
×
[u])；n2＝F/([V])；其中，F為結構所承擔的水平推力；[u]為根據所述比例系數m所對應的位移限值或滿足結構自身使用需要的位移限值；[V]為單樁抗剪承載力；步驟4、確定初始樁間距s＝3d；步驟5、確定群樁參數，具體包括以下步驟：步驟5.1、根據所述約束彈簧剛度Ki、所述最優樁長L、所述樁數n和所述樁間距s建立群樁模型；筏板縱橫向尺寸Bl
×
Bb應滿足n根樁布置的構造要求，Bl方向上布置nl排樁，Bb方向上布置nb排樁，n＝nl
×
nb，以結構所承擔的水平推力F平行的方向為Bl方向；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張興其，
申請(專利權)人：合肥市市政設計研究總院有限公司，
類型：發明
國別省市：