一种基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法与流程

本发明涉及抗拔桩桩长设计，具体涉及一种基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法。

背景技术：

1、随着地下空间的开发，许多地下结构物的埋深越来越大。此外，由于水资源保护政策，全国主要城市的地下水位呈上升趋势。因此，现在许多地下结构都承受着较大的水浮力荷载，抗浮是结构设计和施工中都应该重点考虑的问题。抗拔桩以其施工方便、使用寿命长、经济效益好等优点被广泛应用于各种抵抗扬压力的结构中。

2、为提高抗拔桩的力学性能，现有研究大多着眼于通过改变桩身结构来提高桩身的极限拉拔力。这些特殊结构的桩有树根桩、螺旋桩、扩口桩等。地下结构通过设置这些特殊结构的桩可以抵抗更达的扬压力，提高地下结构整体抗浮稳定性。但地下结构的底板在多种力的作用下(浮力、拉拔力、柱荷载)，会产生较大变形，进一步增加底板破坏风险，属于局部抗浮稳定性问题。

3、抗拔桩的设计参数包括桩长、桩径和桩间距。目前的桩参数设计大多以整体抗浮稳定性作为验算条件，采用等长、等径、均匀分布的方式布置桩。显然，这种设计方法忽略了局部抗浮稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法，以通过改变抗拔桩的桩长分布来解决地下结构物底板差异变形大的问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、本发明提供一种基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法，所述基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法包括：

4、s1：根据现场情况建立初始抗拔桩设计参数的地下结构数值模型；

5、s2：利用所述地下结构数值模型进行数值计算，得到数值计算结果；

6、s3：根据所述数值计算结果进行地下结构整体抗浮稳定性验算，得到验算结果；

7、s4：判断所述验算结果是否满足条件，若是，进入s5；否则，返回s1；

8、s5：遍历所述数值计算结果中各个桩端的竖向位移；

9、s6：根据所有桩端的竖向位移的最大值和最小值，确定敏感系数的阈值；

10、s7：根据所述敏感系数的阈值和各个桩端的竖向位移对抗拔桩端单元进行变换，得到当前抗拔桩端单元总体积；

11、s8：判断当前抗拔桩端单元总体积是否等于单次迭代目标体积，若是，进入s10，否则，进入s9；

12、s9：利用二分法调整所述敏感系数的阈值并返回s7；

13、s10：判断所述当前抗拔桩端单元总体积是否满足总目标体积，若是，将当前抗拔桩端单元总体积所对应的抗拔桩端单元作为所述抗拔桩桩长输出，否则，返回s1。

14、可选择地，所述s1中，所述初始抗拔桩设计参数包括抗拔桩的直径、长度、桩间距和桩的布置方式；

15、所述地下结构数值模型包括抗拔桩、地下结构和周围土体；

16、所述地下结构多个构件，多个构件包括基础底板、楼板、梁和柱；

17、所述周围土体简化为均质土体，桩与土之间设置接触单元；

18、所述土体采用库伦摩尔本构模型；所述抗拔桩和地下结构构件采用弹性本构模型。

19、可选择地，所述s2中，所述数值计算包括地下水对地下结构的扬压力，所述扬压力利用公式p＝γwh计算并以数值向上的均布荷载形式施加到所述基础底板上，式中h为地下水位面到基础底板的距离，γw为水的重度。

20、可选择地，所述s4中，所述条件包括，所述扬压力小于抗拔力。

21、可选择地，所述s6中，所述敏感系数的阈值αth通过以下方式确定：

22、αth＝(uemax+uemin)/2

23、其中，uemax和uemin分别为各桩端位移中的最大值和最小值。

24、可选择地，所述s7包括：

25、比较各个桩端的竖向位移和所述敏感系数的阈值大小，将位移小于αth的桩端单元视为无效单元，并用土单元替换，即桩单元被替换；

26、将位移大于αth的桩端单元视为有效单元，将其下方的土单元替换为桩单元，即增加桩单元。

27、可选择地，所述s8中：

28、所述单次迭代目标体积的变化由体积进化率e控制并按vk+1＝vk(1－e)计算；

29、其中vk和vk+1分别是第k次迭代和第k+1次迭代需要达到的单次迭代步的目标体积。

30、可选择地，所述s9包括：

31、若当前抗拔桩端单元总体积大于单次迭代目标体积，则将uemin＝αth带入式αth＝(uemax+uemin)/2中以得到更新后的αth，即增加阈值，此时，更多的桩单元被土单元替代，桩单元的总体积减少；反之，将uemax＝αth带入式αth＝(uemax+uemin)/2以提高阈值并增加桩单元数量；

32、其中，uemax和uemin分别为各桩端位移中的最大值和最小值，αth为敏感系数的阈值。

33、本发明具有以下有益效果：

34、本发明考虑了地下结构物底板局部抗浮失稳的问题，利用对抗拔桩端单元的增减优化抗拔桩的桩长分布；与传统抗拔桩长设计方式相比，经过此方法对桩长进行优化后，结构物底板的最大差异变形，最大总应变能均明显减小，且桩材料总体积减少；本发明可以结合任意数值计算软件，实施简单高效。

技术特征：

1.一种基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法，其特征在于，所述基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法，其特征在于，所述s1中，所述初始抗拔桩设计参数包括抗拔桩的直径、长度、桩间距和桩的布置方式；

3.根据权利要求2所述的基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法，其特征在于，所述s2中，所述数值计算包括地下水对地下结构的扬压力，所述扬压力利用公式p＝γwh计算并以数值向上的均布荷载形式施加到所述基础底板上，式中h为地下水位面到基础底板的距离，γw为水的重度。

4.根据权利要求3所述的基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法，其特征在于，所述s4中，所述条件包括，所述扬压力小于抗拔力。

5.根据权利要求1所述的基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法，其特征在于，所述s6中，所述敏感系数的阈值αth通过以下方式确定：

6.根据权利要求5所述的基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法，其特征在于，所述s7包括：

7.根据权利要求1所述的基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法，其特征在于，所述s8中：

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法，其特征在于，所述s9包括：

技术总结
本发明公开了一种基于双向结构渐进法的抗拔桩桩长设计方法，包括：S1：建立初始抗拔桩设计参数的地下结构数值模型；S2：进行数值计算；S3：根据数值计算结果进行地下结构整体抗浮稳定性验算；S4：判断验算结果是否满足条件，若是进入S5；否则返回S1；S5：遍历各个桩端的竖向位移；S6：根据竖向位移的最大最小值，确定敏感系数的阈值；S7：根据阈值和各竖向位移对抗拔桩端单元进行变换；S8：判断当前抗拔桩端单元总体积是否等于单次迭代目标体积，若是进入S10，否则进入S9；S9：利用二分法调整敏感系数的阈值并返回S7；S10：判断当前抗拔桩端单元总体积是否满足总目标体积，若是结束设计，否则返回S1。

技术研发人员：张威,焦旻,马永尚,王洲,孙大圣,王小朋,李鹏飞,吴杰
受保护的技术使用者：北京京投交通枢纽投资有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13