[發(fā)明專利]組合受荷樁承載力傳遞矩陣通解方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611235006.2
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106650131B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 竺明星;王磊;盧紅前;彭秀芳;吉春明;黃萬山;王廣兵;王澤國
• 申請（專利權(quán)）人: 中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計院有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F17/13;G06F17/16;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了一種組合受荷樁承載力傳遞矩陣通解方法，包括：建立組合受荷樁通解受力分析模型并提出便于求通解時的樁土相互作用關(guān)系的統(tǒng)一表達(dá)式；根據(jù)傳遞矩陣的一維線性特征將土抗力系數(shù)、樁身軸力分布、樁身水平荷載分布進(jìn)行離散化、均勻化以及常數(shù)化處理；采用Laplace正逆變換推導(dǎo)得出了樁身自由段、彈性段以及塑性段的傳遞矩陣系數(shù)的解析通解；在傳遞矩陣法原理基礎(chǔ)上代入樁頂樁端邊界條件，從而得出組合受荷樁承載力通解。本發(fā)明中傳遞矩陣系數(shù)解析解表達(dá)式非常簡潔，便于編程計算，具有非常好的適應(yīng)性和通用性，能夠很好地解決巖土工程中遇到的各種工況下的組合受荷樁承載特性問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種組合受荷樁承載力傳遞矩陣通解方法。

背景技術(shù)

樁基礎(chǔ)一開始以承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)豎向承載力為主要設(shè)計目的，隨著工程需求的變化，出現(xiàn)了以承擔(dān)水平荷載作用為主的水平受荷樁。然而，隨著對基樁承載特性的研究的深入和理論的逐步完善，發(fā)現(xiàn)實(shí)際工程中的樁基通常不但承擔(dān)樁頂豎向荷載作用，還同時受到水平荷載作用，即組合荷載的作用，如橋梁樁基礎(chǔ)，海上風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)等。

組合荷載下水平力使樁身產(chǎn)生較大內(nèi)力和位移，豎向分力也因樁身撓曲變形而產(chǎn)生附加彎矩，尤其是當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)較差、地面以上樁自由長度較大時，附加的樁身撓曲變形和彎矩更不可忽略，即所謂的P-Δ效應(yīng)，因此組合荷載作用下基樁承載特性越來越受到重視。大量的學(xué)者開展了眾多關(guān)于組合受荷樁承載特性的離心模型實(shí)驗研究、室內(nèi)模型試驗研究以及二維、三維有限元數(shù)值模擬研究并得出諸多有益的結(jié)論。然而，這些研究成果只能反映特定情況下的樁身響應(yīng)特性，且一般情況下這些研究成果反映的是承載特性定性結(jié)論，并不能為實(shí)際的工程設(shè)計人員提供很好的設(shè)計依據(jù)。因此，組合受荷樁樁身響應(yīng)的解析模型的建立以及四階微分控制方程的如何求解是得到樁身響應(yīng)的關(guān)鍵。諸多學(xué)者相繼開展了以有限差分法、冪級數(shù)法、變分法、傳遞矩陣法等方法為基礎(chǔ)的組合受荷樁承載力計算方法研究，然而，有限差分法是一種純數(shù)值方法，對編程能力要求非常高，不適合工程設(shè)計人員使用；冪級數(shù)法和變分法的推導(dǎo)過程和解的形式非常繁瑣，極易出差且編程復(fù)雜，因而限制了其應(yīng)用；現(xiàn)有的傳遞矩陣法其傳遞矩陣系數(shù)一般采用冪級數(shù)的方式表達(dá)且只能解決特定問題，因而限制了其應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種組合受荷樁承載力傳遞矩陣通解方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中組合受荷樁承載力計算方法步驟繁瑣、易出差、應(yīng)用范圍受限的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：組合受荷樁承載力傳遞矩陣通解方法，包括如下步驟：

步驟一：建立組合受荷樁通解受力分析模型并提出便于求通解時的樁土相互作用關(guān)系的統(tǒng)一表達(dá)式；

步驟二：根據(jù)傳遞矩陣的一維線性特征將土抗力系數(shù)、樁身軸力分布、樁身水平荷載分布進(jìn)行離散化、均勻化以及常數(shù)化處理；

步驟三：采用Laplace正逆變換推導(dǎo)得出了樁身自由段、彈性段以及塑性段的傳遞矩陣系數(shù)的解析通解；

步驟四：在傳遞矩陣法原理基礎(chǔ)上代入樁頂樁端邊界條件，從而得出組合受荷樁承載力通解。

步驟一的具體步驟如下：

將線彈性、非線性彈性、線彈性-塑性以及非線性彈性-塑性樁土相互作用模型進(jìn)行歸類，提出采用統(tǒng)一線彈性-塑性p-y曲線表達(dá)式模擬組合受荷樁樁土相互作用，如下式所述：

式中：p為土抗力；k為土抗力模量；y為樁身變形；p_u為極限土抗力。

步驟二的具體步驟如下：

根據(jù)土層分層以及樁身截面尺寸的變化，對地基土體重新進(jìn)行n數(shù)量的分層，其中對第i層地基土體中的樁身再進(jìn)行m_i數(shù)量的等分，則第j小段樁身平均軸向荷載為