[發明專利]一種剛架樁內力及位移設計計算方法

有效

• 申請號: 201810632827.2
• 申請日: 2018-06-20
• 公開（公告）號: CN108846212B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 安孟康;鄭靜
• 申請（專利權）人: 中鐵西北科學研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 周立新

一種剛架樁內力及位移設計計算方法，按照結構計算位移方法將剛架樁結構按結點拆分為結點端頭約束的多根桿件；各桿件作為模塊進行分析，用數值方法計算桿件在特定地層力學參數、荷載作用條件下約束端產生單位位移時的桿端反力和桿件單元節點位移值，再根據結構分析的位移方法，以桿端位移為未知數，根據結構結點彎矩和剪力平衡條件計算桿端位移，將得到的位移與約束端產生單位位移時的桿件單元節點的位移值相乘并求代數和，得各桿件單元節點位移，將其代到桿件彎矩?撓度差分表達式、剪力?撓度差分表達式，計算結構內力。該設計計算方法具有很強的通用性；模塊化的處理，使生成的剛架樁結構的剛度矩陣維數大大降低，提高了計算的效率。

技術領域

本發明屬于抗滑結構技術領域，涉及一種剛架樁內力及位移設計計算方法。

背景技術

抗滑結構，包括剛架樁以及微型樁組合結構等，可利用基于彈性地基梁的地下剛架位移方法進行內力及變形分析，該方法簡單實用，原理明確，可以較好的分析小變形條件下抗滑結構的內力和變形，在一定程度滿足結構設計的需要。但是，該方法假定樁體上地基系數為固定值，按照抗滑結構的變形規律，一般頂部位移最大，導致結構頂部的地基反力最大，不盡合理。

采用彈性地基梁的m法或C法，假定地基系數隨地層深度線性增加或按照冪指數變化，可以解決這個問題。基于彈性地基梁的m法和C法，則樁身的撓度方程為：

其中：y是樁身撓度；k為地基系數；m為地基系數沿地層深度的變化系數；c為地基系數沿地層深度變化的冪指數，??=1，則為m法，地基系數沿樁深度成線性增加；c=1/2，為C法，地基系數隨著樁深度按照分數指數變化；q(x)為作用于樁上的分布荷載。

但是，查找以上微分方程的解析解發現，該方程沒有解析解，不能按照已有的地下剛架位移方法進行求解，需要尋找新的解決辦法。

當然，可以采用有限差分法或桿件有限單元法對結構進行整體分析計算。對于普通抗滑樁，可以方便的采用數值方法進行分析；然而對于雙排、三排及多排結構的剛架樁，如果采用差分法對整個結構進行分析，則由于要考慮諸如不同分布荷載、不同地層的地基系數以及地基系數的變化系數以及各段的長度不同等諸多情況，建立的模型將缺乏通用性或十分復雜。針對雙排或三排及多排結構的剛架樁，如何進行求解，同時，又兼顧所建立模型的通用性和減少計算的復雜性，是建立該類組合抗滑結構設計計算方法的關鍵。。

發明內容

本發明的目的是提供一種承受水平荷載的雙排、三排及多排剛架樁內力及位移設計計算方法，該方法概念清晰、簡便實用。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種剛架樁內力及位移設計計算方法，按照結構計算的位移方法，將剛架樁結構按照結點拆分為結點端頭約束的多根桿件；將各桿件作為模塊進行分析，利用數值方法計算桿件在特定地層力學參數、荷載作用條件下，約束端產生單位位移時的桿端反力和桿件單元節點的位移值，然后根據結構分析的位移方法，以桿端位移為未知數，根據結構結點彎矩和剪力平衡條件，計算桿端位移，將得到的位移與約束端產生單位位移時的桿件單元節點的位移值相乘并求代數和，得到各桿件單元節點位移，再將其代到桿件彎矩-撓度的差分表達式、剪力-撓度的差分表達式，計算結構的內力。

本發明設計計算方法與采用有限差分法和有限單元法等數值方法對結構整體進行分析相比較，概念清晰而且方便實現，實現了模塊化組合，降低計算的復雜性。

如采用有限差分法或有限單元法等數值方法對承受水平荷載的剛架樁進行分析計算，需要依順序進行單元編號，然后進行微分方程離散化或選擇單元擬合函數，以建立剛度矩陣，再結合邊界條件進行位移等的計算。如果樁長或荷載、地基系數等條件發生變化，需要重新進行編號，并進行邊界位置的換算，所以通用性差，比較復雜。