[發(fā)明專利]基于雙參數(shù)地基模型的樁基屈曲臨界荷載解析解分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010180939.6
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN111382517A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚文娟;王雪明;顧毛亮;程澤坤;顧文胤
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/13;E02D33/00;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發(fā)明公開了一種基于雙參數(shù)地基模型的樁基屈曲臨界荷載解析解分析方法。針對大跨橋、高樁碼頭等超長樁自由段過長、長細(xì)比過大時(shí)易發(fā)生屈曲破壞的特點(diǎn)，根據(jù)雙參數(shù)地基模型模擬樁周土的約束作用，建立樁土體系總勢能泛函，根據(jù)勢能駐值原理和變分法，得到樁基屈曲臨界荷載解析解，為預(yù)防因超長樁屈曲破壞引發(fā)工程事故提供可靠的理論依據(jù)。本發(fā)明充分考慮了地基土的反力模量和剪切模量，并考慮樁基自重，建立樁土體系總勢能泛函，根據(jù)勢能駐值原理和變分法，得到樁基屈曲臨界荷載解析解。通過與算例的結(jié)果對比，選用雙參數(shù)地基模型得到的解析結(jié)果與試樁試驗(yàn)結(jié)果吻合度高，說明本發(fā)明模型能有效反映樁基屈曲時(shí)樁周土的實(shí)際受力特性和約束作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土工程領(lǐng)域，涉及樁基工程技術(shù)，具體涉及一種基于雙參數(shù)地基模型的樁基屈曲臨界荷載解析解計(jì)算方法。

背景技術(shù)

超長嵌巖樁不僅被廣泛應(yīng)用于超高層建筑，大量的高速公路、鐵路橋、高樁碼頭等也都選用樁基作為其基礎(chǔ)形式。但受到山區(qū)特殊地形地貌和水文地質(zhì)環(huán)境的影響，很多路段不得不采用高架橋的形式穿越河流及峽谷，往往造成基樁自由段長度過長，當(dāng)樁周土體軟弱或易液化時(shí)，置于巖層上部的基樁猶如細(xì)長桿件，易產(chǎn)生屈曲失穩(wěn)破壞，這種破壞往往發(fā)生突然，且后果嚴(yán)重。目前的研究在計(jì)算基樁的屈曲穩(wěn)定問題時(shí)，大都假設(shè)土體為Winkler彈性地基，即認(rèn)為地基表面任意一點(diǎn)的壓力p與該點(diǎn)的位移ω成正比，與其他點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)，其本質(zhì)就是將地基簡化為由許多互不影響且相互獨(dú)立的線彈性彈簧構(gòu)成。該法求解過程簡單，適用于抗剪強(qiáng)度很低的土體或基底下塑性區(qū)相對較大的地基，但對于剪切剛度較大的土體仍使用該法進(jìn)行計(jì)算，則會(huì)產(chǎn)生較大誤差，且Winkler地基模型無法考慮應(yīng)力的擴(kuò)散和變形，因此該理論在實(shí)際應(yīng)用中存在著較大的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種基于雙參數(shù)地基模型的樁基屈曲臨界荷載解析解分析方法，建立樁土體系總勢能泛函，根據(jù)勢能駐值原理和變分法，得到樁基屈曲臨界荷載解析解，解析結(jié)果與試樁試驗(yàn)結(jié)果吻合度高，有效反映樁基屈曲時(shí)樁周土的實(shí)際受力特性和約束作用。

為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：

雙參數(shù)地基模型針對以上理論缺陷，采用了兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)來反映地基土的特性，考慮了彈簧間的剪切作用和地基土的連續(xù)性，比Winkler地基模型更加符合土體實(shí)際的變形特性。該方法充分考慮了地基土的反力模量和剪切模量，同時(shí)考慮樁基自重，建立樁土體系總勢能泛函，根據(jù)勢能駐值原理和變分法，得到樁基屈曲臨界荷載解析解。通過與算例的結(jié)果對比，本發(fā)明選用雙參數(shù)地基模型得到的解析結(jié)果與試樁試驗(yàn)結(jié)果吻合度高，說明本發(fā)明模型能有效的反映樁基屈曲時(shí)樁周土的實(shí)際受力特性和約束作用，以解決了上述背景技術(shù)中的問題。

根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于雙參數(shù)地基模型的樁基屈曲臨界荷載解析解分析方法，所述分析方法包括如下步驟：

a)基于雙參數(shù)地基模型，提出樁基屈曲臨界荷載解析解分析方法：

根據(jù)Pasternak雙參數(shù)地基模型，二維平面應(yīng)變條件下的樁身撓曲微分方程表示如下：

EI為樁截面的抗彎剛度；

y為樁身任一點(diǎn)的撓度；

Gp為地基土的剪切剛度；

K為地基反力模量；

B為樁身的計(jì)算寬度；

對于工程中常見的圓形截面樁：當(dāng)樁直徑d≤1m時(shí)，B＝0.9(0.5+1.5d)；當(dāng)樁直徑d＞1m時(shí)，B＝0.9(1+d)；當(dāng)令上式中的Gp為零時(shí)，該模型即退化為Winkler地基模型；