附加有限刚度梁的桩基基础的竖向承载力实用计算方法

本发明属于桩基基础结构领域，尤其涉及一种附加有限刚度梁的桩基基础的竖向承载力实用计算方法，主要在于应用桩基基础的工程领域，包括建筑工程、桥梁工程等。

背景技术：

1、随着我国社会经济的发展，超级工程不断涌现，这些工程往往需要很高的基础承载力并要严格控制沉降。传统的桩基存在材料利用率不高、承载力偏小等不足，特别对于在厚覆盖层和大跨度桥梁的传统基础，长细比严重失调。因此，亟待开展大型桥梁基础形式、设计理论及施工技术创新与应用。

2、一种附加有限刚度梁的桩基基础是一种桩基结构型式，桩基基础结构的竖向承载力计算是桩基础设计的关键。基于仿生学原理，采用配套研发的多头顶进装置将预制有限刚度梁挤扩到周边土体中，在基础上“嫁接”水平向的钢筋混凝土有限刚度梁，有限刚度梁可将荷载有效的传递到土体，由此提高基础的稳定性和承载力。附加有限刚度梁的桩基施工时，在预制的钢筋笼上预留孔洞，钢筋笼下放后使用专门的设备将预制好的有限刚度梁顶入土体中，最后浇筑桩身混凝土，完成附加有限刚度梁的桩基基础施工。

3、关于传统桩基竖向承载力的计算方法已经趋于成熟，但附加有限刚度梁的桩基基础作为一种基础结构型式，目前尚未形成完善的竖向承载力实用计算方法。

技术实现思路

1、本发明为克服现有技术的不足之处，提供一种附加有限刚度梁的桩基基础的竖向承载力实用计算方法，以期能通过参数来确定桩基基础竖向承载力，有助于桩基基础设计的规范化和标准化，从而为桩基基础竖向承载力提供理论基础，以推广该桩基基础的运用。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种附加有限刚度梁的桩基基础的竖向承载力实用计算方法的特点在于，包括以下步骤：

4、步骤1、获得桩基基础的参数，包括：桩基础主井外直径d；有限刚度梁层数ηg；每层有限刚度梁的布置数量mg；有限刚度梁宽度bg；有限刚度梁长度lg；有限刚度梁高度hg；相邻层有限刚度梁之间距离sg；清底系数m0；修正系数λ；容许承载力随深度的修正系数k2；基底和有限刚度梁在第j层的埋置深度hj；

5、获得土体参数包括：桩基基础所在的土的层数n；承台底面或局部冲刷线到桩端的第i层土层厚度li；从第一层有限刚度梁到最后一层有限刚度梁分为j层土，土层厚度lj；与第i层土层厚度li对应的土层与沉井侧壁的摩阻力标准值qik；与第j层土层厚度lj对应的土层与有限刚度梁侧面的摩阻力标准值qkj；第j层土有限刚度梁底面土的承载力基本容许值记为faj；桩端、支端和盘端以上各土层的加权平均重度γ2；

6、步骤2、利用式(1)获得第j层土桩基基础有限刚度梁底面土的承载力容许值qrj；

7、qrj＝m0λ[faj+k2γ2(hj-3)]                 (1)

8、利用式(2)获得桩基基础的有限刚度梁的相互影响效应系数ηg；

9、

10、式(2)中，z为相邻层有限刚度梁之间距离与有限刚度梁高度的阈值，x0，x1，x2，x3，x4，x5为五个相关系数；

11、步骤3、若附加有限刚度梁的桩基基础的底部承载力与总承载力容许值的比值小于阈值ξ时，则执行步骤4；否则，执行步骤5；

12、步骤4、利用式(3)获得附加有限刚度梁桩基的底部承载力特征值qp：

13、

14、式(3)中，qr表示基底处土的承载力容许值，并由式(4)得到；

15、qr＝m0λ[faj+k2r2(hj-3)]           (4)

16、步骤5、利用式(5)获得附加有限刚度梁桩基的底部承载力特征值qb：

17、

18、式(5)中，e0为土层的弹性模量，r为基础底面的特征尺度，对于圆形底面，r为直径，对于方形底面，则r为边长，δ为基础底面的竖向位移，c1、c2为两个常数，η1为井底形状效应系数，f为通过弹塑性数值模拟得出的函数；

19、步骤6、利用式(6)和式(7)分别获得第i层土层桩身侧壁摩阻力容许值qsi和第j层有限刚度梁的侧面摩阻力容许值qgsj：

20、qsi＝α1uqiklid                      (6)

21、qgsj＝α1·(α2mglgηgqkj)                 (7)

22、式(6)和式(7)中，α1、α2为相关比例系数；u表示主桩桩身周长；

23、步骤7、利用式(8)获得第j层有限刚度梁的底面摩阻力容许值qgpj：

24、qgpj＝mgbglgηgqrj                      (8)

25、步骤8、利用式(9)获得附加有限刚度梁的桩基基础的竖向受压承载力容许值ra：

26、

27、本发明所述一种附加有限刚度梁的桩基基础的竖向承载力实用计算方法的特点也在于，当附加有限刚度梁的桩基基础的底部承载力与总承载力容许值的比值大于阈值ξ时，若基础直径不大于阈值σ，基础底部的影响范围在同一土层时，利用式(10)计算qb；若基础特征尺度大于阈值σ，且基础底部的影响范围涵盖多种土层时，利用式(11)计算qb：

28、

29、

30、式(10)和式(11)中，σ表示圆形桩的桩径阈值；b1、b2、t为计算基础底部的承载力的三个相关系数；c1为土层内摩擦角。

31、本发明一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述竖向承载力实用计算方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

32、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序的特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述竖向承载力实用计算方法的步骤。

33、由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

34、1.本发明结合多根附加有限刚度梁的桩基基础试桩成果考虑了桩基基础底部承载力在不同情况下将分为两类情况，其中对底部承载力承担比例大于阈值的情况进行量纲分析，由此给出一般通式，进一步的将通式中的函数进行弹塑性数值模拟，分别得出了不同条件下的附加有限刚度梁桩基基础的底部承载力简化计算公式。同时，对不同土层的桩身侧摩阻力、有限刚度梁侧摩阻力以及有限刚度梁底面承载力进行受力分析，累加不同土层力的特征值后得到附加有限刚度梁桩基基础的整体竖向承载力。最后，将四部分力叠加可计算出附加有限刚度梁桩基基础的竖向承载力。其中，计算参数仅包括基本的桩基、土体、荷载和有限刚度梁等，均为容易获取的参数，竖向土抗力计算属于桩基工程的推荐计算方法，与现有方案相比，本发明用到的计算参数与计算理论为桩基基础设计常用，具有较强的工程适用性，得到的结果更加契合桩基工程实际。

35、2.本发明竖向承载力计算方法，适用于系列桩基基础结构，包括一种附加有限刚度梁的桩基基础、一种附加有限刚度梁的沉管桩基础和一种附加有限刚度梁的沉井基础。根据不同的工程地质条件可选择不同的桩基基础结构类型，桩体和土体参数可相应调整，该理论计算方法具有较强的工程实用性。

36、3.本发明考虑了一种附加有限刚度梁的桩基基础的有限刚度梁位置与形状是可变化的，符合工程实际。根据不同的工程条件，有限刚度梁得到不同的竖向承载力特征值，具有实际应用价值。

37、4、传统桩基础分析的主要方法有弹性理论法、剪切位移法和其他一些经验方法。但是弹性理论法和剪切位移法都不能计算变截面基础；而本发明方法以荷载传递关系，根据桩身变形与桩侧土变形协调关系，通过迭代求解来确定附加有限刚度梁的桩基基础竖向承载力。该方法相对于解析计算方法简单明确，方便附加有限刚度梁的桩基基础承载力的初步分析，有助于附加有限刚度梁的桩基基础设计的规范化和标准化，从而为附加有限刚度梁的桩基基础竖向承载力提供理论基础，以推广该桩基基础的运用。