一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法及装置与流程

本发明设计建筑施工设计，尤其涉及一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法及装置。

背景技术：

1、目前，条形基础在桥梁工程的临建工程应用中较为广泛，在计算地基承载力时，应用的计算方法和原理也不尽相同。

2、施工现场，针对预制梁台座、存梁台座和龙门吊台座，承载力计算方法大部分采用平均值法，即将整个上部荷载平均近似地分布在基础与地基的接触面上，用近似值求得地基的承载力，但此时计算出的压强值偏大，地基承载力很难达到要求，易造成基础用料浪费，甚至会造成使用过程中的不安全。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：本发明提供一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法及装置，保证条形基础梁设计安全性的同时提高资源利用率。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法，包括：

4、基于条形基础高度、条形基础宽度和条形基础长度建立目标函数，所述目标函数用于计算出在两个集中荷载条件下条形基础梁的最小体积；

5、基于条形基础高度和条形基础宽度计算条形基础梁在两个集中荷载作用点所产生的地基反力合力来建立约束条件；

6、在满足所述约束条件下循环优化所述目标函数，以得到所述目标函数的最优解，将所述最优解作为所述条形基础梁优化后的设计方案。

7、本发明的有益效果在于：以两个集中荷载作用点产生的地基反力合力建立约束条件，避免通过平均值近似计算地基反力合力造成的压强值偏大问题，且在满足约束条件下循环优化目标函数求得最优解，将其作为条形基础梁优化后的设计方案，克服以往条形基础梁设计用料浪费问题，节约资源，提高工程施工经济性的效果。

8、可选地，所述基于条形基础高度和条形基础宽度计算条形基础梁在两个集中荷载作用点所产生的地基反力合力来建立约束条件包括：

9、根据所述条形基础宽度和所述条形基础高度得到深度修正系数；

10、基于所述深度修正系数、所述条形基础宽度和所述条形基础高度计算条件基础梁在两个集中荷载作用点所产生的地基反力合力来建立约束条件。

11、所述深度修正系数的函数公式为：

12、

13、其中，所述α为深度修正系数，所述d为条形基础高度，所述b为条形基础宽度；

14、所述约束条件为：

15、α·max{pa，pb}≤[p]

16、其中，所述p为条形基础梁的最大地基承载力，所述pa表示集中荷载作用点a所产生的地基反力合力，所述pb分别表示集中荷载作用点b所产生的地基反力合力。

17、根据上述描述可知，引入深度修正系数计算两个集中荷载作用点所产生的地基反力合力，并建立约束条件使得计算出的地基反力合力小于等于最大地基承载力，克服了以往在工程落成后未考虑地基后续沉降导致地基反力合力增大的问题，从而提高基础工程的可靠性。

18、可选地，所述在满足所述约束条件下循环优化所述目标函数包括：

19、在满足所述约束条件下和已知的条形基础长度下，对所述目标函数中的条形基础高度、条形基础宽度进行循环优化。

20、可选地，所述基于条形基础高度和条形基础宽度计算条形基础梁在两个集中荷载作用点所产生的地基反力合力包括：

21、分别以两个集中荷载作用点为原点建立第一坐标系和第二坐标系；

22、通过地基反力公式计算两个集中荷载作用点在所述第一坐标系下和所述第二坐标系下分别产生的第一地基反力和第二地基反力：

23、

24、

25、其中，所述p1i表示集中荷载作用点i在第一坐标系下所产生的第一地基反力，所述fi表示集中荷载作用点i对应的集中荷载，所述axi表示集中荷载作用点i在第一坐标系下的相关函数，p2i表示集中荷载作用点i在第二坐标系下所产生的第二地基反力，所述bxi表示集中荷载作用点i在第二坐标系下的相关函数，λ为条形基础特征系数；

26、将所述第一地基反力和对应的第二地基反力相加：

27、pi＝p1i+p2i

28、生成对应集中荷载作用点所产生的地基反力合力。

29、根据上述描述可知，分别以两个集中荷载作用点为原点建立坐标系并分别计算出对应的第一地基反力和第二地基反力，从而得到地基反力合力，保证地基反力合力计算的准确性。

30、可选地，所述条形基础特征系数的函数为：

31、

32、

33、其中，所述i表示条形基础梁断面惯性矩，ec表示条形基础梁材料弹性模量，ks表示地基抗力系数；

34、所述条形基础特征系数的函数存在约束为：

35、λl1＞π

36、λl2＞π

37、l1＜l

38、l2＜l

39、其中，所述l1表示其中一个集中荷载作用点距离条形基础梁远端的长度，l2表示另一个集中荷载作用点距离条形基础梁远端的长度。

40、所述地基抗力系数的函数为：

41、

42、其中，所述e为地基变形模量，所述v为地基下卧土层的泊松比，ic为条形基础宽度和条形基础高度构成的影响系数。

43、根据上述描述可知，在条形基础特征系数的函数公式中引入地基抗力系数，充分考虑了当地基中压缩土层较厚，土质非软弱且无明确压缩土层界限的情况下，地基土层侧向变形的影响，从而保证计算出的条形基础特征系数的准确性，进一步保证地基反力合力的准确性。

44、第二方面，本发明提供一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的装置，包括：

45、目标函数模块，用于基于条形基础高度、条形基础宽度和条形基础长度建立目标函数，所述目标函数用于计算出在两个集中荷载条件下条形基础梁的最小体积；

46、约束条件模块，用于基于条形基础高度和条形基础宽度计算条形基础梁在两个集中荷载作用点所产生的地基反力合力来建立约束条件；

47、优化模块，用于在满足所述约束条件下循环优化所述目标函数，以得到所述目标函数的最优解，将所述最优解作为所述条形基础梁优化后的设计方案。

48、所述约束条件模块包括：

49、深度系数模块，用于根据所述条形基础宽度和所述条形基础高度得到深度修正系数；基于所述深度修正系数、所述条形基础宽度和所述条形基础高度计算条件基础梁在两个集中荷载作用点所产生的地基反力合力来建立约束条件。

50、其中，第二方面所提供的一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的装置所对应的技术效果参照第一方面所提供的一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法的相关描述。

技术特征：

1.一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法，其特征在于，所述基于条形基础高度和条形基础宽度计算条形基础梁在两个集中荷载作用点所产生的地基反力合力来建立约束条件包括：

3.如权利要求2所述的一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法，其特征在于，所述深度修正系数的函数公式为：

4.如权利要求2所述的一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法，其特征在于，所述在满足所述约束条件下循环优化所述目标函数包括：

5.如权利要求1所述的一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法，其特征在于，所述基于条形基础高度和条形基础宽度计算条形基础梁在两个集中荷载作用点所产生的地基反力合力包括：

6.如权利要求5所述的一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法，其特征在于，所述条形基础特征系数的函数为：

7.如权利要求6所述的一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法，其特征在于，所述地基抗力系数的函数为：

8.一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的装置，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的装置，其特征在于，所述约束条件模块包括：

技术总结
本发明涉及一种集中荷载作用下条形基础梁优化设计的方法和装置，其中，该方法通过条形基础高度、条形基础宽度和条形基础长度建立目标函数，该目标函数是用来计算在两个集中荷载条件下条形基础梁的最小体积，通过条形基础高度和条形基础宽度计算在两个集中荷载作用点所产生的地基反力合力从而建立约束条件，在满足约束条件下循环优化目标函数，求得目标函数的最优解，将其作为条形基础梁优化后的设计方案。由此，本发明以两个集中荷载作用点产生的地基反力合力建立约束条件，避免通过平均值近似计算地基反力合力造成压强值偏大，且在满足约束条件下循环优化目标函数求得最优解，将其作为条形基础梁优化后的设计方案，避免用料浪费，提高经济性。

技术研发人员：吕娜,何奔,潘生贵,王振宇,曾旭明,姚晨曦,姜贞强,罗金平,李炜,王滨,郑有强,熊根,石锐龙,赖踊卿,郑伟军,吴新云
受保护的技术使用者：华东勘测设计院（福建）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16