一种地连墙分担水平力大小的计算方法技术

本发明专利技术涉及计算地连墙分担水平力的技术领域，具体涉及一种地连墙分担水平力大小的计算方法，包括以下步骤：步骤(1)、建立地连墙有限元模型；步骤(2)、设定地连墙厚度和半径之比的范围，设定地连墙的外围土剪切系数和弹性模量的范围；步骤(3)、在步骤(2)中设定的参数范围值内，选取不同的地连墙厚度与半径的比值，选取不同的地连墙外围土剪切系数和弹性模量的值；步骤(4)、假定地连墙为圆柱薄壳，根据地连墙开挖时的弯曲微分方程得到地连墙分担的水平力比例方程。本发明专利技术能有效的、快速的解决地连墙在设计阶段对于分担水平力准确计算的问题，减少施工时的测量和估算，该方法具有计算精度和效率高的优点。

A calculation method of horizontal force shared by diaphragm wall

【技术实现步骤摘要】
一种地连墙分担水平力大小的计算方法
本专利技术涉及计算地连墙分担水平力的
，具体涉及一种地连墙分担水平力大小的计算方法。
技术介绍
在众多桥型中，拱桥具有相当重要的地位。拱桥具有线型美观、结构刚度大、跨越能力强、造价低廉等优点。拱桥的一个重要特征是上部结构对基础往往有水平推力的作用。因此，相比较于其它桥型，就需要将拱桥的基础设计得更为牢固，使其能够抵抗较大的水平推力。然而，很多时候拱桥基础天然条件并不好，就需要对基础采取相应的加固措施。随着地连墙施工工艺的成熟，其支护、加固效果好等优点逐渐显现，在拱桥基础施工中运用越来越广泛。其不但能在施工时维护开挖周围土体稳定，另一个重要的作用是在基础施工完成后能够作为基础结构的永久保护屏障。目前在地连墙的设计阶段和评价地连墙的作用时，地连墙分担水平推力的大小是大家十分关心的问题，然而并没有十分好的方法能够解决这个问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述存在的问题，提供一种地连墙分担水平力大小的计算方法，有效的、快速的解决地连墙在设计阶段对于分担水平力准确计算的问题，减少施工时的测量和估算，该方法具有需要参数少、计算精度和效率高等优点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种地连墙分担水平力大小的计算方法，包括以下步骤：步骤(1)、建立地连墙有限元模型。步骤(2)、设定地连墙厚度Td和半径Rd之比的范围，设定地连墙的外围土剪切系数和弹性模量的范围Ed。步骤(3)、在步骤(2)中设定的参数范围值内，选取不同的地连墙厚度Td与半径Rd的比值，选取不同的地连墙外围土剪切系数和弹性模量的值Ed。步骤(4)、假定地连墙和内衬为弹性体，且假定为薄壳，在轴对称薄壳中，壳体的环向应力σθ与应变εθ的公式分别表达为：其中，E为地连墙弹性模量，z为地面或开挖面以下深度，ur为地连墙径向位移，uθ为地连墙横向位移与径向位移的合位移，v为地连墙泊松比，R为地连墙半径，θ为合角，εz为力变，uz为地连墙横向位移；在轴对称条件下有uθ＝0，且筒形地连墙半径沿z方向厚度相同，则式6简化为：其中R为地连墙半径，ur为地连墙径向位移；忽略地连墙自重的影响，得到地连墙竖向应力的式子为：其中，E为地连墙弹性模量，uθ为地连墙横向位移与径向位移的合位移，v为地连墙泊松比，εz为力变；联立1-4解得地连墙应力的式子为：其中，E为地连墙弹性模量，ur为地连墙径向位移，R为地连墙半径；将式5中地连墙应力沿着地连墙指向圆心方向分解得出竖向应力，并将竖向应力和水平力进行比较，推导出地连墙分担的水平力比例的计算公式。进一步的，所述地连墙分担的水平力比例的计算公式如下：其中p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8为特征数，其值分别为：p1＝0.0178，p2＝0.0084，p3＝-0.00069，p4＝1.53，p5＝-4.26E-10，p6＝5.94，p7＝-0.6542.6，p8＝4.4。进一步的，根据壳体结构的计算方法，地连墙开挖时的弯曲微分方程由薄壳理论推导得到如下式子：在式7-9中，E为地连墙弹性模量，z为地面或开挖面以下深度，uz为地连墙横向位移，ur为地连墙径向位移，uθ为地连墙横向位移与径向位移的合位移，v为地连墙泊松比，R为地连墙半径，qr为法向荷载，为地连墙的外围土剪切系数，θ为合角，h为地连墙厚度，qz为径向荷载，qθ为合荷载；式7、式8、式9为轴对称圆柱薄壳的弯曲微分方程式，在形式上与弹性地基梁的弯曲微分方程式相同，圆柱地连墙的空间效应采用沿墙体均匀分布的弹簧模拟。进一步的，在轴对称问题中忽略重力的影响，有将式7代入式9，即可以得到在式10和11中，E为地连墙弹性模量，v为地连墙泊松比，I为地连墙单位宽度截面惯性矩；h为地连墙厚度，R为地连墙半径，ur为地连墙径向位移，qr为法向荷载，z为地面或开挖面以下深度，uz为地连墙横向位移。进一步的，所述地连墙厚度与半径的比值范围为12.00-23.00。进一步的，所述地连墙的外围土剪切系数的范围为10-30。进一步的，所述地连墙的弹性模量的范围为3.15E+04-3.25E+06MPa。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：通过式6计算出地连墙分担水平力比例，该计算结果与实际施工测量结果只有微小的差别，证明本计算公式能够应用到该地连墙分担水平力比例的计算上，本专利技术提出了确定成桥后地连墙分担拱座水平力大小的计算方法，该方法具有需要参数少、计算精度和效率高等优点；式6所需确定的参数数量少，避免在实际施工时测量多组参数，因此本专利技术具有实用性，高效性。附图说明图1为本专利技术实施例中地连墙模型的结构示意图；图2为本专利技术实施例中地连墙一面的受力分析示意图；图3为本专利技术实施例中数值计算和本专利技术得到的Rf对比图；图1-3中的附图标号为：1-地连墙，2-底板，3-内衬，4-填芯，5-帽梁，6-拱座。【具体实施方式】上述说明是针对本专利技术较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以设定本专利技术的专利申请范围，凡本专利技术所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本专利技术所涵盖专利范围。实施例结合图1-3，一种地连墙分担水平力大小的计算方法，包括以下步骤：步骤(1)、建立地连墙有限元模型，模型包括地连墙1、底板2、内衬3和填芯4，地连墙1为半圆筒体，模型的底部设有底板2，地连墙1内侧紧贴设有内衬3，模型内填充有填芯4，模型上方还设有一个拱座6，地连墙1的顶部为帽梁5。步骤(2)、设定地连墙厚度Td和半径Rd之比的范围，设定地连墙的外围土剪切系数和弹性模量的范围Ed。步骤(3)、在步骤(2)中设定的参数范围值内，选取不同的地连墙厚度Td与半径Rd的比值，选取不同的地连墙外围土剪切系数和弹性模量的值Ed。步骤(4)、假定地连墙和内衬为弹性体，且假定为薄壳，在轴对称薄壳中，壳体的环向应力σθ与应变εθ的公式分别表达为：其中，E为地连墙弹性模量，z为地面或开挖面以下深度，ur为地连墙径向位移，uθ为地连墙横向位移与径向位移的合位移，v为地连墙泊松比，R为地连墙半径，θ为合角，εz为力变，uz为地连墙横向位移；在轴对称条件下有uθ＝0，且筒形地连墙半径沿z方向厚度相同，则式6简化为：其中R为地连墙半径，ur为地连墙径向位移；忽略地连墙自重的影响，得到地连墙竖向应力的式子为：其中，E为地连墙弹性模量，uθ为地连墙横向位移与径向位移的合位移，v为地连墙泊松比，εz为力变；联立1-4解得地连墙应力的式子为：其中，E为地连墙弹性模量，ur为地连墙径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地连墙分担水平力大小的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤(1)、建立地连墙有限元模型；/n步骤(2)、设定地连墙厚度T

【技术特征摘要】
1.一种地连墙分担水平力大小的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)、建立地连墙有限元模型；
步骤(2)、设定地连墙厚度Td和半径Rd之比的范围，设定地连墙的外围土剪切系数和弹性模量的范围Ed；
步骤(3)、在步骤(2)中设定的参数范围值内，选取不同的地连墙厚度Td与半径Rd的比值，选取不同的地连墙外围土剪切系数和弹性模量的值Ed；
步骤(4)、假定地连墙和内衬为弹性体，且假定为薄壳，在轴对称薄壳中，壳体的环向应力σθ与应变εθ的公式分别表达为：






其中，E为地连墙弹性模量，z为地面或开挖面以下深度，ur为地连墙径向位移，uθ为地连墙横向位移与径向位移的合位移，v为地连墙泊松比，R为地连墙半径，θ为合角，εz为力变，uz为地连墙横向位移；
在轴对称条件下有uθ＝0，且筒形地连墙半径沿z方向厚度相同，则式6简化为：



其中R为地连墙半径，ur为地连墙径向位移；
忽略地连墙自重的影响，得到地连墙竖向应力的式子为：



其中，E为地连墙弹性模量，uθ为地连墙横向位移与径向位移的合位移，v为地连墙泊松比，εz为力变；
联立1-4解得地连墙应力的式子为：



其中，E为地连墙弹性模量，ur为地连墙径向位移，R为地连墙半径；
将式5中地连墙应力沿着地连墙指向圆心方向分解得出竖向应力，并将竖向应力和水平力进行比较，推导出地连墙分担的水平力比例的计算公式。


2.如权利要求1所述的一种地连墙分担水平力大小的计算方法，其特征在于：所述地连墙分担的水平力比例的计算公式如下：



其中p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8为特征数，其值分别为：p1＝0.0178，p2＝0.0084，p3＝-0.00069...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘采华，王华，郝天之，王伟芳，王龙林，
申请(专利权)人：广西荔玉高速公路有限公司，广西交通科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45