基于扩底抗拔桩的优化模型的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于扩底抗拔桩的优化模型的分析方法，包括如下步骤：首先应用最优化理论的遗传算法基本思路，建立抗拔桩优化目标函数以及约束条件，得到扩底抗拔桩的优化数学模型。通过自编程序，计算得到变量的优化取值，从而实现了扩底抗拔桩既满足安全又经济最优化目标。结果表明：对同一个实际工程，与原设计相比，本发明专利技术的优化模型得到的结果减少了扩底抗拔桩的数量，工程造价减少了23％。

【技术实现步骤摘要】
基于扩底抗拔桩的优化模型的分析方法
本专利技术属于岩土工程
，具体涉及一种用于扩底抗拔桩的优化计算分析模型。
技术介绍
随着对城市地下空间的大力开发，城市地下建筑和构筑物的研究和分析无法满足现阶段地下建筑发展所需求的工程标准的矛盾越发突出。其中如何有效防止水浮力对地下建筑物和构筑物产生不利影响成为了学术界研究的热点方向，而抗拔桩作为减少水浮力对地下建筑影响的有效措施，得到了广泛的应用。由于扩底抗拔桩具有较大的竖向抗拔承载力水平，国内外学者有关于扩径体和桩周土体之间的相互作用效应进行了大量的数值模拟和试验分析，结论表明扩径体能有效改善抗拔桩的抗拔承载性能。随着抗拔桩在桩基工程中的应用逐渐普遍，合理设计抗拔桩成为土木工程中的重要问题。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于扩底抗拔桩的优化模型的分析方法，使扩底抗拔桩最优化，能在工程中有效应用和推广。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用如下构思：本专利技术在深入研究抗拔桩与桩周土之间作用机理的基础上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于扩底抗拔桩的优化模型的分析方法，其特征在于：所述分析方法步骤如下：/n1)通过结合优化设计理论，桩基工程中以工程造价最小为目标期望的数学函数模型表达式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于扩底抗拔桩的优化模型的分析方法，其特征在于：所述分析方法步骤如下：
1)通过结合优化设计理论，桩基工程中以工程造价最小为目标期望的数学函数模型表达式为：



式中，Q(xi)为抗拔桩的工程造价；xi为抗拔桩的相关参数约束条件；
单根抗拔桩工程造价的主要组成部分是桩身混凝土用量、桩身钢筋用量和抗拔桩桩孔开挖量；把抗拔桩桩基工程造价作为目标期望函数，则工程造价的目标期望函数表达为以下几项：
①确定桩身混凝土用量：



式中：
Qc为单根扩底抗拔桩桩身的混凝土造价；
Cc为桩身混凝土单价；
As为扩底抗拔桩受力主筋的最大截面面积；
D为扩底抗拔桩扩底截面的最大直径；
d为扩底抗拔桩等截面的直径；
L1为扩底抗拔桩等截面部分的桩长；
L2为为扩底抗拔桩扩底部分的桩长；
②确定桩身钢筋用量：
由于考虑到抗拔桩桩身的主筋以及相关的构造钢筋，而主筋容易通过计算分析得到，相关的构造钢筋可通过引入一个增大参数α，用增大参数和主筋用量的乘积来近似代替，则抗拔桩桩身的钢筋用量表达为：



式中：
Qs为单根抗拔桩桩身的钢筋造价；
Cs为抗拔桩桩身受力主筋单价；
d1为抗拔桩受力主筋的等效直径，
n为抗拔桩桩身配筋直径的种数；
di为抗拔桩桩身第i种钢筋的直径大小；
α为增大参数；
g为抗拔桩主筋的公称质量；
③确定钻孔灌注桩机械钻孔工程量造价：



式中：
Qt为单根钻孔灌注桩桩身钻孔的综合造价；
Ct为抗拔桩机械钻孔的开挖土单价；
由此，得到以抗拔桩造价为目标函数的数学表达式为：



上式为单根扩底抗拔桩工程造价的数学表达式，则整个桩基工程的总成本造价为：



式中：
S为抗拔桩的桩间距；
AP为抗拔桩工程的总面积；
2)确定抗拔桩优化的目标期望函数的约束条件如下：
(1)确定抗拔桩的设计变量：
抗拔桩作为减少水浮力对地下建筑物影响的措施，应用到实际工程中，在满足规范要求下，对各个设计变量的最佳选择和取值，是结构满足安全性、可靠性和经济性指标的有效途径；
工程中的抗拔桩大部分采用抗拔群桩的形式，描述扩底抗拔群桩的设计变量主要包括：抗拔桩受力主筋的最大截面面积As、桩侧土摩阻力加权平均值非扩底部分桩的长径比L1/d、桩身直径之比D/d、扩底部分桩身直径D、扩底部分桩长L2以及扩底抗拔群桩的桩间距S；
令非扩底部分桩的长径比L1/d＝β，桩身直径之比D/d＝λ，则以抗拔桩造价为目标期望函数的数学表达式可以转化为：



(2)确定抗拔桩设计变量的约束条件：
纵向受力钢筋的最小配筋率应满足下式：



ρmin为纵向受力钢筋的最小配筋率，轴心受拉构件的受拉钢筋ρmin取0.2和45ft/fy中的较大值；

【专利技术属性】
技术研发人员：姚文娟，肖路，顾毛亮，程泽坤，赵正山，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31