一种基于CAE仿真模型的吊机支撑计算方法技术

本发明专利技术涉及一种基于CAE仿真模型的吊机支撑计算方法，属于土木工程技术领域。该方法主要由建立加固地基的单桩计算机仿真模型、地基有效判定及载荷调整、建立加固地基的桩板单元计算机仿真模型、加固板有效判定及跨度调整四大步骤组成。该方法首先通过单桩计算机仿真模型确定单桩极限载荷值P

【技术实现步骤摘要】
一种基于CAE仿真模型的吊机支撑计算方法


[0001]本专利技术涉及一种基于CAE仿真模型的吊机支撑计算方法，属于土木工程


技术介绍

[0002]地下工程的施工中钢筋笼的吊装是地连墙施工的重要一环。钢筋笼的特点之一是：跨度大、整体重量大，因此吊机吊装钢筋笼时支撑吊机的地基承受了很大的压力。由于地基土壤的承载能力比较薄弱，往往难以承受吊机的重量，容易产生吊机倾覆的危险。这就要求对吊机地基进行合理加固，而地基的具体加固方案需要准确有效的计算方法。
[0003]现有的专利提到的地基加固方法中，大部分是给出了结构上的改进措施，几乎没有通过对实际载荷以及土壤抗剪强度的分析得到最理想的地基加固方法。例如，专利申请号为CN2019112676376，名称为《一种地基加固方法》的专利申请公开文本中，介绍了一个加固地基的流程，其中提到了在预加固表面钻设多个竖直填埋孔，这些孔按照设定的间距成行成列布置，但是此专利中没有提到如何设定这个间距以及孔的深度，没有给出加固是否能达到要求的判定标准。同样的，专利申请号为CN2020115625171，名称为《桥梁地基加固方法》的专利申请公开文件中，提到了一种对桥梁地基的加固方法，也是直接给出了预埋孔的宽度与深度，并没有给出如何取得最合理的数据的方法。专利申请号为CN202110599297.8，名称为《一种基于数值模拟的桩承式路堤多层加筋体加固技术》的专利申请公开文件中，给出了一种基于ABAQUS的桩承式路堤多层加筋体加固技术，利用ABAQUS对模型进行仿真之后，根据应力应变规律来修改加筋体的强度等级，此方法重点是利用仿真来优化桩体。而本专利是根据实际的载荷以及实际土壤情况，建立二个不同的加固模型并仿真计算，根据土的抗剪强度理论及材料的强度理论对仿真数据进行处理，从而得到地基加固的桩与板的有关参数。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于CAE仿真模型的吊机支撑计算方法，一种针对钢筋笼吊装所需的加固地基的必要支撑的计算，适用于不同规格、起吊不同重量钢筋笼的吊机基础加固计算的需求。
[0005]本专利技术的技术方案如下：一种基于CAE仿真模型的吊机支撑计算方法，该方法用于在设计支撑吊机的桩板加固地基时确定加固桩的合理跨度，其特征在于，包括如下步骤：（a）建立加固地基的单桩计算机仿真模型，通过仿真分析得到模型中地基土壤在预设初始载荷下的最大剪切应力值τ
max
；（b）应用地基有效判定准则，判定模型的地基土壤承载能力是否有效。如果判定结果为失效，则减小载荷，重复计算，直到判定结果为有效；如果判定结果为有效，则增大载荷，重复计算，直到判定结果为失效，取最大有效载荷作为土壤能够承载的单桩极限载荷值P
lim
；
（c）根据吊机（含起吊钢筋笼）重量W、履带着地面积S、及土壤能够承受的单桩极限载荷值P
lim
，计算加固板最大允许跨度值L
max
；以加固板最大充许跨度建立加固地基的桩板单元计算机仿真模型，根据吊机重量W和吊机的履带着地面积S，确定模型的加固板应当承受的均匀载荷P
a
（吊机重量W均匀分布在履带着地面积S上对加固板表面形成的载荷）的大小；然后通过仿真分析得到模型中加固板在均匀载荷下的最大主应力值σ
max
；（d）应用加固板有效判定准则，判定模型的加固板支撑能力是否有效，如果判定结果为失效，则减小跨度，重复计算，直到判定结果为有效，取最大有效跨度作为加固板的合理跨度L
y
。
[0006]进一步地，步骤（a）具体包括如下子步骤：（a
‑
1）建立包含地基土壤与加固桩的单桩计算机仿真模型，模型由一根加固桩、位于加固桩顶部的一块正方形加固板、位于正方形加固板下方围绕加固桩的地基土壤组成；其中加固桩的截面尺寸、埋入土壤的深度、加固板厚度由初步设计给出，当设计的加固桩为非圆柱形时，将其等效成截面相等的圆柱形，正方形加固板的边长sd等于加固桩直径jR；地基土壤的尺寸取横向尺寸大于加固板尺寸的2~3倍、纵向尺寸大于加固桩埋入深度的2~3倍；模型的约束方式为土壤四周和底部固定，与桩接触的面按力学接触模型定义，模型的预计初始载荷P0依据吊机重量W的10~15分之一均匀施加到正方形加固板上为前提，按公式P0=W/nsd2计算得出，式中，n=10~15；（a
‑
2）对步骤（a
‑
1）建立的模型进行非线性有限元静力分析，在分析结果中取土壤中的最大剪切应力值τ
max
。
[0007]进一步地，步骤（b）具体包括如下子步骤：（b
‑
1）地基有效判定准则用不等式（一）：τ
max
≤ [τ0]表示，式中[τ0]为地基土壤极限承载力；最大剪切应力的值满足不等式（一）时，表示地基土壤承载能力有效，否则表示地基土壤承载能力失效；（b
‑
2）将步骤（a
‑
2）取得的应力值τ
max
应用到不等式（一）有效判定准则中进行判定，如果在初始载荷P0下最大剪切应力的值满足不等式（一），则增加载荷，重复步骤（a
‑
2），直到不满足不等式；如果在初始载荷P0下最大剪切应力的值不满足不等式（一），则减小载荷，重复步骤（a
‑
3），直到满足不等式（一），取满足不等式的最大载荷作为地基土壤能够承受的单桩的极限载荷值P
lim
。
[0008]增减载荷的幅度可以是一个固定值，例如0.1MPa、0.5MPa等，该值越小，最后获得的单桩的极限载荷值越优，但是需要重复分析模型的次数也会越多。也可以根据分析结果与地基土壤极限承载力之间的差距大小进行估计，当差距较大时，选择一个较大的增减幅度。如果差距较小，则选择一个较小的增减幅度。
[0009]进一步地，步骤（c）具体包括如下子步骤：（c
‑
1）建立包含地基土壤、加固桩和加固板的桩板单元计算机仿真模型，由两根加固桩、位于加固桩顶部的一块长方形加固板、位于长方形加固板下方围绕加固桩的地基土壤组成；加固桩的尺寸及加固板厚度同步骤（a
‑
1），加固板的宽度rd等于加固板的跨度L，长度rl等于宽度rd的两倍，加固板跨度L的初始值为加固板最大允许跨度L
max
；取满足公式msd2P
lim
>W的m的最小整数值，加固板最大允许跨度L
max
按公式L
max
=(S/m)
1/2
计算得出；地基土壤的尺寸取横向尺寸大于加固板尺寸的2~3倍、纵向尺寸大于桩埋入深度的2~3倍；模型
的约束方式为土壤四周和底部固定，土壤与桩、板接触的面按力学接触模型定义，模型的载荷取加固板应当承受的均匀载荷P
a
，按公式P
a
=W/S计算得出；（c
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CAE仿真模型的吊机支撑计算方法，该方法用于在设计支撑吊机的桩板加固地基时确定加固桩的合理跨度，其特征在于，包括如下步骤：（a）建立加固地基的单桩计算机仿真模型，通过仿真分析得到模型中地基土壤在预设初始载荷下的最大剪切应力值τ
max
；（b）应用地基有效判定准则，判定模型的地基土壤承载能力是否有效，如果判定结果为失效，则按设定幅度减小载荷，重复计算，直到判定结果为有效；如果判定结果为有效，则按设定幅度增大载荷，重复计算，直到判定结果为失效；取最大有效载荷作为土壤能够承载的单桩极限载荷值P
lim
；（c）根据吊机重量W、履带着地面积S、及土壤能够承受的单桩极限载荷值P
lim
，计算加固板最大允许跨度值L
max
；以加固板最大允许跨度建立加固地基的桩板单元计算机仿真模型，根据吊机重量W和吊机的履带着地面积S，确定模型的加固板应当承受的均匀载荷P
a
的大小；然后通过仿真分析得到模型中加固板在均匀载荷下的最大主应力值σ
max
；（d）应用加固板有效判定准则，判定模型的加固板支撑能力是否有效，如果判定结果为失效，则按设定幅度减小跨度，重复计算，直到判定结果为有效，取最大有效跨度作为加固板的合理跨度L
y
。2.根据权利要求1所述的基于CAE仿真模型的吊机支撑计算方法，其特征在于，步骤（a）包括如下子步骤：（a
‑
1）建立包含地基土壤与加固桩的单桩计算机仿真模型，模型由一根加固桩、位于加固桩顶部的一块正方形加固板、位于正方形加固板下方围绕加固桩的地基土壤组成；其中加固桩的截面尺寸、埋入土壤的深度、加固板厚度由初步设计给出，，正方形加固板的边长sd等于加固桩直径jR；地基土壤的尺寸取横向尺寸大于加固板尺寸的2~3倍、纵向尺寸大于加固桩埋入深度的2~3倍；模型的约束方式为土壤四周和底部固定，与桩接触的面按力学接触模型定义，模型的预计初始载荷P0依据吊机重量W的6~15分之一均匀施加到正方形加固板上为前提，按公式P0=W/nsd2计算得出，式中，n=6~15；（a
‑
2）对步骤（a
‑
1）建立的模型进行非线性有限元静力分析，在分析结果中取土壤中的最大剪切应力值τ
max
。3.根据权利要求2所述的基于CAE仿真模型的吊机支撑计算方法，其特征在于，步骤（b）包括如下子步骤：（b
‑
1）地基有效判定准则用不等式（一）：τ
max
≤ [τ0]表示，式中[τ0]为地基土壤极限承载力；最大剪切应力的值满足不等式（一）时，表示地基土壤承载能力有效，否则表示地基土壤承载能力失效；（b
‑
2）将步骤（a
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁元水，褚义超，鲍卫卫，赵祎宸，蔡伟，韩恒信，
申请(专利权)人：浙江土工岩土科技有限公司，
类型：发明
国别省市：