一种桩基竖向承载性状分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种桩基竖向承载性状分析方法及系统，所述方法包括：按照土层分布标高将桩基从上至下划分出n个节点；确定土层侧摩阻力τ与桩土相对位移s的关系；确定桩底土体应力σ与桩土相对位移s的关系；构建桩基竖向承载力分析模型；计算桩基载荷；计算桩身刚度矩阵；将桩基载荷、桩身刚度矩阵代入桩基竖向承载力分析模型得到桩土相对位移，绘制桩基载荷与桩土相对位移之间的桩基荷载沉降P

【技术实现步骤摘要】
一种桩基竖向承载性状分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及路桥工程
，更具体涉及一种桩基竖向承载性状分析方法及系统。

技术介绍

[0002]现行行业规范《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG 3363—2019)公式6.3.3
‑
1和6.3.3
‑
2给出了钻(挖)孔灌注桩竖向受压承载力容许值计算方法，该法简单实用，但过于粗糙，没有给出桩基沉降计算方法。
[0003]中国专利公开号CN108509755A公开了基于高应变测试数据的管桩竖向承载力分析方法及系统，其计算出桩侧阻力和桩端阻力，将所述桩侧阻力和桩端阻力作用于管桩单元各结点，根据作用结果绘制待分析管桩的Q
‑
S曲线，Q是桩顶载荷，S是桩基沉降量，并根据Q
‑
S曲线特征确定所述待分析管桩的极限承载力，输出待分析管桩承载力性状分析结果。其能够基于Q
‑
S曲线特征确定桩基不同竖向极限承载力和不同荷载下桩基沉降量，但是Q
‑
S曲线的获取过程复杂，需要先计算出桩侧阻力和桩端阻力，然后将所述桩侧阻力和桩端阻力作用于管桩单元各结点，根据作用结果得出Q
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S曲线，计算过程复杂，且需要现场实验将所述桩侧阻力和桩端阻力作用于管桩单元各结点，操作复杂，效率低下。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术桩基竖向承载性状分析方法计算过程复杂，效率低下的问题。
[0005]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种桩基竖向承载性状分析方法，所述方法包括：
[0006]步骤a：根据地质柱状图确定桩基所处地质土层分布情况，按照土层分布标高将桩基从上至下划分出n个节点；
[0007]步骤b：根据地质勘探资料确定土层侧摩阻力τ与桩土相对位移s的关系；
[0008]步骤c：根据地质勘探资料确定桩底土体应力σ与桩土相对位移s的关系；
[0009]步骤d：根据各节点下桩基载荷、桩身刚度矩阵以及桩土相对位移构建桩基竖向承载力分析模型；
[0010]步骤e：根据桩基各节点的相关参数、土层侧摩阻力τ与桩土相对位移s的关系以及桩底土体应力σ与桩土相对位移s的关系计算桩基载荷；
[0011]步骤f：计算桩身刚度矩阵；
[0012]步骤g：将桩基载荷、桩身刚度矩阵代入桩基竖向承载力分析模型得到桩土相对位移，绘制桩基载荷与桩土相对位移之间的桩基荷载沉降P
‑
S曲线，根据P
‑
S曲线获取桩基允许沉降值对应的桩基承载力。
[0013]有益效果：本专利技术构建桩基竖向承载力分析模型，根据桩基各节点的相关参数、土层侧摩阻力τ与桩土相对位移s的关系以及桩底土体应力σ与桩土相对位移s的关系计算桩
基载荷并计算桩身刚度矩阵，然后代入模型得出计算结果，整个计算过程相对简单，且不需要进行现场实验获取数据，只需要根据已有资料进行相关计算即可，操作简单，效率高。
[0014]进一步地，所述步骤d包括：
[0015]通过公式[P]＝[K][S]构建桩基竖向承载力分析模型，其中，[P]表示节点荷载矩阵，[K]表示桩身刚度矩阵，[S]表示节点位移矩阵；
[0016]桩基竖向承载力分析模型变形为
[0017][0018]其中，P
n+1
表示第n+1个节点处桩基载荷，S
n+1
表示第n+1个节点处桩土相对位移。
[0019]更进一步地，所述步骤e包括：
[0020]通过以下公式计算各节点下桩基的荷载
[0021][0022]P
n+1
＝R＝σ
×
A
×
Sn
[0023]其中，P
n
表示第n个节点处桩基载荷，P表示桩顶载荷，T
i
表示第i个节点处桩侧摩阻力，U为桩基周长，L
i
表示第i个节点处桩基长度，τ
i
表示第i个节点处土层侧摩阻力，R表示桩底反力，A表示桩基截面面积，Sn表示第n个节点处桩土相对位移；
[0024]根据土层侧摩阻力τ与桩土相对位移s的关系以及桩底土体应力σ与桩土相对位移s的关系将各节点下桩基的荷载公式转换为各节点处桩基载荷与桩土相对位移s之间的关系式。
[0025]更进一步地，所述步骤f包括：
[0026]通过公式计算桩身刚度矩阵，其中，E为桩弹性模量。
[0027]更进一步地，所述步骤g包括：
[0028]将各节点处桩基载荷与桩土相对位移s之间的关系式以及桩身刚度矩阵代入桩基竖向承载力分析模型计算得到各节点下的桩土相对位移，将各节点下的桩土相对位移代入各节点处桩基载荷与桩土相对位移s之间的关系式得到各节点处桩基载荷，绘制各节点下的桩基载荷与桩土相对位移之间的桩基荷载沉降P
‑
S曲线,根据P
‑
S曲线可以得到桩基允许沉降值对应的桩基承载力。
[0029]本专利技术还提供一种桩基竖向承载性状分析系统，所述系统包括：
[0030]节点划分模块，用于根据地质柱状图确定桩基所处地质土层分布情况，按照土层分布标高将桩基从上至下划分出n个节点；
[0031]第一关系获取模块，用于根据地质勘探资料确定土层侧摩阻力τ与桩土相对位移s的关系；
[0032]第二关系获取模块，用于根据地质勘探资料确定桩底土体应力σ与桩土相对位移s的关系；
[0033]模型构建模块，用于根据各节点下桩基载荷、桩身刚度矩阵以及桩土相对位移构建桩基竖向承载力分析模型；
[0034]桩基载荷计算模块，用于根据桩基各节点的相关参数、土层侧摩阻力τ与桩土相对位移s的关系以及桩底土体应力σ与桩土相对位移s的关系计算桩基载荷；
[0035]刚度矩阵计算模块，用于计算桩身刚度矩阵；
[0036]桩基性状分析模块，用于将桩基载荷、桩身刚度矩阵代入桩基竖向承载力分析模型得到桩土相对位移，绘制桩基载荷与桩土相对位移之间的桩基荷载沉降P
‑
S曲线，根据P
‑
S曲线获取桩基允许沉降值对应的桩基承载力。
[0037]进一步地，所述模型构建模块还用于：
[0038]通过公式[P]＝[K][S[构建桩基竖向承载力分析模型，其中，[P]表示节点荷载矩阵，[K]表示桩身刚度矩阵，[S]表示节点位移矩阵；
[0039]桩基竖向承载力分析模型变形为
[0040][0041]其中，P
n+1
表示第n+1个节点处桩基载荷，S
n+1
表示第n+1个节点处桩土相对位移。
[0042]更进一步地，所述桩基载荷计算模块还用于：
[0043]通过以下公式计算各节点下桩基的荷载
[0044][0045]P
n+1
＝R＝σ
×
A
×...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桩基竖向承载性状分析方法，其特征在于，所述方法包括：步骤a：根据地质柱状图确定桩基所处地质土层分布情况，按照土层分布标高将桩基从上至下划分出n个节点；步骤b：根据地质勘探资料确定土层侧摩阻力τ与桩土相对位移s的关系；步骤c：根据地质勘探资料确定桩底土体应力σ与桩土相对位移s的关系；步骤d：根据各节点下桩基载荷、桩身刚度矩阵以及桩土相对位移构建桩基竖向承载力分析模型；步骤e：根据桩基各节点的相关参数、土层侧摩阻力τ与桩土相对位移s的关系以及桩底土体应力σ与桩土相对位移s的关系计算桩基载荷；步骤f：计算桩身刚度矩阵；步骤g：将桩基载荷、桩身刚度矩阵代入桩基竖向承载力分析模型得到桩土相对位移，绘制桩基载荷与桩土相对位移之间的桩基荷载沉降P
‑
S曲线，根据P
‑
S曲线获取桩基允许沉降值对应的桩基承载力。2.根据权利要求1所述的一种桩基竖向承载性状分析方法，其特征在于，所述步骤d包括：通过公式[P]＝[K][S]构建桩基竖向承载力分析模型，其中，[P]表示节点荷载矩阵，[K]表示桩身刚度矩阵，[S]表示节点位移矩阵；桩基竖向承载力分析模型变形为其中，P
n+1
表示第n+1个节点处桩基载荷，S
n+1
表示第n+1个节点处桩土相对位移。3.根据权利要求2所述的一种桩基竖向承载性状分析方法，其特征在于，所述步骤e包括：通过以下公式计算各节点下桩基的荷载P
n+1
＝R＝σ
×
A
×
Sn其中，P
n
表示第n个节点处桩基载荷，P表示桩顶载荷，T
i
表示第i个节点处桩侧摩阻力，U为桩基周长，L
i
表示第i个节点处桩基长度，τ
i
表示第i个节点处土层侧摩阻力，R表示桩底反力，A表示桩基截面面积，Sn表示第n个节点处桩土相对位移；根据土层侧摩阻力τ与桩土相对位移s的关系以及桩底土体应力σ与桩土相对位移s的关系将各节点下桩基的荷载公式转换为各节点处桩基载荷与桩土相对位移s之间的关系式。4.根据权利要求3所述的一种桩基竖向承载性状分析方法，其特征在于，所述步骤f包括：
通过公式计算桩身刚度矩阵，其中，E为桩弹性模量。5.根据权利要求4所述的一种桩基竖向承载性状分析方法，其特征在于，所述步骤g包括：将各节点处桩基载荷与桩土相对位移s之间的关系式以及桩身刚度矩阵代入桩基竖向承载力分析模型计算得到各节点下的桩土相对位移，将各节点下的桩土相对位移代入各节点处桩基载荷与桩土相对位移s之间的关系式得到各节点处桩基载荷，绘制各节点下的桩基载荷与桩土相对位移之间的桩基荷载沉降P
‑
S曲线,根据P
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S曲线获取桩基允许沉降值对应的桩基承载力。6.一种桩基竖向承载性状分析系统，其特征在于，所述系统包括：节点划分模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学峰，缑永涛，段学峰，宋春霞，尼颖升，高秦周，
申请(专利权)人：宁夏交投高速公路管理有限公司杭州路达公路工程总公司，
类型：发明
国别省市：