[发明专利]钢管柱嵌入桩基合理深度的计算方法

说明书

本发明公开钢管柱嵌入桩基合理深度的计算方法，包括以下步骤：(1)对钢管柱的顶纵梁施加弯矩M与竖向轴力，并通过数值模拟，得到钢管柱在不同弯矩下对应的柱脚接头转角θ；(2)对施加的弯矩M和柱脚接头转角θ数据进行拟合，建立弯矩‑‑柱脚接头转角关系曲线；(3)根据弯矩‑‑柱脚接头转角关系曲线建立拟合公式，得到柱脚接头抗弯刚度ksubgt;θ/subgt;；(4)由钢管柱柱脚接头抗弯刚度ksubgt;θ/subgt;求出参数柱脚接头抗弯刚度比λ，即柱脚接头抗弯刚度ksubgt;θ/subgt;与钢管柱自身刚度之比。本发明可达到确定钢管柱嵌入桩基的合理深度，使钢管柱侵入车站轮廓外的空间降低到最小，保证暗挖车站钢管柱在施工阶段的安全，为后续地下工程的建设预留穿越条件的有益效果。

技术领域

本发明属于建筑结构技术领域，特别涉及钢管柱嵌入桩基合理深度的计算方法。

背景技术

城市中心区域先期建成了大量的地铁、市政桥梁、交通干道、市政管线以及高层建筑等基础设施，新建地铁车站已基本没有明、盖挖施工的条件。同时为减小地铁施工对交通的影响，北京等城市多采用洞桩法暗挖修建。对于洞桩法车站，钢管柱作为永久结构，中桩作为临时结构，为保证钢管柱具有足够的强度、刚度及稳定性，一般做法是将钢管柱嵌入桩基一定深度，使之满足受力要求。而钢管柱嵌入桩基的深度如何确定，目前说法不一，各规范、标准对嵌入深度的要求一般取2～2.5倍钢管柱直径，但没有明确的取值依据。

若嵌入深度过小，无法满足钢管柱受力要求，尤其是施工阶段钢管柱的稳定性难以保证；若嵌入深度过大，造成不必要的浪费，且为后续地铁车站及区间的下穿带来不利影响。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供钢管柱嵌入桩基合理深度的计算方法，可达到确定钢管柱嵌入桩基的合理深度，使钢管柱侵入车站轮廓外的空间降低到最小，保证暗挖车站钢管柱在施工阶段的安全，为后续地下工程的建设预留穿越条件的有益效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：钢管柱嵌入桩基合理深度的计算方法，包括以下步骤：

(1)对钢管柱的顶纵梁施加弯矩M与竖向轴力F，并通过数值模拟，得到钢管柱在不同弯矩下对应的柱脚接头转角θ；

(2)对施加的弯矩M和柱脚接头转角θ数据进行拟合，建立弯矩--柱脚接头转角关系曲线；

(3)根据弯矩--柱脚接头转角关系曲线建立拟合公式，如图3所示，得到柱脚接头抗弯刚度k_θ；

(4)由钢管柱柱脚接头抗弯刚度k_θ求出参数柱脚接头抗弯刚度比λ，即柱脚接头抗弯刚度k_θ与钢管柱自身刚度之比；

若柱脚接头抗弯刚度比λ大于1，表明此时柱脚抗弯刚度大于柱身抗弯刚度，柱脚已不是结构体系中的受力薄弱点，钢管柱嵌入深度满足受力要求；

若柱脚接头抗弯刚度比λ小于1，表明此时柱脚抗弯刚度小于柱身抗弯刚度，柱脚仍是结构体系中的受力薄弱点，钢管柱嵌入深度不满足受力要求，应进一步增大嵌入深度。

作为优选，步骤(1)中采用有限元软件(有限元模型图如图2所示)对钢管柱进行数值模拟。

作为优选，步骤(3)中以弯矩--柱脚接头转角关系曲线建立的拟合公式如下：

M＝a+k·θ

式中：M——弯矩，单位kN·m；

θ——柱脚接头转角，单位10^-3rad；

a——截距，为拟合系数，单位kN·m；

k——曲线斜率，为拟合系数，单位MN·m/rad；

并通过以下公式得到接头抗弯刚度k_θ：