[发明专利]一种地连墙施工方式下拱脚水平位移的计算方法

说明书

本发明涉及计算地连墙施工时拱脚水平位移的技术领域，具体涉及一种地连墙施工方式下拱脚水平位移的计算方法，包括以下几个步骤：步骤(1)、建立地连墙有限元模型；步骤(2)、设定混凝土基础厚度T_b、地连墙厚度T_d、混凝土基础以下地基剪切模量G_j、地连墙外侧结构剪切模量G_t、拱座水平力F_h和拱铰处拱肋切线与水平夹角的范围；步骤(3)、在步骤(2)中设定的参数范围值内，选取数值组成不同的组合值；步骤(4)、由屈服准计算出刚度矩阵。步骤(5)、通过对不同等级下力的迭代计算，得到拱脚处水平位移的计算公式，将步骤(3)的组合值带入公式计算并验证。本发明能有效的、快速的确定地连墙施工方式下的拱脚水平位移问题。

【技术领域】

本发明涉及计算地连墙施工时拱脚水平位移的技术领域，具体涉及一种地连墙施工方式下拱脚水平位移的计算方法。

【背景技术】

拱桥因其具有线型美观、结构刚度大、跨越能力强、造价低廉等优点而在众多桥型中使用较广泛。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，因此对基础的坚固性要求更高。随着科技的进步，特别是施工技术的提高，使得在一些软弱地基上建造拱桥变得可能。在软弱地基的基础施工中，利用地连墙作为支护结构是一种常用且有效的方法。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作为基础结构的永久保护屏障。因此，对于成桥后的基础往往包含地连墙、底板、底板以下基础和地连墙外围土几种结构。如何确定这几种结构组合下的拱脚水平位移，往往是设计人员十分关心的问题，也是关系到拱桥安全的关键指标。

牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大优点是在方程f(x)＝0的单根附近具有平方收敛，而且该法还可以用来求方程的重根、复根，此时线性收敛，但是可通过一些方法变成超线性收敛。另外该方法广泛用于计算机编程中。

【发明内容】

本发明的目的是解决上述存在的问题，提供一种地连墙施工方式下拱脚水平位移的计算方法，能有效的、快速的确定地连墙施工方式下的拱脚水平位移问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种地连墙施工方式下拱脚水平位移的计算方法，包括以下步骤：

步骤(1)、建立地连墙有限元模型。

步骤(2)、设定混凝土基础厚度T_b、地连墙厚度T_d、混凝土基础以下地基剪切模量G_j、地连墙外侧结构剪切模量G_t、拱座水平力F_h和拱铰处拱肋切线与水平夹角的范围。

步骤(3)、在步骤(2)中设定的参数范围值内，分别取不同的混凝土基础厚度T_b、地连墙厚度T_d、混凝土基础以下地基剪切模量G_j、地连墙外侧结构剪切模量G_t、拱座水平力F_h和拱铰处拱肋切线与水平夹角的值组成不同的组合值。

步骤(4)、假定地连墙外侧土体为弹塑性材料，其屈服准则为：

在式1中，I₁和J₂分别为第一球应力不变量和第二偏应力不变量；

α和k是与材料性质有关的参数，其表达式如下：

在式2和式3中，c为粘聚力；φ为内摩擦角。

地连墙外侧土体是壳体结构或者实体单元，其刚度矩阵均表示为：

[K]^e＝∫[B]^T[D][B]dΩ 式4