[发明专利]一种高桩墩台桩位优化方法

说明书

本发明公开了一种高桩墩台桩位优化方法，1)将根据实际项目要求进行初步设计的高桩墩台在有限元计算软件中进行建模；2)对桩基内力进行权重设置，并设置目标值函数；3)通过编程将基于遗传算法的优化方法与有限元模型计算流程整合到一起，实现程序自动迭代优化。本发明以遗传算法为基本方法，以有限元计算软件为基本工具，实现计算机自动优化桩位布置的设计方法，该方法大量节省人力，并得出在桩基内力上比人工设计桩位更优的桩位布置。解决了传统桩位设计过程效率低下、结果欠优的问题，可节省大量人力，并得出在桩基内力上比人工设计桩位更优的桩位布置。其实施高效，迭代所需时间少，优化效果明显，易于在港口工程设计中推广使用。

技术领域

本发明涉及港口建设工程技术领域，尤其涉及一种高桩墩台桩位的设计方法。

背景技术

港口工程中，系靠船墩主要承受自重、系缆力和靠船力等荷载。对于高桩墩台形式的系靠船墩，桩基需要验算桩身强度和桩基承载力。桩身强度主要验算压桩力和弯矩的压弯组合与整体屈曲。桩基承载力主要验算压桩力、拔桩力与地质提供的轴向抗力之间的关系。在桩位布置设计过程中，斜桩的轴向力可以有效地减少系缆力、撞击力等水平力造成的桩身弯矩，降低桩身强度要求。然而如果斜桩的桩位布置不当，将可能产生较大的压、拔桩力，当地质条件较差时，桩周土将无法提供足够的抗力，导致结构失效。所以，合理地布置桩位可以有效降低桩基内力，降低桩身强度要求和地基承载力要求，从而使用更少数量的桩承受同样的荷载。

桩位的布置主要包括桩的间距、桩的倾度与每一根桩的扭角。桩的间距与倾度变数较少，一般来说桩位布置的难点在于每一根桩的扭角应该如何安排。假设一个12根桩的墩台，每根桩的扭角变化范围为360°，即使以15°为最小扭动角度，每根桩也有24种可能性，粗略估算，桩位布置有12的24次方种可能性，这表明无法通过历遍的方法得出最优方案。以往的桩位设计是一个反复迭代的机械过程，即使是经验较为丰富的工程师也不能确保每一次调整都能取得更优的结果。桩位的布置与桩的内力分布是复杂的非线性关系，其中某一根桩的角度调整都可能使得其他每一根桩的内力产生较大的或正或负的影响。这使得在调整桩位的过程中经常出现反复、重复调整，对工程师来说是一项较为繁琐、劳累的工作。甚至为了避免碰桩还需要绘制桩位草图，所以一次桩位的调整需要耗费较多的时间。

另一方面，在调整桩位的过程中，由于对于最优的桩位能使得桩基内力降至什么数值是一个未知数，对于工程师来说，往往是凭经验判断最优的内力量值，根据桩强度、地基承载力的限值作为桩位调整的目标。一旦达到该目标则认为该桩位布置满足要求，不再追求更优的桩位。如果客观上可能存在一定程度更优的桩位，则工程师选定的桩位布置还不是最经济的。如果存在更优的桩位，或许可以降低桩的断面尺寸、桩长等设计参数，使得高桩墩台结构的设计更具竞争力。

综上所述，由于传统的桩位设计过程需要耗费较大的人力物力，且结果常常离最优设计仍有一定差距，因此，如能提出一种通过计算机程序自动反复迭代搜寻桩位设计次优解的方法具有重大意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对传统的桩位设计过程效率低下且设计结果常常尚有优化空间的问题，提供一种基于遗传算法与计算机编程，能够更高效、更优地对高桩墩台桩位进行优化的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高桩墩台桩位优化方法，其特征在于：按以下步骤进行，

1)将根据实际项目要求进行初步设计的高桩墩台在有限元计算软件中进行建模；

2)对桩基内力，如压桩力、拔桩力、弯矩，进行权重设置，并设置目标值函数；

3)采用编程的形式将如下基于遗传算法的优化方法与有限元模型计算流程整合到一起，实现程序自动迭代优化，优化流程如下：