[发明专利]锚固点增强型桩结构计算方法

说明书

本发明公开了一种锚固点增强型桩结构计算方法，包括以下步骤：步骤一：将锚固点增强型桩结构拆分为锚固段、悬臂段和承台段，将锚固段和悬臂段竖直设置，将承台段水平设置；步骤二：将截面积和长度作为调整参数；考虑承台段提供的反弯矩对悬臂段根部弯矩的平衡作用，分别计算锚固段、悬臂段和承台段在外力作用下的内力和变形；步骤三：当某段的内力或变形不符合阈值时，单独对该段的长度和截面积进行调整，并重新计算内力和变形，直至得到符合阈值的截面积和长度。本发明考虑承台段提供的反弯矩对悬臂段根部弯矩的平衡作用，且能够单独调整各个分段的截面积和长度，实现每个分段的单独优化，大幅节约工程成本并能够扩大桩结构的适用范围。

技术领域

本发明涉及填方支挡工程技术领域，特别是一种锚固点增强型桩结构计算方法。

背景技术

山区铁路沿线地形起伏大，受线形及工程投资影响，铁路工程在邻近斜坡地段、路桥及路隧过渡段常以高填方路堤形式通过。长期以来，铁路工程一般采用桩板墙结构控制高填方边坡变形，并维持路堤稳定，与传统浅埋低矮支挡结构相比，具有刚度大、承载力高、支挡高度上限大的特点，在铁路填方工程中有着广泛的应用。然而，随着高速铁路设计时速不断提升，变形控制标准逐步提高，高填方结构需要进一步控制变形以满足列车对平顺性的严格要求，随之引起了桩构一些亟待解决的设计难题。其中，土质条件下的锚固桩设计是较为突出的问题之一，主要体现在以下几个方面：1)锚固桩具有严格的变形控制条件(锚固点水平变形不超过10mm，桩顶水平变形不超过100mm，高速铁路桩顶不超过60mm)，一般通过调整桩的截面尺寸、增加桩长达到设计要求，由于土质条件地基系数较小，即便小的填方高度设计的桩身尺寸也较大，当土质条件不佳或设计体量较大时，可成倍的增加工程成本及施工难度；2)桩板墙的桩身结构在施工时为一次性浇筑成型，锚固段截面尺寸控制了悬臂段桩身尺寸，实际受力过程中，悬臂段桩身挠曲变形极小，导致较大的悬臂段桩身截面利用率极低，即同等填方高度条件下，桩的悬臂段截面尺寸在土质地段远大于岩质地段，这显然是不合理的，现有的结构形式及其施工方法无法进行截面尺寸的优化改进；3)支挡高度有限，路肩桩板墙悬臂段长度不宜超过10m，其原因主要因为过大的支挡高度会导致设计截面尺寸过大，增加工程成本及施工难度。可见，对传统桩型结构进行合理改进，有效提高变形控制效果，是土质条件下高填方路基修建技术的关键问题，具有较大的经济实用价值。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种锚固点增强型桩结构计算方法，对该桩结构的设计提供支撑，达到控制结构变形，节约工程成本的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种锚固点增强型桩结构计算方法，包括以下步骤：

步骤一：将锚固点增强型桩结构拆分为锚固段、悬臂段和承台段，将锚固段和悬臂段竖直设置，将锚固段和悬臂段固定连接，将承台段水平设置，将承台段的端部固定连接在锚固段和悬臂段的连接处；

步骤二：将锚固段的截面积、锚固段的长度、悬臂段的截面积、悬臂段的长度、承台段的截面积和承台段的长度作为调整参数；

考虑承台段提供的反弯矩对悬臂段根部弯矩的平衡作用，分别计算锚固段、悬臂段和承台段在外力作用下的内力和变形；

步骤三：当某段的内力或变形不符合阈值时，单独对该段的长度和截面积进行调整，并重新计算内力和变形，直至得到符合阈值的锚固段的截面积、锚固段的长度、悬臂段的截面积、悬臂段的长度、承台段的截面积和承台段的长度。

作为本发明的优选方案，所述步骤二中，将悬臂段划分为若干个微单元，考虑重力与摩阻力的作用，建立悬臂段的传递矩阵D如下：