[发明专利]一种考虑基桩抗压抗拔刚度差异的桩顶竖向力计算方法

摘要

本发明公开了一种考虑基桩抗压抗拔刚度差异的桩顶竖向力计算方法，针对刚性基础下基桩抗压刚度与抗拔刚度不同时桩顶竖向力计算问题，首先建立了基桩的变形协调方程、本构方程、平衡方程，通过联立求解，得到了基桩桩顶竖向力计算的通用公式；然后引入基桩抗拔刚度与抗压刚度的比例系数，利用通用公式，得到了基桩抗压刚度与抗拔刚度不同时桩顶竖向力计算公式；最后根据桩顶竖向力与桩中心坐标值之间存在线性关系这一规律，给出了一种“桩身编号随桩顶竖向力增加而依次递增”的桩身编号规则，并在该编号规则的基础上，建立了一种“以抗拔桩数量为参变量”的桩顶竖向力求解方法，该方法可正确计算桩顶竖向压力，更好地保证设计结果的可靠性。

主权项

1.一种考虑基桩抗压抗拔刚度差异的桩顶竖向力计算方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一：针对刚性基础，令基础下方共有n根桩与之相连；以基础底面内任意一点o(一般可取基础底面的几何形心)为原点，建立基础平面坐标系；将基础底面以上各荷载等效加载到o点处，令竖向荷载的等效合力为N、水平荷载的等效合力为H、水平面内等效弯矩矢量和为M；水平面内x轴与M的矢量方向相垂直、向右为正方向，逆时针旋转90°方向为y轴方向；令第i根桩的中心到y轴的距离为x_i(位于y轴右侧的桩为正、左侧的桩为负)；步骤二：对刚性基础下的任一根基桩，令其竖向刚度为K_i；当桩顶受压时K_i＝K_N(为常数)，当桩顶受拔时K_i＝K_T(为另一常数)；为便于进行无量纲化分析，令K_T＝αK_N，则α＝K_T/K_N；步骤三：基础在H、N及M的作用下，令第i根桩的桩顶竖向力为N_i；令n根桩中有m根桩为上拔桩，编号为1、2、…、m；剩余的n‑m根桩为受压桩，编号为m+1、m+2、…、n；则各上拔桩桩顶上拔力N_T,i及各受压桩桩顶压力N_N,i为：式(1)中：i＝1、2、…、m；式(2)中：i＝m+1、m+2、…、n,特别地，当m＝0(均为受压桩)、或m＝n(均为上拔桩)时，有：步骤四：优先按桩中心x坐标值从小到大的顺序、当x相同时再按桩中心y坐标值从小到大的顺序对各桩进行编号，桩号从1号开始依次递增到n号；然后利用式(3)计算N_i；步骤五：对步骤四中求出的N_i，如N₁～N_n均≥0，或N₁～N_n均≤0，则N_i即为最终结果，终止计算；步骤六：对步骤四中求出的N_i，如仅有N₁～N_m小于0，则再利用式(1)计算N₁～N_m、利用式(2)计算N_m+1～N_n；如果此时N₁～N_m均≤0、N_m+1～N_n均≥0，则各N_i即为最终结果，终止计算；否则不断地改变m值(如N_m＞0，则将m值减1；如N_m+1小于0，则将m值加1)，利用式(1)计算相应的N₁～N_m、利用式(2)计算相应的N_m+1～N_n，直到N₁～N_m均≤0、N_m+1～N_n均≥0为止，此时各N_i即为最终结果，终止计算；步骤七：对步骤四中求出的N_i，如仅有N_n‑m+1～N_n小于0，则先按如下原则调整桩身编号：优先按桩中心x坐标值从大到小的顺序、当x相同时再按桩中心y坐标值从小到大的顺序对各桩进行编号，桩号从1号开始依次递增到n号；则在调整后的编号中，仅有N₁～N_m小于0；然后针对调整后的编号，再利用式(1)计算N₁～N_m、利用式(2)计算N_m+1～N_n；如果N₁～N_m均≤0、N_m+1～N_n均≥0，则各N_i即为最终结果，终止计算；否则不断地改变m值(如N_m＞0，则将m值减1；如N_m+1小于0，则将m值加1)，利用式(1)计算相应的N₁～N_m、利用式(2)计算相应的N_m+1～N_n，直到N₁～N_m均≤0、N_m+1～N_n均≥0为止，此时各N_i即为最终结果，终止计算。