CN105155600B - 简化挤密桩复合地基计算模型的确定方法 - Google Patents

Abstract

简化挤密桩复合地基计算模型的确定方法，其步骤为：（1）由设计桩数和单桩1的面积得到挤密桩的总面积，由设计参数得到整个桩土处理区的总面积，由挤密桩总面积和整个桩土处理区总面积进行比较计算即可得到复合地基的面积置换率；（2）将分散的三角形布桩按面积置换率相等的原则进行等效连续化处理，通过调整环桩的宽度，中心桩间土的圆直径，两个环形桩间土的宽度以满足面积置换率和实际工程相等或相近的要求，提出了环桩和桩间土间隔布置计算模型；（3）在桩土处理区外围截取合理的计算边界，用有限区域代替无限区域；（4）环桩与桩间土、外围土之间设置接触，截取边界设置合理的约束条件，建立复合地基计算模型。

Description

简化挤密桩复合地基计算模型的确定方法

技术领域

本发明涉及简化挤密桩复合地基的技术。

背景技术

挤密桩复合地基由于取材容易，处理效果好，适用范围广，在各类土木工程地基处理中得到了广泛的应用。由于实际复合地基工程中整个桩土处理区布置了大量分散的挤密桩，再加之单个桩体相对于复合地基来说形状细长，如果按实际桩布置进行分离式建模，虽然能满足工程实际需要，但是由于设置大量的接触及细长桩体的不规则单元划分等使得计算模型收敛性和计算效率都很棘手，对设备的计算能力提出了更高的要求，不利于工程人员研究工程问题，因此有必要提出简易合理的复合地基计算模型。虽然目前关于挤密桩复合地基计算模型的研究方法已经进行了大量研究，但仍然存在着如下不足：

（1）为了简化，大多研究都只选取个别桩进行建模分析，虽然分析简便，但无法考虑群桩效应，无法体现实际工程真实的受力行为；

（2）若为了反映实际情况选取大量的挤密桩进行分离式建模，不利于工程研究人员掌握，不利于工程应用；

（3）挤密桩复合地基简化不合理，则无法进一步全面研究桩土-结构相互作用问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种简化挤密桩复合地基计算模型的确定方法。

本发明是简化挤密桩复合地基计算模型的确定方法，其步骤为：

（1）由实际工程设计参数得到挤密桩的面积和整个桩土处理区的总面积，计算复合地基的实际面积置换率：

式中：m为面积置换率，d为桩身平均直径，d _e 为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径，n为挤密桩数，A _p 为单根桩的面积，A为桩土处理区总面积，s为桩间距；

（2）将实际工程中分散的三角形布桩按面积置换率相等的原则进行等效连续化处理，提出环桩和桩间土间隔布置模型；

（3）通过调整环桩宽度，中心桩间土圆值径，环形桩间土宽度以满足简化模型面积置换率m'和实际工程面积置换率m相等或相近的要求：

式中：m'——简化模型面积置换率;

A _c ——环桩总面积；

A——桩土处理区总面积；

（4）在桩土处理区外围截取合理的计算区域，用有限区域代替无限远区域；

（5）环桩与桩间土、外围土之间设置接触，以便考虑桩土相互作用，截取边界设置合理的约束条件，基于简化方法运用有限元法建立复合地基计算模型。

本发明的有益效果是：挤密桩复合地基计算模型简化方法，通过其独特的思路，解决了以往由于桩体数量庞大而运用有限元法研究挤密桩复合地基的难题；解决了分离式建模而需设置大量接触给数值仿真收敛性控制带来的问题；解决了实际复合地基工程中难以考虑群桩效应的桩土相互作用问题；进一步能为采用复合地基处理工程的土-结构相互作用问题研究提供新思路。这种复合地基计算模型简化方法，不仅模型的计算效率高、收敛性容易控制、便于计算，能够较真实地反映复合地基的实际受力行为，计算精度能够满足工程需要，且有助于工程应用，从整体评价工程的各项力学特性。

附图说明

图1是挤密桩复合地基处理示意图，图2是挤密桩复合地基计算模型简化方法原理图。

具体实施方式

本发明的复合地基计算模型研究目标通过采用以下技术方案来实现，所述复合地基计算模型简化方法的特点包括如下内容：如图1、图2所示：

（1）由实际工程设计桩数和单桩1的面积得到挤密桩的总面积，由设计参数得到整个桩土处理区2的总面积，由挤密桩总面积和整个桩土处理区总面积进行比较计算即可得到复合地基的面积置换率；

（2）将实际工程中分散的三角形布桩按面积置换率相等的原则进行等效连续化处理，通过调整环桩3、4和5的宽度，中心桩间土6的圆直径，两个环形桩间土7和8的宽度以满足面积置换率和实际工程相等或相近的要求，提出了环桩和桩间土间隔布置计算模型；

（3）在桩土处理区外围截取合理的计算边界9，用有限区域代替无限区域；

（4）环桩与桩间土、外围土10之间设置接触，以便考虑桩土相互作用，截取边界设置合理的约束条件，基于简化方法运用有限元法建立复合地基计算模型。

本发明是简化挤密桩复合地基计算模型的确定方法，其步骤为：

（1）由实际工程设计参数得到挤密桩的面积和整个桩土处理区的总面积，计算复合地基的实际面积置换率：

式中：m为面积置换率，d为桩身平均直径，d _e 为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径，n为挤密桩数，A _p 为单根桩的面积，A为桩土处理区总面积，s为桩间距；

（2）将实际工程中分散的三角形布桩按面积置换率相等的原则进行等效连续化处理，提出环桩和桩间土间隔布置模型；

（3）通过调整环桩宽度，中心桩间土圆值径，环形桩间土宽度以满足简化模型面积置换率m'和实际工程面积置换率m相等或相近的要求：

式中：m'——简化模型面积置换率；

A _c ——环桩总面积；

A——桩土处理区总面积；

（4）在桩土处理区外围截取合理的计算区域，用有限区域代替无限远区域；

（5）环桩与桩间土、外围土之间设置接触，以便考虑桩土相互作用，截取边界设置合理的约束条件，基于简化方法运用有限元法建立复合地基计算模型。

实际复合地基工程中布置了大量的分散桩，形成了复杂的桩土相互作用问题，按面积置换率相等的原则将整个桩土处理区简化为环桩和桩间土间隔布置模型后，接触面和桩数大大减小，环桩形状规则，运用有限元法计算时收敛性易于控制，计算效率大大提高，有助于工程应用。合理的复合地基计算模型简化，进一步能为采用复合地基处理工程的土-结构相互作用问题研究提供新思路，以便从整体评价工程的各项力学特性。面积置换率应该按实际工程的桩布置和简化模型分别计算，并控制两者相等或相近。

实施例：

（1）某工程挤密桩为正三角形布置，桩径0.4m，桩间距1m，整个桩土处理区直径为33.5m，则实际面积置换率和桩土处理区总面积为：

要满足面积置换率相等的条件，即，在简化模型中需通过调整环桩和桩间土的尺寸来实现，环桩宽度0.65m，中心桩间土圆半径4.6m，两个环形桩间土宽度5.1m，此时环形桩总面积A _c =130.73m²，则等效面积置换率m'为：

等效面积置换率和工程实际面积置换率接近，能满足工程的分析精度要求。

（2）某工程挤密桩为正三角形布置，桩径0.45m，桩间距0.9m，整个桩土处理区直径为35m，则实际面积置换率和桩土处理区的总面积为：

要满足面积置换率相等的条件，即m'= m，则环形桩的总面积应为：

在简化模型中需通过调整环桩和桩间土的尺寸来实现，环桩宽度1.1m，中心桩间土圆半径4.0m，两个环形桩间土宽度5.1m，此时A _c =222.78m²，该值接近于理论计算值，故经过等效变换后可以满足工程分析要求。

Claims (1)

1.挤密桩复合地基简化计算模型的确定方法，其特征在于：其步骤为：

（1）由实际工程设计参数得到挤密桩的面积和整个桩土处理区的总面积，计算实际复合地基工程的面积置换率：

式中：m为实际复合地基工程面积置换率，d为桩身平均直径，d _e 为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径，n为挤密桩数，A _p 为单根桩的面积，A为桩土处理区总面积，s为桩间距；

（2）将实际复合地基工程中数量庞大且分散布置的挤密桩按面积置换率相近的原则进行等效连续化处理，简化为连续的环桩；

（3）为了使得挤密桩等效连续化简化方法具有合理性，可通过调整环桩宽度，中心桩间土圆直径，环形桩间土宽度以满足简化计算模型面积置换率m'和实际挤密桩复合地基工程面积置换率m相近的要求：

式中：m'——简化模型面积置换率；

A _c ——环桩总面积；

A——桩土处理区总面积；

（4）在桩土处理区外围截取合理的计算区域，用有限区域代替无限远区域；

（5）为了考虑桩土相互作用，在环桩与中心桩间土之间、环桩与环形桩间土之间和环桩与外围土之间设置接触面，并在截取的有限区域边界设置合理的约束条件，基于有限元法建立环桩和桩间土分层布置的挤密桩复合地基简化计算模型，有助于工程应用，从整体评价工程的各项力学特性。