CN117972869B - 一种预应力空心凹形方桩设计方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种预应力空心凹形方桩设计方法及系统,涉及建筑技术领域,包括确定适用于桩体的主要材料和预应力筋的材料,建立桩体的力学模型;通过对所述桩体施加预应力,根据预应力值和材料的弹性模量计算所述桩体因预应力引起的预应力应变;计算所述桩体在预应力应变和外部荷载综合效应下的应力分布,确定力学模型中桩体应力和应变的关系。
Description
技术领域
本发明涉及建筑技术,尤其涉及一种预应力空心凹形方桩设计方法及系统。
背景技术
当前,在建筑工程领域中,预应力混凝土桩被广泛应用于各类建筑物的地基基础施工。传统的预应力混凝土桩通常采用实心的圆形或方形截面,其存在以下不足:
实心截面桩体自重大,运输和施工不便,增加了工程成本;
实心截面桩体混凝土用量大,材料利用率低,不利于节约资源;
实心截面桩体抗弯性能较差,在复杂地质条件下易发生弯曲变形,影响桩基承载力和稳定性。
实心截面桩体桩身混凝土容易产生收缩裂缝,影响桩体耐久性和使用寿命。
为了解决实心桩的这些问题,开发了空心桩设计。空心桩因其减少了材料用量而降低了成本,并且由于重量减轻而简化了施工过程。然而,空心桩在承载能力方面可能不如实心桩,尤其是在横向荷载和扭转荷载的情况下。
但是现有的技术手段对于桩体在地下所受到的多种因素影响下的应力和应变分析,依然采用传统的单一形式的分析方法,也即,只考虑单方面的因素,已经难以满足现有的分析需求。
发明内容
本发明实施例提供一种预应力空心凹形方桩设计方法及系统,至少能够解决现有技术中部分问题。
本发明实施例的第一方面,
提供一种预应力空心凹形方桩设计方法,包括:
确定适用于桩体的主要材料和预应力筋的材料,建立桩体的力学模型;
通过对所述桩体施加预应力,根据预应力值和材料的弹性模量计算所述桩体因预应力引起的预应力应变;
计算所述桩体在预应力应变和外部荷载综合效应下的应力分布,确定力学模型中桩体应力和应变的关系。
在一种可选的实施方式中,
确定适用于桩体的主要材料和预应力筋的材料,建立桩体的力学模型的方法包括:
选用高性能混凝土作为所述主要材料,选用高强度钢筋作为与所述高性能混凝土粘结的所述预应力筋;
分别确定所述高性能混凝土和所述高强度钢筋的弹性模量和泊松比;
确定所述桩体的尺寸及桩体的凹形尺寸;
针对所述桩体的四个角落分别布置预应力筋,并向所述预应力筋施加预应力;
建立所述桩体的荷载模型,在所述桩体顶部设置均布荷载以及在所述桩体侧面加入水平荷载,所述均布荷载用于模拟建筑物负荷;
设定所述桩体的边界条件,所述桩体的底部固定至坚硬土层中,用于模拟所述桩体插入坚硬土层的情况,并计算桩体与土壤相互作用产生的摩擦力和土壤对桩体的约束。
在一种可选的实施方式中,
所述荷载模型的表达式为:
;
其中,Q total 表示桩体受到的总荷载,q表示桩体顶部的均布荷载,A表示桩体的顶面积,P表示桩体顶部集中荷载,H表示作用于桩体侧面的水平荷载,h表示桩体高度。
在一种可选的实施方式中,
所述边界条件的约束公式为:
;
其中,u,v,w分别表示所述桩体底部在局部坐标系中x,y和z轴方向上的位移;
所述边界条件中对于桩体旋转的约束公式为:
;
其中,θ x 、θ y 、θ z 分别表示桩体底部绕x、y和z轴的旋转角度;
所述桩体与土壤相互作用产生的摩擦力和土壤对桩体侧面的约束通过引入弹簧模型进行模拟:
;
其中,u i 表示桩体底部在第i点的位移,k i 表示第i点土壤反作用力的等效弹簧刚度,弹簧刚度用于表示土壤对桩体底部的侧向支撑力,F i 表示在第i点作用的外力,所述外力包括水平荷载和由土壤压力产生的力。
在一种可选的实施方式中,
所述通过对桩体施加预应力,根据预应力值和材料的弹性模量计算桩体因预应力引起的预应力应变的方法包括:
;
其中,表示因预应力引起的预应力应变,P init 表示初始向桩体施加的预应力值,ΔP loss 表示预应力损失,用于描述摩擦、蠕变和收缩因素引起的总损失,E表示材料的弹性模量,ΔE(σ,t)表示材料弹性模量变化,所述材料弹性模量变化由应力状态σ和时间t影响的材料非线性特性决定。
在一种可选的实施方式中,
计算桩体在预应力应变和外部荷载综合效应下的应力分布的方法包括:
基于预应力钢筋的特性,计算对预应力钢筋施加预应力后引起的预应力应力,所述预应力应力计算公式为:
;
其中,σ P 表示预应力应力,F p 表示预应力钢筋施加的实际张拉力,A p 表示预应力钢筋的横截面积;
对所述预应力应力加入因摩擦、蠕变和收缩因素引起的预应力损失Δσ loss ,计算调整后的预应力应力:
;
σ p,adjusted 表示调整后的预应力应力;
根据预应力钢筋与主要材料之间的粘结特性对所述调整后的预应力应力进行调整;
根据荷载大小和桩体横截面积计算外部荷载引起的外部荷载应力σ l :
;
其中,F l 表示作用在桩体上的外部荷载,A pile 表示桩体的横截面积;
综合调整后的预应力应力和外部荷载应力,通过胡克定律计算力学模型应力分布,根据泊松比计算应力分布产生的横向应变,确定力学模型中桩体应力和应变的关系。
在一种可选的实施方式中,
在确定所述力学模型中桩体应力和应变的关系中引入非线性应力项和预应力随时间变化的影响,所述应力和应变的关系表示为:
;
σ total 表示所述桩体在外部荷载作用下的总应力,表示所述桩体的总应变,/>表示材料蠕变引起的应变,/>表示材料收缩引起的应变,/>表示非线性应力项,用于反映由于材料的非线性特性以及时间依赖性行为引起的应力调整。
本发明实施例的第二方面,
提供一种预应力空心凹形方桩设计系统,包括:
第一单元,用于确定适用于桩体的主要材料和预应力筋的材料,建立桩体的力学模型;
第二单元,用于通过对所述桩体施加预应力,根据预应力值和材料的弹性模量计算所述桩体因预应力引起的预应力应变;
第三单元,用于计算所述桩体在预应力应变和外部荷载综合效应下的应力分布,确定力学模型中桩体应力和应变的关系。
本发明实施例的第三方面,
提供一种电子设备,包括:
处理器;
用于存储处理器可执行指令的存储器;
其中,所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令,以执行前述所述的方法。
本发明实施例的第四方面,
提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令被处理器执行时实现前述所述的方法。
通过选用高性能混凝土作为桩体的主要材料,结合高强度钢筋作为预应力筋,可以显著提高桩体的承载能力和稳定性。高性能混凝土提供了更好的压缩强度和耐久性,而高强度钢筋的预应力作用可以有效地提前抵抗潜在的拉伸应力,减少裂缝的产生,从而增强整体结构的稳定性。通过确定桩体的尺寸及其凹形设计,可以增加桩体与土壤之间的接触面积,从而增强摩擦力和土壤对桩体的约束力。这有助于提高桩体的侧向稳定性,特别是在承受水平荷载(如风荷载或地震作用)时,能够更有效地分散荷载,减少桩体的位移和倾斜。
附图说明
图1为本发明实施例预应力空心凹形方桩设计方法的流程示意图;
图2为本发明实施例预应力空心凹形方桩设计系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明实施例预应力空心凹形方桩设计方法的流程示意图,如图1所示,所述方法包括:
S101. 确定适用于桩体的主要材料和预应力筋的材料,建立桩体的力学模型;
在一种可选的实施方式中,
确定适用于桩体的主要材料和预应力筋的材料,建立桩体的力学模型的方法包括:
选用高性能混凝土作为所述主要材料,选用高强度钢筋作为与所述高性能混凝土粘结的所述预应力筋;
分别确定所述高性能混凝土和所述高强度钢筋的弹性模量和泊松比;
确定所述桩体的尺寸及桩体的凹形尺寸;
针对所述桩体的四个角落分别布置预应力筋,并向所述预应力筋施加预应力;
建立所述桩体的荷载模型,在所述桩体顶部设置均布荷载以及在所述桩体侧面加入水平荷载,所述均布荷载用于模拟建筑物负荷;
设定所述桩体的边界条件,所述桩体的底部固定至坚硬土层中,用于模拟所述桩体插入坚硬土层的情况,并计算桩体与土壤相互作用产生的摩擦力和土壤对桩体的约束。
示例性地,可以选用高性能混凝土(HPC)作为桩体的主要材料,高性能混凝土具有较高的强度、耐久性和较小的渗透性,适合作为承受高负荷的桩体结构材料。可以选择高强度钢筋作为预应力筋,与高性能混凝土粘结,用于提供额外的拉伸强度,从而增加整体结构的稳定性和承载能力。对于所选的高性能混凝土,其弹性模量通常在30-50GPa之间,泊松比约为0.2。高强度钢筋的弹性模量约为200GPa,泊松比约为0.3。
根据地质条件和建筑物负荷的具体需求,确定桩体直径和长度。例如,直径可选为1.2米,长度根据地质情况决定,一般在20到30米之间。桩体的凹形设计用于增强桩体与土壤之间的摩擦力,凹形尺寸应根据土壤类型和桩体负荷进行优化设计。
在桩体的四个角落布置预应力筋,以确保力的均匀分布。通过张拉设备对预应力筋施加预定的力,以提前将桩体中的部分负荷抵抗力激活。在桩体顶部设置均布荷载,用于模拟建筑物对桩体的垂直压力,这可以通过考虑建筑物的总重量除以桩顶面积来计算。在桩体侧面加入水平荷载,用于模拟如风力或地震等横向作用力。
模拟桩体插入坚硬土层的情况,桩体底部被假设为固定不动。计算桩体与土壤相互作用产生的摩擦力,以及土壤对桩体的侧向约束力。这需要依据土壤力学参数和桩体外表面的摩擦特性进行评估。使用上述参数和条件,通过结构分析软件(如ANSYS或ABAQUS)建立桩体的力学模型。进行模拟分析,包括静载试验模拟和动载试验模拟,以验证桩体设计的合理性和安全性。分析结果应展示桩体在设计荷载下的应力分布、变形情况以及预应力筋的效果,确保结构设计满足安全和性能要求。
通过选用高性能混凝土作为桩体的主要材料,结合高强度钢筋作为预应力筋,可以显著提高桩体的承载能力和稳定性。高性能混凝土提供了更好的压缩强度和耐久性,而高强度钢筋的预应力作用可以有效地提前抵抗潜在的拉伸应力,减少裂缝的产生,从而增强整体结构的稳定性。通过确定桩体的尺寸及其凹形设计,可以增加桩体与土壤之间的接触面积,从而增强摩擦力和土壤对桩体的约束力。这有助于提高桩体的侧向稳定性,特别是在承受水平荷载(如风荷载或地震作用)时,能够更有效地分散荷载,减少桩体的位移和倾斜。通过建立桩体的荷载模型,包括在桩体顶部设置均布荷载以及在桩体侧面加入水平荷载,能够模拟建筑物负荷和环境作用力对桩体的影响。这有助于在设计阶段对桩体的性能进行全面评估,确保设计满足实际应用中的需求。通过精确设定边界条件,包括桩体底部固定至坚硬土层中,可以确保桩体在长期使用过程中保持稳定。同时,计算桩体与土壤相互作用产生的摩擦力和土壤对桩体的约束,有助于精确评估桩体在不同土壤条件下的性能,为工程提供可靠的安全保障。
在一种可选的实施方式中,
所述荷载模型的表达式为:
;
其中,Q total 表示桩体受到的总荷载,q表示桩体顶部的均布荷载,A表示桩体的顶面积,P表示桩体顶部集中荷载,H表示作用于桩体侧面的水平荷载,h表示桩体高度。
在一种可选的实施方式中,
所述边界条件的约束公式为:
;
其中,u,v,w分别表示所述桩体底部在局部坐标系中x,y和z轴方向上的位移;
所述边界条件中对于桩体旋转的约束公式为:
;
其中,θ x 、θ y 、θ z 分别表示桩体底部绕x、y和z轴的旋转角度;
所述桩体与土壤相互作用产生的摩擦力和土壤对桩体侧面的约束通过引入弹簧模型进行模拟:
;
其中,u i 表示桩体底部在第i点的位移,k i 表示第i点土壤反作用力的等效弹簧刚度,弹簧刚度用于表示土壤对桩体底部的侧向支撑力,F i 表示在第i点作用的外力,所述外力包括水平荷载和由土壤压力产生的力。
S102. 通过对所述桩体施加预应力,根据预应力值和材料的弹性模量计算所述桩体因预应力引起的预应力应变;
S103. 计算所述桩体在预应力应变和外部荷载综合效应下的应力分布,确定力学模型中桩体应力和应变的关系。
在一种可选的实施方式中,
所述通过对桩体施加预应力,根据预应力值和材料的弹性模量计算桩体因预应力引起的预应力应变的方法包括:
;
其中,表示因预应力引起的预应力应变,P init 表示初始向桩体施加的预应力值,ΔP loss 表示预应力损失,用于描述摩擦、蠕变和收缩因素引起的总损失,E表示材料的弹性模量,ΔE(σ,t)表示材料弹性模量变化,所述材料弹性模量变化由应力状态σ和时间t影响的材料非线性特性决定。
示例性地,预应力应变是指施加在桩体上的预应力所引起的应变,正确的预应力应变计算对于确保结构在施工和使用过程中的稳定性和安全性至关重要。
首先,需要使用张拉设备向预应力筋施加预应力,该预应力值应根据设计要求、桩体尺寸和预期的负荷来确定。预应力损失通常发生由于摩擦、蠕变和收缩等因素,这些损失需要通过实验数据或经验公式来估计。摩擦损失:在预应力筋张拉过程中,由于与导管的摩擦,会有一部分预应力损失。蠕变损失:随着时间的推移,混凝土会出现蠕变现象,导致预应力筋中的应力降低。收缩损失:混凝土的收缩也会导致预应力的减少。
通过材料试验得到高性能混凝土和高强度钢筋的弹性模量,这是材料在弹性范围内抵抗形变的能力。材料的弹性模量可能会因应力状态和时间而变化,这种变化通常是由于材料的非线性特性,如塑性变形、损伤演化等因素。可以使用数值分析方法(如有限元分析)模拟应力状态和时间对材料弹性模量的影响。计算得到的预应力应变应用于评估桩体的性能,如预应力筋在桩体中的实际效果、桩体的变形能力等。
在一种可选的实施方式中,
计算桩体在预应力应变和外部荷载综合效应下的应力分布的方法包括:
基于预应力钢筋的特性,计算对预应力钢筋施加预应力后引起的预应力应力,所述预应力应力计算公式为:
;
其中,σ P 表示预应力应力,F p 表示预应力钢筋施加的实际张拉力,A p 表示预应力钢筋的横截面积;
对所述预应力应力加入因摩擦、蠕变和收缩因素引起的预应力损失Δσ loss ,计算调整后的预应力应力:
;
σ p,adjusted 表示调整后的预应力应力;
根据预应力钢筋与主要材料之间的粘结特性对所述调整后的预应力应力进行调整;
根据荷载大小和桩体横截面积计算外部荷载引起的外部荷载应力σ l :
;
其中,F l 表示作用在桩体上的外部荷载,A pile 表示桩体的横截面积;
综合调整后的预应力应力和外部荷载应力,通过胡克定律计算力学模型应力分布,根据泊松比计算应力分布产生的横向应变,确定力学模型中桩体应力和应变的关系。
示例性地,通过精确计算预应力钢筋施加的实际张拉力与预应力钢筋横截面积的比值,得到预应力应力,可以确保桩体设计在施加预应力后的性能符合预期;通过考虑预应力损失,能够评估出实际工作状态下的预应力钢筋应力。这样的计算考虑了摩擦、蠕变和收缩等多种因素,提供了一个更加接近实际工况的应力状态;计算外部荷载与桩体横截面积的比值,得到外部荷载应力,可以确保桩体在外部荷载作用下的性能分析是准确的。将调整后的预应力应力和外部荷载应力结合起来,使用胡克定律计算力学模型的应力分布,可以揭示预应力和外部荷载共同作用下桩体的实际应力状态。根据泊松比计算的横向应变,与应力分布一同分析,可用于确定桩体在实际工作条件下的应力和应变关系,为桩体的设计和施工提供科学的计算依据。
在一种可选的实施方式中,
在确定所述力学模型中桩体应力和应变的关系中引入非线性应力项和预应力随时间变化的影响,所述应力和应变的关系表示为:
;
σ total 表示所述桩体在外部荷载作用下的总应力,表示所述桩体的总应变,/>表示材料蠕变引起的应变,/>表示材料收缩引起的应变,/>表示非线性应力项,用于反映由于材料的非线性特性以及时间依赖性行为引起的应力调整。
本申请通过引入非线性应力项,该方法能够更准确地模拟材料的实际行为,尤其是在非线性区域,如接近材料的屈服点或在大变形状态下;材料的非线性特性和时间依赖性行为(如蠕变和松弛)的考量,使得模型能够预测长期荷载作用下桩体的性能。对预应力随时间变化的影响进行建模,有助于预测和评估桩体在其设计寿命内的长期性能;在实际工程中,桩体可能会受到复杂的加载情况,包括静态和动态荷载。非线性应力分析使得工程师可以评估这些复杂加载条件下的桩体行为。
图2为本发明实施例预应力空心凹形方桩设计系统的结构示意图,如图2所示,所述系统包括:
第一单元,用于确定适用于桩体的主要材料和预应力筋的材料,建立桩体的力学模型;
第二单元,用于通过对所述桩体施加预应力,根据预应力值和材料的弹性模量计算所述桩体因预应力引起的预应力应变;
第三单元,用于计算所述桩体在预应力应变和外部荷载综合效应下的应力分布,确定力学模型中桩体应力和应变的关系。
本发明实施例的第三方面,
提供一种电子设备,包括:
处理器;
用于存储处理器可执行指令的存储器;
其中,所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令,以执行前述所述的方法。
本发明实施例的第四方面,
提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令被处理器执行时实现前述所述的方法。
本发明可以是方法、装置、系统和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质,其上载有用于执行本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种预应力空心凹形方桩设计方法,其特征在于,包括:
确定适用于桩体的主要材料和预应力筋的材料,建立桩体的力学模型;
通过对所述桩体施加预应力,根据预应力值和材料的弹性模量计算所述桩体因预应力引起的预应力应变;
计算所述桩体在预应力应变和外部荷载综合效应下的应力分布,确定力学模型中桩体应力和应变的关系;
确定适用于桩体的主要材料和预应力筋的材料,建立桩体的力学模型的方法包括:
选用高性能混凝土作为所述主要材料,选用高强度钢筋作为与所述高性能混凝土粘结的所述预应力筋;
分别确定所述高性能混凝土和所述高强度钢筋的弹性模量和泊松比;
确定所述桩体的尺寸及桩体的凹形尺寸;
针对所述桩体的四个角落分别布置预应力筋,并向所述预应力筋施加预应力;
建立所述桩体的荷载模型,在所述桩体顶部设置均布荷载以及在所述桩体侧面加入水平荷载,所述均布荷载用于模拟建筑物负荷;
设定所述桩体的边界条件,所述桩体的底部固定至坚硬土层中,用于模拟所述桩体插入坚硬土层的情况,并计算桩体与土壤相互作用产生的摩擦力和土壤对桩体的约束。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述荷载模型的表达式为:
;
其中,Qtotal表示桩体受到的总荷载,q表示桩体顶部的均布荷载,A表示桩体的顶面积,P表示桩体顶部集中荷载,H表示作用于桩体侧面的水平荷载,h表示桩体高度。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
所述边界条件的约束公式为:
;
其中,u,v,w分别表示所述桩体底部在局部坐标系中x,y和z轴方向上的位移;
所述边界条件中对于桩体旋转的约束公式为:
;
其中,θx、θy、θz分别表示桩体底部绕x、y和z轴的旋转角度;
所述桩体与土壤相互作用产生的摩擦力和土壤对桩体侧面的约束通过引入弹簧模型进行模拟:
;
其中,ui表示桩体底部在第i点的位移,ki表示第i点土壤反作用力的等效弹簧刚度,弹簧刚度用于表示土壤对桩体底部的侧向支撑力,Fi表示在第i点作用的外力,所述外力包括水平荷载和由土壤压力产生的力。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通过对桩体施加预应力,根据预应力值和材料的弹性模量计算桩体因预应力引起的预应力应变的方法包括:
;
其中,表示因预应力引起的预应力应变,Pinit表示初始向桩体施加的预应力值,ΔPloss表示预应力损失,用于描述摩擦、蠕变和收缩因素引起的总损失,E表示材料的弹性模量,ΔE(σ,t)表示材料弹性模量变化,所述材料弹性模量变化由应力状态σ和时间t影响的材料非线性特性决定。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,计算桩体在预应力应变和外部荷载综合效应下的应力分布的方法包括:
基于预应力钢筋的特性,计算对预应力钢筋施加预应力后引起的预应力应力,所述预应力应力计算公式为:
;
其中,σP表示预应力应力,Fp表示预应力钢筋施加的实际张拉力,Ap表示预应力钢筋的横截面积;
对所述预应力应力加入因摩擦、蠕变和收缩因素引起的预应力损失Δσloss,计算调整后的预应力应力:
;
σp,adjusted表示调整后的预应力应力;
根据预应力钢筋与主要材料之间的粘结特性对所述调整后的预应力应力进行调整;
根据荷载大小和桩体横截面积计算外部荷载引起的外部荷载应力σl:
;
其中,Fl表示作用在桩体上的外部荷载,Apile表示桩体的横截面积;
综合调整后的预应力应力和外部荷载应力,通过胡克定律计算力学模型应力分布,根据泊松比计算应力分布产生的横向应变,确定力学模型中桩体应力和应变的关系。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,在确定所述力学模型中桩体应力和应变的关系中引入非线性应力项和预应力随时间变化的影响,所述应力和应变的关系表示为:
;
σtotal表示所述桩体在外部荷载作用下的总应力,表示所述桩体的总应变,/>表示材料蠕变引起的应变,/>表示材料收缩引起的应变,/>表示非线性应力项,用于反映由于材料的非线性特性以及时间依赖性行为引起的应力调整。
7.一种预应力空心凹形方桩设计系统,用于实现前述权利要求1-6中任一项所述的方法,其特征在于,包括:
第一单元,用于确定适用于桩体的主要材料和预应力筋的材料,建立桩体的力学模型;
第二单元,用于通过对所述桩体施加预应力,根据预应力值和材料的弹性模量计算所述桩体因预应力引起的预应力应变;
第三单元,用于计算所述桩体在预应力应变和外部荷载综合效应下的应力分布,确定力学模型中桩体应力和应变的关系。
8.一种电子设备,其特征在于,包括:
处理器;
用于存储处理器可执行指令的存储器;
其中,所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令,以执行权利要求1至6中任意一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序指令,其特征在于,所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至6中任意一项所述的方法。
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Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103898930A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-07-02 | 山东电力工程咨询院有限公司 | 预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型及建模方法 |
CN104166792A (zh) * | 2014-08-06 | 2014-11-26 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种预应力混凝土连续刚构桥温度作用有限元分析方法 |
CN105353105A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-02-24 | 河海大学 | 桩承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究试验装置 |
CN109518687A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-26 | 江西联保工程咨询有限公司 | 一种适用于桩底锤击沉桩的解构有限单元拼装式预应力桩 |
CN109610881A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-12 | 中建三局第建设工程有限责任公司 | 一种既有多层建筑改造中预应力梁托换断柱施工方法 |
CN115017583A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-09-06 | 江苏东南特种技术工程有限公司 | 一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法 |
CN116757341A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-15 | 天津建城基业集团有限公司 | 基于神经网络的混凝土预应力空心桩干燥时间预测方法 |
CN116756821A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-09-15 | 长沙理工大学 | 一种基于耦合模拟的桩基损伤预警方法及系统 |
CN117763925A (zh) * | 2024-02-22 | 2024-03-26 | 中铁建设集团华北工程有限公司 | 预应力空心桩用于基坑支护分析方法 |
-
2024
- 2024-03-29 CN CN202410371763.0A patent/CN117972869B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103898930A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-07-02 | 山东电力工程咨询院有限公司 | 预应力混凝土管桩水平承载特性试验模型及建模方法 |
CN104166792A (zh) * | 2014-08-06 | 2014-11-26 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种预应力混凝土连续刚构桥温度作用有限元分析方法 |
CN105353105A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-02-24 | 河海大学 | 桩承式路堤中平面土拱效应与多层加筋体拉膜效应研究试验装置 |
CN109610881A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-12 | 中建三局第建设工程有限责任公司 | 一种既有多层建筑改造中预应力梁托换断柱施工方法 |
CN109518687A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-26 | 江西联保工程咨询有限公司 | 一种适用于桩底锤击沉桩的解构有限单元拼装式预应力桩 |
CN115017583A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-09-06 | 江苏东南特种技术工程有限公司 | 一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法 |
CN116756821A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-09-15 | 长沙理工大学 | 一种基于耦合模拟的桩基损伤预警方法及系统 |
CN116757341A (zh) * | 2023-08-23 | 2023-09-15 | 天津建城基业集团有限公司 | 基于神经网络的混凝土预应力空心桩干燥时间预测方法 |
CN117763925A (zh) * | 2024-02-22 | 2024-03-26 | 中铁建设集团华北工程有限公司 | 预应力空心桩用于基坑支护分析方法 |
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