申请/专利权人：华东交通大学

申请日：2023-04-18

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN116383949B

主分类号：G06F30/13

分类号：G06F30/13;G06F30/20;G06F17/16;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2023.07.21#实质审查的生效;2023.07.04#公开

摘要：本发明提出一种基坑支护桩的设计方法及系统，该方法包括：首先获取目标支护桩的结构参数，进而计算出目标支护桩的土压力，而后使用矩阵理论改进里兹法以分离变形形函数和待定系数，而后建立变求解变形协调条件方程组和边界条件方程组得到待定系数基础解系，分段计算土压力做功，计算支护结构应变能，构建总势能方程基于最小势能原理求解待定系数反演支护桩变形，判断支护桩变形是否超过控制值，若超过控制值则调整支护结构设计参数，否则完成设计。本发明提出的方法实时预测支护桩变形，达到基坑支护桩变形控制设计效果，并提高设计精度，实现变形实测的可控，填补现行规范的空缺。

主权项：1.一种基坑支护桩的设计方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标支护桩的结构参数，并根据所述结构参数计算得到目标支护桩的主动土压力和被动土压力；采用多项式级数或三角函数级数拟合目标支护桩的变形函数，并基于矩阵理论将所述变形函数分解为包含形函数矩阵和待定系数矩阵的关系式；根据以下公式将所述变形函数分解为形函数矩阵和待定系数矩阵： 其中，表示目标支护桩的变形函数值，均表示待定系数，表示待定系数矩阵，F表示形函数矩阵；获取支撑截面模量、基坑宽度以及预应力，并以所述目标支护桩两侧的变形为协调条件，以根据所述支撑截面模量、所述基坑宽度以及所述预应力建立变形协调条件关系式，并根据所述目标支护桩的嵌固特点选取对应的边界条件类型，并基于选定的边界条件类型建立边界条件关系式；联立所述变形协调条件关系式和所述边界条件关系式，以得到满足边界条件和变形协调条件的基础解系，并根据所述目标支护桩的设计长度和刚度建立变形能关系式，并根据所述主动土压力和所述被动土压力建立外力功关系式；将所述变形协调条件关系式转换为线性表达式： 其中，表示左侧水平支撑的埋设深度为dn时的位移形函数，表示右侧水平支撑的埋设深度为dn时的位移形函数，表示左侧支护桩的待定系数，表示右侧支护桩的待定系数，T表示转置操作，表示第n道水平支撑的预应力；联立线性表达式和边界条件表达式，以求解待定系数矩阵满足边界条件和变形协调条件的基础解系： 其中，表示待定系数矩阵，表示基础解系，表示极大线性无关组；根据以下公式建立变形能关系式： 其中，U（wl，wr）表示目标支护桩的弯曲变形能，EI表示设计刚度，表示目标支护桩的左侧设计桩长，表示目标支护桩的右侧设计桩长，表示左侧支护桩变形值，表示右侧支护桩变形值，表示对深度z的微分，EA表示水平支撑拉压刚度，UN表示水平支撑应变能,EAi表示第i道支撑的轴向刚度；根据以下公式建立外力功关系式： 其中，W表示目标支护桩的外力功，m表示土层的总数量，BTi表示第i层土层上底面距离地面的深度，BBi表示第i层土层下底面距离地面的深度，Pa（z，x）表示与深度z且水平变形x对应的主动土压力，Pp（z，x）表示与深度z且水平变形x对应的被动土压力，w（z）表示目标支护桩在深度z的变形；根据变形能关系式和外力功关系式构建总势能方程，并对总势能方程关于目标支护桩变形函数的待定系数的泛函取极值，以满足泛函对待定系数的偏导等于0的情况，得到齐次方程组，并根据所述齐次方程组和包含形函数矩阵和待定系数矩阵的关系式求解出变形函数的待定系数，得到最终变形函数表达式；根据所述最终变形函数表达式分析目标支护桩的变形情况，以得到最大变形值，并判断所述最大变形值是否大于第一预设变形阈值；若所述最大变形值不大于第一预设变形阈值，则判定目标支护桩的设计合格；若所述最大变形值大于第一预设变形阈值，则调整目标支护桩的结构参数，以进行重复设计，直至所述最大变形值不大于第一预设变形阈值。

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