空心方桩的优化技巧

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空心方桩的优化技巧

本帖最后由 蒋诚 于 2012-7-16 11:12 编辑
本项目结合空心桩施工工艺，运用有限元数值仿真计算方法、参数敏感性分析理论、结构优化理论、最优化方法对大直径空心桩进行了优化分析，编制了相应的优化分析程序中技桩业 ，给出适于工程应用的大直径空心桩优化合理尺寸，并对优化成果的抗震性和屈曲特性进行了验证。项目完成的主要工作和取得的研究成果如下： 1）对大直径空心桩土进行大量的有限元计算，并进行参数敏感性分析，计算结果表明：桩体刚度不仅与材料的性质有关，还与桩体的长径比、土体的刚度有关；空心桩的承载性能受桩的长径比L/D影响最大。2）在满足规范要求的前提下，提出利用满应力法来求解变截面和不变截面空心桩的优化问题。中技桩业从理论上研究了混凝土空心桩的优化模型和优化处理方法，并编制了相应的优化分析程序HPOP。 3）应用数值分析方法对大直径空心桩的极限承载力和变形进行了分析研究，并通过与现场测试桩极限承载力及变形的对比，验证本研究所采用的数值模型的正确性。 4）利用选定的数值模型和河南某地的地质模型进行了48种不同空心桩几何尺寸组合的数值仿真研究。利用网格优化技术对数值仿真结果进行优化，得到了不同设计荷载组合情况下桩的优化尺寸（桩长、桩径和壁厚）。 5）研究表明与优化桩长和桩径相对应的混凝土空心桩的壁厚较小，但可满足混凝土的强度要求。空心桩基底注浆处理后，可以明显增强地基承载力。 6）桩长和桩径的大小主要受制于桩所承受的垂直荷载大小，优化结果就是在桩长和桩径之间寻找一个平衡点，满足混凝土强度和土体承载力的合理桩长和桩径。本研究给出了定量确定桩长与桩径的方法。 7）如果混凝土空心桩同时承受水平力和垂直力时，混凝土空心桩的长度比单独承受相同垂直荷载情况小；但桩径和壁厚必须增大，以满足混凝土的抗剪要求。8上海中技）本研究仅考虑了混凝土的抗压和抗剪性能，对于由于荷载引起的拉应力，可考虑配置钢筋来承担。 9）数值优化方法和按最优化方法的结果在总体上是一致的，但在具体数值上各有不同，其原因是两种优化方法采用的可行解域不完全一致所引起的。在空心桩设计时，根据有关规范要求，建议先采用按最优化方法确定初始最优几何尺寸，然后用数值优化方法进行校核。 10）抗震分析研究表明，在基本烈度为7度时，横向地震波对桩的承载力不起控制作用，设计时可以适当考虑其影响。 11）空心桩屈曲研究表明，按照优化几何尺寸进行桩的设计可以满足稳定要求。此外，桩顶有加强时比桩顶无加强时的稳定性好。 本项目的研究内容将填补空心桩无专门计算资料的空白，以使空心桩的几何尺寸设计合理，进一步显著地体现出空心桩承载能力强、大量节省混凝土材料、施工进度快、工程质量易于保证的优点。当前，能源、材料资源危机现象日益严重，进行工程设计应当充分考虑到能源、材料的节省和对环境的保护，对空心桩的合理几何尺寸进行优化研究，中技桩业大量节省了混凝土材料，大幅减轻结构重量，在预制、吊装施工中可更有效缓解吊装移运的困难，使施工更加方便，也有利于节约能源。于此，本研究成果具有积极而深远的意义。目前，我国尚有大量待建的桥梁，尤其是大跨度、大桩径桥梁的日益增多，上海中技因此本研究成果具有广阔的应用前景、显著的技术经济效益和社会效益，不但能应用于公路桥梁工程上海中技 ，亦可应用于房屋建筑、港口码头等建设工程。