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专利号: 2021111118806
申请人: 西南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-08-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种节状墙基础竖向受压沉降的计算方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、对节状地下连续墙体进行划分,得到多个节状墙单元,将每个节状墙单元的墙顶作为墙顶子单元,对每个节状墙单元上的中部节墙段进行划分得到中部节子单元,并对每个节状墙单元上的端部节墙段进行划分得到端部节子单元;

S2、设定墙顶子单元的初始沉降位移、中部节子单元的底部位移和端部节子单元的底部位移,构建非节点子单元的轴力模型、中部节子单元的轴向力模型和端部节子单元的轴向力模型;

S3、设定各非节点子单元顶部产生的初始沉降位移,计算中部节墙段以上的各非节点子单元的沉降位移和中部节墙段以上的各非节点子单元的墙侧摩阻力,并基于中部节墙段以上的各非节点子单元的轴向力模型,计算中部节墙段以上的各非节点子单元的墙顶轴力和墙底轴力;

S4、根据中部节墙段以上的各非节点子单元的墙顶轴力和墙底轴力,重新设定中部节子单元的底部位移,计算第一中部节子单元的墙顶部向下轴力,并基于中部节子单元的轴向力模型,计算第二中部节子单元的墙顶部向下轴力;

S5、判断第一中部节子单元的墙顶部向下轴力与第二中部节子单元的墙顶部向下轴力是否满足相对误差界限范围,若是,则得到中部节子单元的底部位移,并跳转至步骤S6,若否,则跳转至步骤S3;

S6、计算中部节墙段以下和端部节墙段以上每个非节点子单元的顶部沉降位移、墙侧摩阻力、墙顶轴力和墙底轴力;

S7、根据中部节墙段以下和端部节墙段以上每个非节点子单元的墙顶轴力和墙底轴力,重新设定端部节子单元的底部位移,计算第一端部节子单元的墙顶部向下轴力,基于端部节子单元的轴向力模型,计算第二端部节子单元的墙顶部向下轴力;

S8、判断第一端部节子单元的墙顶部向下轴力与第二端部节子单元的墙顶部向下轴力是否满足误差界限范围,若是,则得到端部节子单元的底部位移,并跳转至步骤S9,若否,则跳转至步骤S7;

S9、根据端部节子单元的底部位移,计算第一端部节子单元的端部轴力,并基于端部节子单元的轴向力模型,计算第二端部节子单元的端部轴力;

S10、判断第一端部节子单元的端部轴力与第二端部节子单元的端部轴力是否满足相对误差界限范围,若是,则得到墙顶子单元的沉降位移,跳转至步骤S11,若否,则跳转至步骤S2;

S11、根据步骤S2至步骤S10的方法,计算在每一级荷载下连续墙基础的墙顶子单元的沉降位移、中部节子单元的底部位移、端部节子单元的底部位移和各非节点子单元的沉降位移。

2.根据权利要求1所述的节状墙基础竖向受压沉降的计算方法,其特征在于,所述步骤S2中非节点子单元的轴力模型为:

Pti+Gi=Pbi+τsiuwhi其中,Pti为第i个非节点子单元的墙顶轴力,Pbi为第i个非节点子单元的墙底轴力,Gi为第i个非节点子单元的自重,uw为节状地下连续墙非节部段外侧周长,τsi为第i个非节点子单元的墙侧摩阻力,hi为第i个非节点子单元的厚度。

3.根据权利要求1所述的节状墙基础竖向受压沉降的计算方法,其特征在于,所述步骤S2中中部节子单元的轴向力模型为:其中,Ptz为第一中部节子单元的墙顶部向下轴力,Pbz为中部节子单元的墙底部向上轴力,τsz为中部节子单元的第一墙侧摩阻力,Az1为摩阻力τsz的有效计算面积,Az2为摩阻力τ′sz的有效计算面积,τ′sz为中部节子单元的第二墙侧摩阻力,qbz为中部节子单元的节部阻力,A1为中部节墙段下方土柱的水平投影面积,θ1为中部节墙段与下方墙体的夹角,δ为墙与土界面的摩擦角, 为土体有效内摩擦角,Gz为中部节子单元的自重,Kbz为刚度系数,Sbz为中部节子单元的底部位移,qbzu为极限节部阻力值,Sbzu为发挥极限节部阻力值qbzu时所需的相对位移。

4.根据权利要求1所述的节状墙基础竖向受压沉降的计算方法,其特征在于,所述步骤S2中端部节子单元的轴向力模型为:其中,Ptd为第一端部节子单元的墙顶部向下轴力,τsd为端部节子单元的第一墙侧摩阻力,Ad1为摩阻力τsd的有效计算面积,Ad2为摩阻力τ′sd的有效计算面积,τ′sd为端部节子单元的第二墙侧摩阻力,Gd为端部节子单元的自重,Sbd为端部节子单元的底部位移,Ab为端部节子单元的墙底面积,Kb为端部阻力刚度,qbu为极限端阻力值。

5.根据权利要求1所述的节状墙基础竖向受压沉降的计算方法,其特征在于,在墙顶荷载较小,且墙侧摩阻力未达到极值时,步骤S3中计算中部节墙段以上的各非节点子单元的沉降位移的公式为:

其中,Si为第i个非节点子单元的平均沉降位移,γzi为非节点子单元的重度,A为节状地下连续墙非节部段截面面积,Ksi为侧摩阻力刚度,U为节状地下连续墙非节点子单元的墙段周长, 为中部节墙段以下和端部节墙段以上每个非节点子单元的顶部沉降位移,Pti为第i个非节点子单元的墙顶轴力,E为节状地下连续墙弹性模量,z为计算深度,c1、c2为沉降位移公式系数;

在墙顶荷载较大,且墙侧摩阻力达到极值时,步骤S3中计算中部节墙段以上的各非节点子单元的沉降位移的公式为:

c4=Sti

其中,τu为墙侧阻力极限值,U为节状地下连续墙非节点子单元的墙段周长,E为节状地下连续墙弹性模量,A为节状地下连续墙非节部段截面面积,z为计算深度,γzi为非节点子单元的重度,c3、c4为沉降位移公式系数,Pti为第i个非节点子单元的墙顶轴力,Sti为端部节墙段以上每个非节点子单元的顶部沉降位移;

所述步骤S3中计算中部节墙段以上的各非节点子单元的墙侧摩阻力为:其中,τsi为第i个非节点子单元的墙侧摩阻力,Ks为墙侧摩阻力刚度,τu为墙侧阻力极限值,Su为发挥极限墙侧摩阻力值τu时所需的相对位移;

所述步骤S3中计算中部节墙段以上的各非节点子单元的墙顶轴力和墙底轴力的公式分别为:

Pti=Pti+1+τsiuwhi‑GiPbi=Pti+1

其中,Pti为第i个非节点子单元的墙顶轴力,Pti+1为第i+1个非节点子单元的墙顶轴力,τsi为第i个非节点子单元的墙侧摩阻力,uw为节状地下连续墙非节部段外侧周长,hi为第i个非节点子单元的厚度,Gi为非节点子单元的自重,Pbi为第i个非节点子单元的墙底轴力。

6.根据权利要求1所述的节状墙基础竖向受压沉降的计算方法,其特征在于,所述步骤S4中计算第一中部节子单元的墙顶部向下轴力的公式为:所述步骤S4中第二中部节子单元的墙顶部向下轴力的公式为:其中,Ptz为第一中部节子单元的墙顶部向下轴力,E为节状地下连续墙弹性模量,A为节状地下连续墙非节部段截面面积,Stz为中部节子单元的墙顶部向下位移,Sbz为中部节子单元的底部位移,hz为中部节子单元的厚度,Pbz为中部节子单元的墙底部向上轴力,P′tz为第二中部节子单元的墙顶部向下轴力,τsz为中部节子单元的第一墙侧摩阻力,τ′sz为中部节子单元的第二墙侧摩阻力,Az1为摩阻力τsz的有效计算面积,Az2为摩阻力τ′sz的有效计算面积,qbz为中部节子单元的节部阻力,A1为中部节墙段下方土柱的水平投影面积,θ1为中部节墙段与下方墙体的夹角,δ为墙与土界面的摩擦角, 为土体有效内摩擦角,Gz为中部节子单元的自重,Ks为墙侧摩阻力刚度,Sz为计算位置处的墙体位移,Su为发挥极限墙侧摩阻力值τsu时所需的相对位移,Kbz为刚度系数,Sbz为中部节子单元的底部位移,qbzu为极限节部阻力值,Sbzu为发挥极限节部阻力值qbzu时所需的相对位移。

7.根据权利要求1所述的节状墙基础竖向受压沉降的计算方法,其特征在于,所述步骤S5中第一中部节子单元的墙顶部向下轴力与第二中部节子单元的墙顶部向下轴力满足相对误差界限范围的不等式为:

其中,Ptz为第一中部节子单元的墙顶部向下轴力,P′tz为第二中部节子单元的墙顶部向下轴力;

所述步骤S8中第一端部节子单元的墙顶部向下轴力与第二端部节子单元的墙顶部向下轴力是否满足误差界限范围的不等式为:其中,Ptd为第一端部节子单元的墙顶部向下轴力,P′td为第二端部节子单元的墙顶部向下轴力;

所述步骤S10中第一端部节子单元的端部轴力与第二端部节子单元的端部轴力满足相对误差界限范围的不等式为:

其中,Pb为第一端部节子单元的端部轴力,P′b为第二端部节子单元的端部轴力。

8.根据权利要求1所述的节状墙基础竖向受压沉降的计算方法,其特征在于,所述步骤S7中计算第一端部节子单元的墙顶部向下轴力的公式为:所述步骤S7中计算第二端部节子单元的墙顶部向下轴力的公式为:P′td=Pb+τsd(Ad1+Ad2)‑Gd其中,Ptd为第一端部节子单元的墙顶部向下轴力,E为节状地下连续墙弹性模量,A为节状地下连续墙非节部段截面面积,Std为端部节子单元的墙顶部向下位移,Sbd为端部节子单元的底部位移,hd为端部节子单元的厚度,Pb为第一端部节子单元的端部轴力,τsd为端部节墙段的第一墙侧摩阻力,τ′sd为端部节墙段的第二墙侧摩阻力,Ad1为摩阻力τsd的有效计算面积,Ad2为摩阻力τ′sd的有效计算面积,Gd为端部节子单元的自重,Ks为墙侧摩阻力刚度,Sd为端部节子单元计算位置处的墙体位移,Su为发挥极限墙侧摩阻力值τsu时所需的相对位移,Sbd为端部节子单元的底部位移,P′td为第二端部节子单元的墙顶部向下轴力。

9.根据权利要求1所述的节状墙基础竖向受压沉降的计算方法,其特征在于,所述步骤S9中第一端部节子单元的端部轴力的公式为:所述步骤S9中第二端部节子单元的端部轴力的公式为:其中,Pb为第一端部节子单元的端部轴力,E为节状地下连续墙弹性模量,A为节状地下连续墙非节部段截面面积,Std为端部节子单元的墙顶部向下位移,Sbd为端部节子单元的底部位移,hd为端部节子单元的厚度,Ptd为第一端部节子单元的墙顶部向下轴力,P′b为第二端部节子单元的端部轴力,Ab为端部节墙段底面积,Sb(z)为深度z处的位移,Kb为端部阻力刚度,qbu为极限端阻力值。

10.根据权利要求4和9所述的节状墙基础竖向受压沉降的计算方法,其特征在于,所述端部阻力刚度Kb的公式为:

其中,G为节部上方土柱剪切弹性模量,Irec为中间变量,v为端节部上方土柱泊松比,r1、r2为基于Boussinesq解的直角坐标端节部解析参数, 为基于Boussinesq解的极坐标端节部解析参数,B为节状地下连续墙外侧长边长,m为基于长宽比λ变化的计算参数,λ为长宽比,a为矩形均布荷载的短边,b为矩形均布荷载的长边。