[发明专利]适用于深水卸荷式板桩岸壁结构的概化模型设计方法

摘要

本发明提供一种适用于深水卸荷式板桩岸壁结构的概化模型设计方法，利用弹性连杆模拟地基土与结构之间的相互作用，简化了深水卸荷式板桩岸壁结构的计算模型；将土压力分为自重土压力和超载土压力分别进行计算，且同时考虑了卸荷作用和遮帘作用，从而能够更加合理准确的计算作用于结构的土压力，依据主动土压力理论，考虑卸荷作用和遮帘作用进行前墙的土压力计算。本发明效果是本设计方法可以全面考虑卸荷作用、遮帘作用、土与结构的相互作用对结构内力进行计算，计算结果更为合理准确，且模型建立简单，计算可重复性好。本计算方法相较与传统的板桩岸壁结构计算方法相比，设计的结构更加经济合理，适用于深水卸荷式板桩岸壁结构的设计。

主权项

1.一种适用于深水卸荷式板桩岸壁结构的概化模型设计方法，该方法是基于传统的卸荷式板桩岸壁结构设计方法的改进，其特征是：该方法包括以下步骤：步骤一、确定前墙(1)位于泥面(7)以下部分的深度入土深度按照下式计算：MEP≥KME  1)式中：MEP为前墙(1)墙前被动土压力对拉杆(5)锚着点的力矩，单位是kN·m；ME为前墙(1)墙后主动土压力对拉杆(5)锚着点的力矩与剩余水压力对拉杆(5)锚着点的力矩之和，单位是kN·m；K为稳定安全系数，采用1.3～1.5；步骤二、简化计算模型，建立板桩岸壁结构的计算图式板桩岸壁结构计算图式中将海侧桩(2)、中间桩(3)、陆侧桩(4)和卸荷承台(9)简化为一维弹性杆件，增加到计算图式中；将前墙(1)、海侧桩(2)、中间桩(3)、陆侧桩(4)之间的土体简化为等间距的竖向排列弹性连杆(6)；弹性连杆(6)的弹性系数根据土体的弹性模量、弹性连杆(6)竖向间距及前墙(1)与海侧桩(2)间的间距或桩之间的间距确定，弹性连杆(6)竖向间距为任意取值且小于泥面(7)与卸荷承台(9)的间距；所述的弹性连杆(6)的弹性系数的确定方法如下：式中：Kt为弹性连杆(6)的弹性系数，受拉时取0，单位为kN/m；L为前墙(1)与海侧桩(2)间的间距或桩之间的间距，单位为m；A为弹性连杆(6)的竖向间距×2倍桩宽，单位为m2；Ei为土体的弹性模量，单位为kPa；步骤三、依据主动土压力理论，考虑卸荷作用和遮帘作用进行前墙(1)的土压力计算为了考虑结构与土的相互作用的影响，增加海侧桩(2)、中间桩(3)、陆侧桩(4)的土压力计算，海侧桩(2)土压力计算分为自重土压力和超载土压力分别计算；所述的中间桩(3)、陆侧桩(4)的土压力计算仅考虑超载土压力进行计算；所述的自重土压力是土体自重产生的土压力，泥面(7)是前墙(1)海侧开挖的深度，泥面(7)上下土压力分布不同，按照泥面(7)分为上下两部分进行计算：泥面(7)以上的计算按照下列公式计算：式中：ezz为自重土压力，当ezz＜0时，取eqz为零，单位是kN/m2γ为计算面至土压力起算点之间土层的平均重度，单位是kN/m3hz为计算点至土压力起算点的距离，单位是mKa为计算土层土的主动土压力系数δ为计算土层土与墙面间的摩擦角，单位是°c为计算土层土的粘聚力，单位是kN/m2为计算土层土的内摩擦角，单位是°b为桩径，单位是m：泥面(7)以下的土压力为由泥面(7)至桩下端线性减小至0，泥面(7)处的土压力，根据式3)式4)计算得出；所述的超载土压力是堆载产生的土压力，按照泥面(7)分为上下两部分进行计算：泥面(7)以上的计算按照下列公式计算：式中，ezc为超载土压力强度值，单位是kN/m2q为码头面均布荷载，单位是kPaγ为卸荷承台(9)以上土层的平均重度，单位是kN/m3h为卸荷承台(9)上部土层的厚度，单位是mh_z为计算点至自卸荷承台(9)右端以摩擦角引线与结构交点的距离，单位是mH为自卸荷承台(9)右端以摩擦角引线与结构交点与自卸荷承台(9)右端以角引线与结构交点之间的距离，单位是mKa为主动土压力系数δ为计算土层土与墙面间的摩擦角，单位是°b为桩径，单位是m；步骤四、计算前墙(1)的弯矩，验算前墙(1)断面利用弹性地基梁法计算前墙(1)的弯矩，若计算弯矩大于断面设计弯矩，则更改设计的尺寸重复上述步骤计算，至前墙的弯矩小于设计弯矩为为止。