[发明专利]基于桩基性状分析的沉降解析法

说明书

本发明涉及一种基于桩基性状分析的沉降解析法，其结合荷载传递法及剪切位移法，进行桩基性状分析，绘制荷载‑位移‑时间三维函数图，建立其定量关系，指导超载预压施工。本发明方法可提供荷载‑沉降‑时间之间的定量关系，在新老桥连接之前采用超载预压的方法加速新桥部分的固结过程，以降低新桥部分的后期沉降变形，缓解结构的附加应力，保障桥梁的正常使用及安全性能。

技术领域

本发明涉及桩基沉降领域，更具体地说，涉及一种基于桩基性状分析的沉降解析法。

背景技术

20世纪末期，全国历经大规模的工程建设，经过20余年的高速发展，城市新建桥梁速度趋于缓和，规模也逐渐收缩。而伴随经济的飞跃式发展，大规模建设后期逐渐显现的问题是：原有桥梁很快不能满足交通量需求，由此造成交通拥堵及结构过载，降低城市桥梁使用寿命和安全性能。由此，需对原有桥梁进行改造加宽。

在桥梁加宽过程中，老桥建成后经过数年运营过程，桩基的沉降变形趋于缓和，地基的固结过程进入末期，结构比较稳定。在拓宽工程中，虽然老桥的沉降对于周围的地基已存在一定的影响，但新桥部分的地基固结过程仍与老桥部分存在差异性，沉降变形不协调，拓宽后的整桥中，新桥部分的沉降变形过程比老桥部分快，由此造成新老桥连接部位产生附加内力，加速混凝土的裂缝产生及发展，最终辐射至表面沥青层，造成沥青层的开裂破坏，影响桥梁工作性能及行车安全。

而一般情况下，新桥自然沉降时间一般都比较长，为缩短工期，提高效率，需要短时间内使新桥完成沉降。根据现有的沉降分析只能得到桩顶荷载与桩顶沉降位移之间的关系，不能直观的确定如何去对新桩基进行预加载。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种基于桩基性状分析的沉降解析法，可计算出荷载-沉降-时间的三维定量关系。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于桩基性状分析的沉降解析法，包括以下步骤：

S1、根据荷载传递法及剪切位移法建立微单元静力平衡方程如下：

其中：E为桩基杨氏模量，A为桩基截面积，i为土层层数，s_i为第i层的桩顶沉降位移，Z为桩基上任意一点所处的深度，C_si为第i层的土层粘性系数，C_p为桩基截面周长，t为时间，k_si为第i层的土层弹性系数；

S2、根据土层的位移及力的连续性假定，求解出地面处位移阻抗函数，即：

其中：为拉普拉斯变换参数，为土层厚度与桩长比值，L为桩长；

得到桩顶位移频率响应根据傅里叶变换性质，求得单位荷载位移响应，即：

其中：P为桩顶荷载、F为桩顶位移频率响应，iω为复变量；

S3、根据所述步骤S1和S2中的公式计算得到不同载荷值和时间下的沉降数据表。

上述方案中，所述步骤S3之后还包括步骤S4、将所述沉降数据表转为数据矩阵，根据数据矩阵绘制荷载-沉降-时间三维图。

实施本发明的基于桩基性状分析的沉降解析法，具有以下有益效果：

1、本方法可提供荷载-沉降-时间之间的定量关系，在新老桥连接之前采用超载预压的方法加速新桥部分的固结过程，以降低新桥部分的后期沉降变形，缓解结构的附加应力，保障桥梁的正常使用及安全性能。