[发明专利]一种桩基的优化设计方法

权利要求书

1.一种桩基的优化设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：建立符合工程特点的复合地层桩基受力分析模型并确定各分层土体的几何参数、物理力学参数；计算所述桩基的轴力受力分布并进行桩基结构强度判断；计算桩基中性面深度；根据所述桩基的中性面深度判断桩基的承载模式，并确定桩基荷载的计算方法；

在桩端不承载条件下，根据所述桩基的中性面位置进行所述桩基的设计参数优化；

在桩端承载条件下，分别计算所述桩基的桩侧承载轴力分布、桩底受载大小及其分布，并根据上述参数优化所述桩基的设计参数满足安全要求；

所述桩基的轴力受力分布通过下式计算：

式中，N_zm为桩基轴向受力、P为桩基的桩顶荷载、D为桩基的桩体直径、μ为泊松比、ψ为内摩擦角、γ为容重、ΔH_i为第i层土体的厚度、γ_i和γ_m分别为第i层和第m层地层的土体密度、C_m为第m层土体粘聚力；

所述桩基的中性面的深度通过下式计算：

式中，Z⁰为所述中性面的深度、η，ξ为中间变量，P为桩基的桩顶荷载；

根据所述桩基的中性面深度判断桩基的承载模式指的是，当所述桩基的长度大于中性面深度时，所述桩基为桩侧摩擦承载模式；当所述桩基的长度小于中性面深度时，所述桩基为桩侧摩擦承载结合桩底抗力的共同承载模式；

基于位移等效原则建立由地层刚度系数表征的桩基桩底竖向位移等效弾性模型并计算等效刚度k_s，从而根据等效刚度计算所述桩基的底部位移；

所述桩基的底部位移通过下式计算：

式中，U_d为所述桩底相对于下部土体的位移即桩底位移、N_H为所述桩基的桩底轴力、k_s为所述桩基桩底竖向位移等效弾性模型的弹性系数、β为应力扩散角，S_d为桩底竖向坐标值、R₀为桩底与土体接触面半径；

所述桩基桩底竖向位移等效弾性模型的弹性系数通过下式计算：

式中，β为应力扩散角、S_d为桩底竖向坐标值、R₀为桩底与土体接触面半径、E为桩底下部土体弹性模量。