[发明专利]一种适用于大型钢管桩基础的抗拔/抗压承载力比值计算方法、装置、设备以及介质

说明书

本发明提供一种适用于大型钢管桩基础的抗拔/抗压承载力比值计算方法、装置、电子设备以及存储介质，通过考虑钢管桩周围径向有效应力，分别计算了端部承载力和侧摩擦力变化量对钢管桩承载力的影响，从而得到钢管桩承载力的变化ΔQ，并利用布辛尼斯克解(Boussinesq solution)得到钢管桩在抗拔和抗压情况下的承载力比值。本发明在设计中未有甲、乙级建筑桩基的抗拔极限承载力估算方法，API规范中对抗拔极限承载力估算方法过于粗糙，该计算方法很好的弥补了这一点，可在进行现场单桩上拔静载荷试验前对极限抗拔承载力进行估算，为海洋风电中钢管桩基础的设计制作施工提供了保障。

技术领域

本发明属于桩基础技术领域，尤其是涉及一种适用于大型钢管桩基础的抗拔/抗压承载力比值计算方法、装置、电子设备以及存储介质。

背景技术

大型钢管桩以其较高的承载能力、较强的抗弯能力以及相对简单的施工工艺等无可替代的优势，在海洋风电、港口码头、跨海大桥等重大工程得到大量应用。钢管桩不仅能承受竖向压力作用，在风电单桩基础、高压输电线塔、石油钻釆平台等工程中还需要承受竖向的上拔荷载。然而一直以来，人们对桩的抗压承载特性研究要远远多于抗拔承载特性，大型钢管桩的抗拔承载特性的现场试验研究资料非常有限，为数不多的研究资料也是基于抗压桩。

目前，对于钢管桩的竖向抗拔承载力主要是按API RP 2A：2000《RecommendedPractice for Planning,Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms—Working Stress Design》(简称API规范)和按《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)(简称《建规》)进行估算的，API 规范建议通过减少10-30％的抗压承载力来估算抗拔承载力。前人研究成果表明钢管桩端阻力在抗拔的情况下比抗压的情况下小12～25％，而Watson等人(2000)认为抗压承载力等于不排水条件下的抗拔承载力。由于这些不一致性，导致了大直径钢管桩设计时的模糊性。

发明内容

本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的问题，提供一种现实可行的大型钢管桩的抗拔/抗压承载力比值计算方法，使得大型钢管桩在计算拔荷载时更加符合工程实际情况，以提高初期设计的准确性。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

钢管桩基础的抗拔/抗压承载力差别主要由三个方面的原因引起的：第一是由于土体泊松比效应，钢管桩周围径向有效应力的变化；第二是土体中平均应力水平在压缩时倾向于增加，而在拉伸时倾向于减小；第三是主应力方向的旋转并且改变了平均有效应力。

由于通常第二和第三原因引起的抗拔和抗压承载力差值较小，通常可以忽略不计。因此，本发明重点考虑到土体泊松比效应引起的有效应力变化，进而导致钢管桩在抗压和抗拔两种情况下的承载力差异。

一种适用于大型钢管桩基础的抗拔/抗压承载力比值计算方法，其特征在于：所述适用于大型钢管桩基础的抗拔/抗压承载力比值计算方法包括如下步骤：

S1、计算土体泊松效应引起的有效应力的变化：

其中，Δτ为土体泊松效应引起的有效应力的变化；G是钢管桩周围土体的剪切模量；ν_p是钢管桩的泊松比；ε_p是钢管桩的轴向应变；E_p和A_p分别是钢管桩的杨氏模量和截面面积；δ钢管桩与土接触界面的摩擦角；P为钢管桩受到的竖向荷载；

S2、考虑力的平衡，垂直方向的作用力由钢管桩的端部承载力q和侧摩擦力(τ₀+Δτ)共同承担：

其中，P为钢管桩受到的竖向荷载；Δq为端部承载力的变化值；τ₀为初始侧摩擦力；d 是钢管桩的直径，z是垂直方向的坐标；L是钢管桩嵌入长度；