深基坑桩锚支护系统的计算与优化

摘要

随着高层建筑及地下工程的大量兴建，基坑工程越来越多，其设计与施工难度越来越大，如何在保证基坑安全的情况下，尽可能降低基坑支护结构的造价，已成为基坑支护设计者必须解决的一个问题。传统的土压力理论是以土体处于极限平衡状态时，滑动面是直线滑动面为基础的。而土体处于极限平衡状态时，实际的滑动面是曲线滑动面。本文在介绍传统土压力理论的基础上，引入文献[20]中基于普朗特尔滑动面所推导出的普朗特尔滑动面土压力公式。并分别将普朗特尔滑动面土压力公式、朗肯土压力公式与桩锚支护系统的常用计算方法：等值梁法、简化m法，及弹性杆系有限元法相结合，用MATLAB编制计算程序。将这些程序用于工程实例的计算中去。利用MATLAB编制一系列计算模块与MATLAB的优化计算功能相结合，对工程实例中的桩锚支护结构进行优化计算。 在完成上述一系列计算后得以下结论： 1．当采用等值梁法与普朗特尔滑动面土压力公式相结合计算得到的支护桩的桩身最大弯矩远小于朗肯土压力公式与等值梁法相结合计算所得结果。 2．当采用简化m法与普朗特尔滑动面土压力公式相结合时，计算所得的桩身最大正弯矩与实测值比较接近，最大负弯矩比实测值稍大；当采用简化m法与朗肯土压力公式相结合时，计算所得的桩身最大正弯矩、最大负弯矩与实测值相比都偏大。 3．当采用普朗特尔滑动面土压力公式与弹性地基杆系有限元法相结合计算所得支护桩桩身的最大正弯矩值比实测值偏小，采用朗肯土压力公式与弹性地基杆系有限元法相结合计算所得支护桩桩身的最大正弯矩值比实测值偏大。 4．在进行桩锚支护结构优化计算时，若相应的优化目标计算模块中使用的土压力计算公式不同，则优化目标计算结果不同。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1前言

1.2基坑工程及其特点

1.3基坑支护工程的设计

1.3.1土压力理论

1.3.2支护设计理论

1.3.3数值分析方法

1.4 MATLAB语言

1.4.1 MATLAB基本概念

1.4.2 MATLAB语言的特点及应用

1.4.3 MATLAB语言的运行环境

1.5本文的主要内容

第二章深基坑计算理论

2.1土压力的分类

2.2土压力计算理论

2.2.1静止土压力的计算

2.2.2 Rankine土压力理论

2.2.3 Coulomb土压力理论

2.2.4普朗特尔滑动面土压力公式

2.2.5特殊条件下的土压力计算

2.3多道锚杆支护桩设计计算理论

2.3.1锚杆支护桩的受力机理

2.3.2多锚支护桩的计算

2.3.3简化m法

2.3.4弹性地基杆系有限元法

第三章基于MATLAB的双支点桩锚支护计算

3.1程序设计

3.1.1 M文件

3.1.2程序控制语句

3.2程序容错处理

3.3土压力计算程序开发

3.3.1计算方法

3.3.2基坑外侧竖向应力标准值

3.3.3程序设计

3.4基于简化m法的多层桩锚支护系统计算

3.4.1计算方法

3.4.2工程算例

3.5弹性地基杆系有限元法程序结构与实现

第四章工程实例

4.1工程概况

4.2场地地质情况

4.3计算分析模型及计算参数确定

4.3.1计算模型

4.3.2工况确定

4.3.3等值梁法内力计算结果

4.3.4简化m法计算方法

4.3.5简化m法计算结果

4.4弹性地基杆系有限元法计算结果

4.5计算分析结果与实测结果对比

第五章深基坑优化设计理论

5.1优化理论简述

5.2桩锚支护结构优化设计模型建立

5.2.1结构计算方法的确立

5.2.2基本参数和约束条件的确立

5.3 Matlab中单目标多变量求解方法

5.4工程实例

5.4.1优化计算分析步骤

5.4.2优化计算基本步骤

5.4.3分别以变形和桩身最大弯矩为单目标的深基坑设计优化

5.4.4优化计算结果分析

第六章结论及展望

6.1结论

6.2不足

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文