基于桩锚支护结构设计与优化

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1、北方交通大学硕士学位论文桩锚支护结构设计与优化姓名：况昌鹏申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：赵有明;刘建坤2002.2.1摘要Y476973深基坑工程是岩土工程实践性和理论性很强的岩土工程问题。本文分析研究了深基坑工程的支护特点、支护方式、以及侧土压力的计算理论。应用杆系有限元法计算了支护结构的内力和变形，并针对桩锚支护结构进行了计算分析。本文应用最优化理论对桩锚支护结构进行优化设计计算，建立了以支护结构内力、位移或造价作为目标函数，以锚杆位置、锚杆的水平刚度等作为设计变量，同时锚杆位置限制等作为约束条件的优化设计计算模型。优化设计算法采用了复合形法和混

2、合惩罚函数法。本文采用c++语言良好的功能和面向对象的原理编制了支护结构计算程序及优化算法程序，能方便的应用于实际工程。关键词：丛坑工程数值计算锚桩AbstractDeepFoundationPitEngineeringisa矗eldwithbothstrongpracticalandtheoreticalprobleminGeoteehnicalEng／neering．Thethesisstudiesthecharacteristicsofdeeppitsupporting，supportingmodeandtheoriesoflateralsoilpress

3、ure．Framedsystemfinite-elementmethodisadoptedtocalculatethcinternalforceanddeformationofsupportingstructuresandanchor-pilesupportingstructuresisanalyzed．Intllisthesis．theoptimumtheoryiSusedtodotheoptimumcalculationanddesignforanchor-pilesupportingstmctur龉．n摇mathematicalmodeIforoptimu

4、mdesignisfoundedwiththeinternalforce。displacementorcostasobiectfunction，thelocationandhorizontalstiffnessofanchorsasdesignvariablesandrestrictionsofanchorlocationasconstrainingconditions．necomplexmethodandmixedpunishfunctionmethodareadoptedastheoptimumdesignmethod．UsingC-6+languagewh

5、ichhasexcellentfunctionsandobject-orientedprinciple，programsforthecalculationandoptimumdesignofsupportingstructuresareofferedandcanbeusedinpracticeconveniently．KeywordsFoundationPitEngineering；NumericalComputation：OptimumDesign；Anchoredpile1．1基坑工程概述第一章绪论新的世纪是天空、海洋和地下的世纪。地下空间的开发利用、高层建

6、筑的建设，使得基坑工程成为一种必然。基坑支护是基坑工程中非常重要的研究内容。随着大量工程实践和研究，基坑支护结构的类型有了很大的发展，目前常采用的主要类型有：(1)放坡开挖及简易支护。在边坡稳定性较好，地基土质较好，开挖深度不深，且有较开阔的工作空间时较常采用，是基坑工程中首先要考虑的一种方法。(2)重力式支护结构。如格构式水泥土深层搅拌桩支护。其特点是采用桩与土形成的块体自重抵抗土体的侧向推力，不需要支撑，基坑内挖土施工方便，搅拌桩施工时无环境污染(无噪声、无振动、无排污)，造价低廉且防渗性好，但这种支护结构往往要求基坑周固有一定间距布置搅拌桩，适用于深度不大

7、的基坑。(3)悬臂式支护结构。如钢板桩，钢筋混凝土桩，地下连续墙等形式，主要靠足够的入土深度和结构的抗弯能力来维持接体稳定和结构安全。(4)内支撑式支护结构。这种支护结构由支护结构体系和内撑体系两部分组成。内撑体系可以采用水平支撑和斜支撑。根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑、多层水平支撑等多种形式。内支撑形式能够适用于各种土层和基坑深度。(5)桩锚式支护结构。主要由支护结构体系和锚拉体系两部分组成。这种支护结构对控制基坑周边地层的变形较可靠。能够提供开阔的基坑工作空间，但桩锚支护结构需要有足够的场地设置锚杆，即需要土层能提供较大的锚固力，且造价相对要高一些。(

8、6)土钉墙支护结构。土钉