(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211167323.0 (22)申请日 2022.09.23 (71)申请人 中铁建发展集团有限公司 地址 100043 北京市石景山区石景山路2 2 号万商大厦裙楼6层686号 申请人 中铁建设集团有限公司 (72)发明人 冯姗　吕剑锋　贾洪　于程水　 董磊　 (74)专利代理 机构 北京壹川鸣知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 11765 专利代理师 王玉霜 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) E02D 5/34(2006.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种大直径 环型基桩的力学性能模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种大直径环型基桩的力学 性能模拟方法， 包括确定模型实验相关关系及方 案、 建立模型桩、 制备模 型桩周土材料、 制备模型 箱、 实验设备安装及加载、 模型实验结果分析和 结果对比分析。 本发明的有益效果是： 通过对桩 身沉降， 承载力和压缩量三个方面进行描述， 并 以数值模拟实验的结果规律做 参考指导， 多角度 论证， 综合考量， 最终判定环型桩、 承载性能和力 学性能均可以达到与传统实心桩的相同的程度， 并应用在实际工程中， 为验证环型桩的力学性能 随厚径比K的变化， 在本次课题设定的厚径比范 围中， 混凝土的节省量范围为0％～68％， 充分证 明环型桩能够在保证承 载力满足要的情况下， 做 到节省大量建 筑材料， 降低施工成本的要求。 权利要求书2页 说明书18页 附图7页 CN 115481478 A 2022.12.16 CN 115481478 A 1.一种大直径 环型基桩的力学性能模拟方法， 其特 征在于： 所述大直径 环型基桩 包括： 桩体(1)， 其由混凝 土浇筑而成， 并呈圆柱状， 所述桩体(1)中心处为中空的桩芯(2)； 预埋钢筋笼(3)， 其 埋设在所述桩体(1)的混凝 土中； 其力学性能模拟方法包括： 步骤一、 确定模型实验相关 关系及方案 确定模型实验的相似系数， 使实验模型尺寸的大小根据相似系数对工程原型结构进行 等比例缩小， 其中， 模型实验以厚径比作为第一标准， 混凝土节省量作为第二标准， 模型桩 外径作为固定量， 通过改变模型桩的空心内径进行模拟实验； 步骤二、 建立模型桩， 根据所确定的相似系数以及实验方案， 用C30混凝土和钢筋笼浇 筑相应尺寸的模型桩； 步骤三、 制备模型桩周土材料， 根据原型工程的场 地地勘报告， 制备与原型工程场地相 似的模型桩周土材 料； 步骤四、 制备模型箱， 制备的模型箱采用筒壁受力均匀， 不易发生变形的圆柱体形状， 并添加防止应力松弛的加劲 肋； 步骤五、 实验设备安装及加载， 将用于进行实验的设备以及进行检测的装置安装在所 制备的模拟桩上， 施加始终维持在相应的大小荷载， 完成全部的模型桩静载实验， 并收集检 测数据； 步骤六、 模型实验结果分析， 根据所获得的模型实验数据， 对模型桩分别进行模型桩沉 降规律分析、 模型桩桩身压缩规律分析、 模型桩桩身应变规律分析、 模型桩桩身轴应力规律 分析； 步骤七、 结果对比分析， 将模型实验中模型桩的受力数据按照相似系数进行扩大， 即可 得到还原后的实际工程的相关数据， 进而进 行桩身沉降及 承载力对比分析以及 桩身压缩性 对比分析。 2.根据权利要求1所述的一种大直径环型基桩的力学性能模拟方法， 其特征在于： 所述 步骤二中， 建立模型桩的钢筋笼部分按照 《JGJ94 ‑2008建筑桩基技术规范》 中的规定， 以 HPB300作为配筋， 配筋率为0.65％， 单根模型桩的钢筋配筋截面积为1276mm2， 据此选用直 径为8mm的带肋圆形钢筋作为钢筋笼的纵筋， 箍筋部分选用5mm 的带肋圆形钢筋， 采用螺旋 式捆绑， 每圈箍筋的间距为15 0mm。 3.根据权利要求1所述的一种大直径环型基桩的力学性能模拟方法， 其特征在于： 所述 步骤三中， 所述模型桩周土材料 的土层从上到下分为七种不同粒径的碎石土层， 且选用粗 砂+小碎石混合的土模拟碎石层， 并添加水， 使其潮湿。 4.根据权利要求1所述的一种大直径环型基桩的力学性能模拟方法， 其特征在于： 所述 步骤四中， 模型箱包括箱体和基准梁， 其中： 箱体的筒身由5mm厚的钢板卷焊而成， 圆筒直径1000mm， 高2000mm， 筒底是一块直径 990mm厚20mm的钢板， 与筒 身焊接， 将筒底封死； 基准梁由厚度为2mm的方形钢管弯折焊接而成， 圆环周围焊接有四个连杆通过螺栓固 定在筒身， 保证基准梁固定不动。 5.根据权利要求1所述的一种大直径环型基桩的力学性能模拟方法， 其特征在于： 所述权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115481478 A 2步骤五中， 实验设备包括由反力架和油压千斤顶组成的加载装置以及由激光式位移计和拉线式 位移计组成的测量传感器； 测量数据的采集通过 “岩土工程结构测位远程实时监测系统 ”及配套采集箱进行两种 位移计和土 压力计的数据采集； DH3816N静态应 变测试采集系统进行应 变片和顶部 压力传感器的数据采集； 所述加载包括： ①将模型箱放置在 反力架正下方， 先倒入50cm高的土， 这一部分土作为桩端的承压土， 需要混入小石块和水， 并用木槌夯实， 提高固结程度， 在土层的表面正中间水平摆放好4个 土压力计； ②吊入第一根实心模型桩， 均匀地压在土压力计上， 填入桩周土至距离桩顶230mm的位 置， 并夯实； ③安装基准梁， 连接钢丝和拉线式位移传感器， 并用磁力支座固定， 保证钢丝的可移动 部分与桩身平行； ④放置橡胶垫， 承压板， 传力柱和油压千斤顶， 在承压板上放置4片硬铁片， 并伸长至激 光式位移传感器的正上 方； ⑤导线连接采集仪， 平衡传感器； ⑥按照荷载施加表施加荷载， 保证荷载始终维持在相应的大小， 按照上述流程完成全 部的模型桩静载实验。 6.根据权利要求1所述的一种大直径环型基桩的力学性能模拟方法， 其特征在于： 所述 步骤六中， 具体包括： 模型桩沉降规律分析， 将每级加载的一小时内的全部变化数据记录下来， 平均每级荷 载持续一小时， 每分钟记录一次， 最后将荷载变化前5分钟内的数据作为实验结果提取出 来， 并将其沉降量与荷载一一对应起来， 即可得到相应的荷载 ‑沉降曲线， 根据单桩极限承 载力的判定方法和模型实验的沉降曲线图， 出现明显陡降段的起始 点视为桩身的极限承载 力； 模型桩桩身压缩规律分析， 将荷载变化前的数据去 除奇点并取平均数， 即可得到桩身 压缩‑荷载曲线， 将得到的桩身压缩量对应当时阶段 处于的荷载绘制表格， 并根据压缩量的 大小排序， 壁厚越薄， 压缩量越大； 模型桩桩身应变规律分析， 根据测得的混凝土应变通过转换关系， 将应变转换成应力， 若低于混凝 土自身材 料的强度， 即可判定该情况 下， 桩身强度满足， 不会 破坏； 模型桩桩身轴应力规律分析， 根据均匀布置在桩底正中心 的4个土压力计测量上部传 来的压力， 用来判断环型桩与实心桩轴向对于上部荷载的传递情况。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115481478 A 3