[发明专利]一种储罐复合地基变刚度调平优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种储罐复合地基变刚度调平优化设计方法，尤其涉及一种基于沉降控制的储罐刚性桩复合地基设计方法。

背景技术

传统的刚性桩复合地基设计是基于承载力控制的设计方法，即采用桩间土承载力特征值和单桩承载力特征值确定复合地基的承载力特征值，再验算沉降和不均匀沉降是否在允许范围内。由于在刚性桩复合地基中桩和桩间土相互作用，桩的承载力大于自由单桩的承载力，桩间土的承载力往往也大于天然地基的承载力，按承载力控制的设计方法往往过于安全。储罐是一种柔性很大的薄板结构，过大的沉降和不均匀沉降会影响储罐的结构受力状态和正常使用，甚至发生事故，必须对储罐地基的整体沉降量、整体倾斜、罐周边的不均匀沉降以及罐中心和罐周边的差异沉降等变形指标加以控制。储罐地基一定范围的均匀沉降对工艺生产影响不大，因此储罐地基的设计理念宜从承载力控制转变为沉降控制。

传统的优化设计方法是设计人员在拟定几个方案后，根据自己和前人的经验以及认识去论证方案的可行性和经济性，这个过程包含了优化设计的概念，在设计人员知识结构范围内，设计方案可能是最优的，但是与设计人员的能力和经验密切相关，特别是对于复杂问题，这种传统的方案比较的设计方法往往不够，需要采用工程最优设计理论定量分析，以期获得最优的设计方案。

影响储罐刚性桩复合地基最主要的因素是桩长，增加复合地基刚性桩的置换率对减小复合地基的沉降贡献不大。现有的刚性桩复合地基设计方法为为等桩长设计，不能很好的迎合地基沉降特点。

发明内容

本发明的目的：为节省储罐地基处理的投资，以及减小储罐地基的差异沉降，从而减小不均匀沉降对罐壁和底板带来的不利影响。

为了解决上述技术问题，建立一种基于沉降控制的储罐刚性桩复合地基空间变刚度调平优化设计方法。所采取的技术方案为：一种储罐刚性桩复合地基变刚度调平优化设计方法，包括以下步骤：

S01计算复合地基的沉降，绘制沉降等值线图，根据储罐复合地基的沉降分布特点，将储罐地基分为沉降核心区或沉降非核心区两部分；

S02根据储罐高度、直径、荷载和罐基地层分布及其物理力学性质，增加沉降核心区的刚度或减小沉降非核心区的刚度或增加核心区的刚度同时减小非核心区的刚度，使二者的沉降差小于设定值；；

S03验算复合地基的整体承载力。

进一步的，通过调整桩长调整核心区和非核心区的刚度。

进一步的，所述核心区为距储罐地基中心0.7R范围内，所述非核心区为距储罐地基中心0.7R处至环墙的环形区，R为储罐半径。

进一步的，核心区和非核心区的初始桩长为l，所述l通过最优化设计方法得出，所述最优化设计方法为：以桩长l和置换率m为设计变量，以s-[s]＝0和γ_RP-P_u≤0为约束条件，以总桩长为目标函数，目标函数最小时得出设计变量值，其中s和[s]分别为储罐地基沉降的计算值和允许值，γ_R为复合地基整体承载力综合分项系数，P为储罐作用于地基的荷载标准值，P_u为基础下复合地基的极限承载力标准值，A为储罐地基的面积；A_p为桩的截面积。

进一步的，所述P_u通过P_u＝f_uA_s+nQ_uk计算，f_u为地基极限承载力标准值；Q_uk为单桩竖向极限承载力标准值；A_s为桩间土的面积；n为桩的根数。

进一步的，所述γ_R取2.0～2.2之间值。

进一步的，所述步骤2中调整核心区和非核心区地基刚度至二者的沉降相等，或者将差异沉降控制在一定范围内。

本发明所产生的有益效果包括：本发明可节省储罐地基处理工程投资，有效减小储罐地基的沉降，特别是减小不均匀沉降，有利于改善储罐结构的受力状态。

附图说明

图1储罐刚性桩复合地基优化设计示意图；

图2等刚度布桩和变刚度布桩结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。