用户在使用GEO5深基坑支护结构分析模块时,在【水平反力系数kh】界面,可以选择多种不同的方法计算土的水平反力系数,如下图所示。在19版中,GEO5又新增了一种方法——自动迭代法。下面就给大家详细介绍该方法。
迭代法建立在如下假设之上,即随着土压力的改变,结构受力状态发生改变时,以变形模量 Edef [MPa]定义的弹性子空间的变形与结构的变形是一致的。根据岩土材料的变形特征通过自动迭代运算得到水平反力系数。
迭代过程中需要找到kh[MN/m3]的一个特定值,使得结构和邻近岩土材料的变形相一致。在GEO5中,迭代法又分为手动迭代法和自动迭代法。其主要区别在于,当kh进行迭代分析时,手动迭代法不考虑结构的塑性变形,而自动迭代法考虑结构的塑性变形。计算无支锚式桩墙第i段的水平反力系数的示意图清楚地显示了手动迭代法的基本原理,如下图:
由于σr –σ随深度不断变化,因此软件对结构的每一段都采用均布荷载 σol [MPa]。然后,再计算作用在整个第i段上的压力变化值( [MPa*m])。这种变化是由从第1到第n段的土压力变化引起的(σol,1 -σol,n)。压力的总变化值Δσi会随结构强度mi*σor,i[MPa]减小。新的弹性刚度的值如下:
岩土材料内部的应力改变由Boussinesque(布辛尼斯克)解确定。在接下来的迭代计算中直接插入新的k值将引起迭代的不稳定 - 因此结构接下来的分析阶段中引入的k值将由水平反力系数初值kp和新值kn共同确定:
当采用迭代法计算水平反力系数时,步骤如下:
(1)计算影响值矩阵,从而可以得到岩土材料某一深度处作用在结构第i段上的土压力总变化值,该变化值由结构其他段的土压力变化引起。
(2)首先为结构前土体假设一个近似的水平反力系数kh -该值呈三角形分布,且结构底段kh=10MN/m3。
(3)对结构受力和变形进行分析。
(4)计算kh的新值并确定下次迭代的新值。
(5)检查迭代结果,弹出“迭代”对话框,等待用户选择继续迭代(“迭代”按钮)还是完成迭代(“完成”按钮)。如果填写了迭代次数n并点击“迭代”按钮,那么将重复n次步骤3和步骤4,然后再进入步骤 5。此时点击对话框中的“完成”按钮将终止迭代。
手动迭代法的迭代过程可以由户控制 - 用户需要判断迭代结果是否符合实际,从而确定合适的迭代次数。自动迭代法则不需要用户输入进一步迭代的次数,软件自动计算水平反力系数kh。
参考文献:
Bartak J.: Progresivni postupy navrhovani pazenych stavebnich jam,VUT Brno, 1991.
关于更多更详细的GEO5中深基坑支护结构分析模土水平反力系数计算方法的介绍,大家可以查阅GEO5的“用户手册/理论/深基坑支护结构分析/土的水平反力系数”章节。
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