(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 202211010985.7 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 华北水利水电大 学 地址 450000 河南省郑州市金 水区北环路 36号 (72)发明人 谢芸菲　苑晨阳　白卫峰　管俊峰　 (74)专利代理 机构 郑州明华专利代理事务所 (普通合伙) 41162 专利代理师 袁艳丽 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种减小桩筏基础不均匀沉降的自动布桩 方法 (57)摘要 本发明公开了一种减小桩筏基础不均匀沉 降的自动布桩方法， 该方法采用变桩距布桩， 将 每根桩定位在恰当的位置， 针对性的承担桩筏基 础产生的不均匀沉降， 对桩筏基础按照 传统设计 方法做初始设计并建立初始模型， 利用计算机模 拟桩筏基础的载荷分析， 结合筏板的沉降投影积 分进行循环优化， 从而对基桩做优化定位。 本发 明可以精细优化至任意两根桩之间的桩间距， 在 优化过程中可以考虑桩土相互作用， 以及土体非 线性特点的影响， 优化结果更加精确， 优化方法 的应用和最终所达到的优化效率受上部结构和 荷载形式的影响较小。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 115329637 A 2022.11.11 CN 115329637 A 1.一种减小桩筏基础不均匀沉降的自动布桩方法， 其特征在于， 包括步骤一： 对桩筏基 础按照传统设计方法做初始设计， 确定基桩数量、 桩径、 桩距、 桩长和筏板厚度的基本参数； 步骤二： 根据步骤一中的基本参数对 桩筏基础进行3D建模； 步骤三： 对3D模型分步施加荷载(不清楚分步包括哪些步骤， 需要补充说明)并进行静 力分析； 步骤四： 提取有限元分析 结果中筏板的沉降曲面z(x,y)； 步骤五： 将沉降曲面z投影到筏板平面上进行积分， 形成结果VT， Araft是筏板平面的面 积； 步骤六： 按照基桩数量(N)对VT沿水平面进行N等分， 即每一个等分块的体积Vi都相等， 等分公式如下， 其中， i＝1,2,3, …,N； Ai是第i个等分块Vi在筏板平面的投影面积； Vi的形心坐标(x， y) 即为承担该部分沉降的第i 根桩优化后的位置； 步骤七： 根据步骤六得到的基桩位置重新进行3D建模， 并重复步骤三到步骤六， 不断对 桩位进行优化， 直至获取满足优化目标。 2.根据权利要求1所述的减小桩筏基础不均匀沉降的自动布桩方法， 其特征在于， 步骤 三施加载荷采用Duncan ‑Chang E‑v本构模型考虑土体的非线性和土层的不均匀特点以及 桩‑土‑筏相互作用。 3.根据权利要求1所述的减小桩筏基础不均匀沉降的自动布桩方法， 其特征在于， 步骤 五选择用离散函数代 替连续函数来表示 筏板沉降曲面， 并用差值函数对该离散沉降曲面进 行充分细化。 4.根据权利要求3所述的减小桩筏基础不均匀沉降的自动布桩方法， 其特征在于， 步骤 六采用中心撒网搜索法(CNSM)， 专门用于对VT进行等分， 离散函 数将筏板沉降曲面细化为Nt 个节点， 中心撒网搜索法(CNSM)包括： 第1步， 从Nt个节点中选择一个点作为固定点(Pfix)； 第2步， 选择与Pfix连线在筏板平面上投影最长的点作为中心点Pi； 第3步， 始终选择离Pi最近的点j(子点Pj)对应的vj连续叠加到vi上， 直到vi+v1+v2+…+vj ≥Vavg， Vavg代表将VT等分成N份后的平均值， 停止 叠加； 第4步， 将已选过的中心点和子点全部删除； 第5步， 重复第2 ‑4步， 直至所有节点全部删除。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115329637 A 2一种减小桩筏基础不均匀沉降的 自动布桩方 法 技术领域 [0001]本发明属于桩筏基础优化设计领域， 该方法通过计算实现自动定位各基桩的最优 位置以减小桩筏基础的不均匀沉降。 背景技术 [0002]桩基础作为高层建筑物、 核电站和高层风力涡轮机等重要建筑物的首选基础类 型， 得益于其在 控制差异沉降、 总沉降以及提高地基承载能力等方面的优势。 较大的设计荷 载或者复杂的上部结构会使基础设计变的更加复杂， 同时会增大基础规模， 需要将大量的 资源分配给基础设计和施工以满足安全要求。 因此， 有必要对建筑物的基础进行优化设计 以实现一定的成本效益。 [0003]研究表明， 桩筏基础在采用变桩长、 变桩径和变桩距优化设计后， 其差异沉降可以 得到减小， 基桩顶部的荷载也得到重新分配。 因此， 通过改变群桩自身物理特性来 实现桩筏 基础优化设计是有效的， 然而现有桩筏基础优化设计方法的实用性和优化效率的稳定性等 方面仍存在一定的局限性。 [0004]变桩距优化设计相比传统均匀布桩设计的区别在于群桩中各基桩之间的间距不 是一成不变的。 常见的变桩距优化设计多为分区域变桩， 区域与区域之间的桩距不同， 但是 同一区域内的桩距是相同的。 然而， 受桩土相互作用和荷载类型的影响， 各基桩 所承担的荷 载均不相同， 说明现有的变桩距优化设计方法还有一定的改进空间。 因此， 采用精细化变桩 距实现更高优化效率的方法有 待进一步研究。 发明内容 [0005]针对各基桩所承担 的荷载不相同， 导致基桩之间桩距不 同， 需要精细化变桩距实 现更高优化效率的问题， 本发明提出一种减小桩筏基础不均匀 沉降的自动布桩方法， 该方 法采用变桩距布桩， 将每根桩定位在恰当的位置， 针对性的托起桩筏基础产生的不均匀 沉 降。 [0006]本发明解决其技术问题所采用的具体技术方案如下： 一种减小桩筏基础不均匀沉 降的自动布桩方法， 包括： [0007]步骤一： 对桩筏基础按照传统设计方法做初始设计， 初始设置方法不考虑桩筏的 受力以及外部因素， 采取桩长、 桩径和桩间距都相等的等刚度均匀布桩方式进 行设置， 从而 确定基桩数量、 桩径、 桩距、 桩长和筏板厚度等基本参数； [0008]步骤二： 根据步骤一中的基本参数对 桩筏基础进行3D建模； [0009]步骤三： 对3D模型分步施加荷载进行静力分析， 施加的载荷在于模拟桩筏真实状 况下的受力状况； [0010]步骤四： 对施加载荷的3D模型做有限元分析， 并提取有限元分析结果中筏板的沉 降曲面z(x,y)； [0011]步骤五： 将沉降曲面z投影到筏板平面上进行积分， 形 成结果VT， Araft是筏板平面的说　明　书 1/6 页 3 CN 115329637 A 3