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原文传递基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法

专利名称：	基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法
摘要：	本发明公开了一种基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，包括以下步骤：步骤1，构建基坑桩撑支护结构的可行域；步骤2，构建噪声因素集合；步骤3，利用FLAC3D软件对基坑开挖过程进行仿真，得到系统响应结果；步骤4，计算基坑桩撑支护结构的鲁棒性度量指标；步骤5，计算基坑桩撑支护结构的成本；步骤6，根据成本和鲁棒性度量指标绘制帕累托前沿；步骤7，应用牺牲收益率获得帕累托前沿的膝点，即最优的基坑桩撑支护结构设计方案；本发明通过对帕累托前沿的点进行筛选，弱化了相近点对膝点选择的影响，对膝点进行多重筛选避免陷入局部最优的困境，本发明在膝点筛选时对帕累托前沿的形状、曲线拟合依赖小，筛选结果准确、可靠。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	石家庄铁道大学
发明人：	王景春;孙双喜;何玉华;林佳秀;何旭升;王炳华;黄钟晖;张世荣;孟庆军;杨磊;李晓峰
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910430523.2
公开号：	CN110130362A
代理机构：	西安知诚思迈知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	麦春明
分类号：	E02D17/04(2006.01);E;E02;E02D;E02D17
申请人地址：	050043 河北省石家庄市长安区北二环东路17号
主权项：	1.基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，根据钻孔灌注桩的布置形式、深度及所用的混凝土类型，内支撑形式及所用混凝土类型和立柱布置形式设计基坑桩撑支护结构，形成基坑桩撑支护结构的设计方案可行域；步骤2，采集桩撑支护结构架设的基坑各土层密度、粘聚力和内摩擦角值作为基坑不确定性参数，对基坑不确定性参数进行组合，得到噪声因素集合；步骤3，应用FLAC3D软件对基坑的开挖过程进行模拟仿真，模拟仿真中桩撑支护结构的设计选自设计方案可行域，基坑的不确定性参数选自噪声因素集合，提取仿真前后仿真基坑地连墙某点的水平位移变化值作为系统响应结果Result1，提取仿真基坑外侧土体某点的沉降位移变化值作为系统响应结果Result2，提取仿真基坑底部某点的隆起位移变化值作为系统响应结果Result3；步骤4，分别计算基坑桩撑支护结构模拟系统响应结果Result1、Result2和Result3的标准差，记作σ1、σ2和σ3，对系统响应结果标准差σ1、σ2和σ3进行组合得到组合标准差σ，将组合标准差σ作为基坑桩撑支护结构的鲁棒性度量指标；步骤5，计算基坑桩撑支护结构设计方案可行域内所有桩撑支护结构的成本，基坑桩撑支护结构的总成本为钻孔灌注桩成本、内支撑成本与立柱成本之和，计算如公式(1)所示： C＝C1+C2+C3 (1) 公式(1)中C表示基坑桩撑支护结构的总成本，C1表示钻孔灌注桩成本，C2表示内支撑成本，C3表示立柱成本；步骤6，以基坑桩撑支护结构的成本为横坐标、以组合标准差σ为纵坐标建立基坑桩撑支护结构设计方案的散点图，根据成本和组合标准差越小所得结果越优的原则，连接散点图中的散点构成帕累托前沿；步骤7，应用牺牲收益率法计算帕累托前沿的唯一最优解-膝点，根据最优解-膝点对应获得成本最低、鲁棒性最优的基坑桩撑支护结构设计方案；所述牺牲收益率法包括以下步骤：步骤71，对帕累托前沿上的点进行计算，判断两个点是否为相近点，若是，则一个点为另一个点的影点，需剔除影点，若不是，则保留这两个点；步骤72，对剔除影点后帕累托前沿上的各个点进行比率计算，比率计算包括横纵坐标的变化值计算、牺牲收益率计算和双比率计算；步骤73，利用421结果筛选方法对比率计算结果进行筛选获得膝点，判断膝点是否存在影点，若存在影点则将影点纳入最优解的范围，若不存在影点则膝点作为唯一的最优解，膝点所对应的基坑桩撑支护结构设计方案即为最优方案。 2.根据权利要求1所述的基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，其特征在于，所述步骤4中组合标准差σ的计算如公式(2)所示：公式(2)中k1、k2、k3分别表示σ1、σ2、σ3的归一化系数，为σ1的最大值，为σ1的最小值，Δσ1为与的差值，为σ2的最大值，为σ2的最小值，Δσ2为与的差值，为σ3的最大值，为σ3的最小值，Δσ3为与的差值。 3.根据权利要求1所述的基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，其特征在于，所述步骤5中钻孔灌注桩成本C1的计算如公式(3)所示：公式(3)中h表示钻孔灌注桩等效为地连墙的厚度，d表示钻孔灌注桩等效为地连墙的长度，l表示钻孔灌注桩深度，表示钻孔灌注桩折算后每立方米混凝土的单价；内支撑成本C2的计算如公式(4)所示：公式(4)中V表示内支撑体积，N表示水平方向内支撑间距，表示折算后内支撑混凝土折算价格；立柱成本C3的计算如公式(5)所示：公式(5)中V'表示立柱体积，N'表示水平方向立柱间距，表示立柱混凝土折算价格，m表示立柱排数。 4.根据权利要求1所述的基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，其特征在于，所述相近点的判断条件如公式(6)所示：公式(6)中Oi-1、Oi、Oi+1和Oi+2分别表示帕累托前沿上相邻的四个点，Oi-1Oi表示点Oi-1与点Oi的直线距离，OiOi+1表示点Oi与点Oi+1的直线距离，Oi+1Oi+2表示点Oi+1与点Oi+2的直线距离。 5.根据权利要求1所述的基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，其特征在于，所述比率计算过程如下：步骤721，分别计算点Oi-1到点Oi、点Oi到点Oi+1的横坐标变化值，计算过程如公式(7)所示： Si-1,i＝xi-xi-1；Si,i+1＝xi+1-xi (7) 公式(7)中Si-1,i表示点Oi-1到点Oi的横坐标变化值，Si,i+1表示点Oi到点Oi+1的横坐标变化值，xi-1、xi、xi+1分别表示点Oi-1、点Oi、点Oi+1的横坐标；步骤722，分别计算点Oi-1到点Oi、点Oi到点Oi+1的纵坐标变化值，计算过程如公式(8)所示： Gi-1,i＝yi-1-yi；Gi,i+1＝yi-yi+1 (8) 公式(8)中Gi-1,i表示点Oi-1到点Oi的纵坐标变化值，Gi,i+1 Si,i+1表示点Oi到点Oi+1的纵坐标变化值，yi-1、yi、yi+1分别表示点Oi-1、点Oi、点Oi+1的纵坐标；步骤723，分别计算点Oi-1到点Oi、点Oi到点Oi+1的牺牲收益率，牺牲收益率计算过程如公式(9)所示：公式(9)中Ri-1,i表示点Oi-1到点Oi的牺牲收益率，Ri,i+1表示点Oi到点Oi+1的牺牲收益率；步骤724，根据牺牲收益率计算点Oi的双比率，若双比率的值大于1，代表有必要从点Oi-1转换到点Oi，但没有必要从点Oi转换到点Oi+1，即点Oi达到了局部最优，点Oi的双比率具体计算如公式(10)所示：公式(10)中DRi表示点Oi的双比率。 6.根据权利要求5所述的基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，其特征在于，所述步骤724中计算双比率时，默认帕累托前沿首尾点的双比率为1。 7.根据权利要求1所述的基于牺牲收益率的桩撑支护结构筛选方法，其特征在于，所述步骤73筛选膝点的过程如下：首先将双比率按照从大到小进行排序筛选出双比率最大的前四个点；然后对这四个点的牺牲收益率进行从大到小排序，筛选出牺牲收益率最大的两个点；最后选取与相邻点纵坐标距离较大的点作为最终的膝点，该点所代表的基坑桩撑支护结构设计方案的成本最低、鲁棒性最好。
所属类别：	发明专利