(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 202210629455.4 (22)申请日 2022.06.01 (71)申请人 江苏东南特种技 术工程有限公司 地址 210000 江苏省南京市丹 凤街19号恒 基中心公寓A座四楼40 5B 申请人 东南大学 (72)发明人 李今保　李欣瞳　李碧卿　姜涛　 朱俊杰　李龙卿　朱虹　陈德根　 吴畅　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 纪德虎 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01)E02D 33/00(2006.01) E02D 5/30(2006.01) (54)发明名称 一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力 的方法 (57)摘要 本发明公开了一种通过模拟开槽过程预测 预制管桩应力的方法， 实施步骤如下： 利用 ABAQUS分析桩在不同形状参数、 荷载参数、 材料 参数下的应力释放规律； 选取预制桩进行对比试 验； 根据试验数据修正有限元数据误差； 通过参 数化数据库建立预测模型对实际工程桩应力进 行测定。 该方法与超声波检测法相比更准确且支 持对桩工作应力检测； 与环孔法相比对结构破坏 更小， 可以检测管桩应力； 与现有开槽法相比， 不 局限于应力完全释放点， 自由度更高。 现有检测 方法均针对 方圆形结构开槽， 而大量实验发现管 桩应力释放规律特殊， 现有方法已无法适用。 该 方法操作简单便于实施， 结果可靠性强， 可以实 现对桩身应力的准确测量， 在建筑检测及加固纠 偏领域中起到 重要作用。 权利要求书3页 说明书10页 附图6页 CN 115017583 A 2022.09.06 CN 115017583 A 1.一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤1、 分析应力释放规律： 通过ABAQUS仿真行为对上下开槽释放桩身应力的行为进行 过程模拟， 确定理想情况 下应力释放仿真模型的计算结果； 步骤2、 以现场试验的方法对步骤1中仿真模型进行修 正； 步骤3、 通过修 正后的数据库建立对开槽检测预制管桩 桩身应力的预测模型公式； 步骤4、 对工作应力状态下的桩进行应力释放并通过 预测模型公式测定应力。 2.根据权利要求1所述的一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法， 其特征在 于： 步骤1中具体包括以下步骤： 步骤1A1、 建立应力释放开槽过程的仿真模型： 针对不同型号的预制构件， 通过数值模 拟的方法建立应力释放过程的仿真模型； 预制构件模型包括有混凝土桩身模型、 环向箍筋 模型以及纵向钢筋模型， 应力释放 开槽的过程 通过生死 单元法予以实现； 步骤1A2、 通过参数分析方法建立数值仿真结果的数据库： 以影响应力释放结果的变量 为参数进行仿真， 记录不同材料参数、 形状参数、 荷载参数下的应力释放大小结果； 其中材 料参数包括材料泊松比、 材料弹性模量； 形状参数包括开槽宽度、 开槽深度、 开槽间距、 槽口 宽度； 荷载参数包括先张预应力大小与外 部荷载条件； 步骤1A3、 对数据库中数据分组控制变量进行规律分析： 首先保持材料参数与荷载参数 固定以形状参数为变量进 行分析， 然后保持材料参数与形状参数固定以荷载参数为变量进 行分析， 最后保持形状参数与荷载参数固定以材料参数为变量进行分析； 选取应力释放率 作为辅助分析结果的指标， 应力释放率为开槽前后应力变化差值与开槽前初始应力 之比， 用 η表示； 步骤1A4、 采用非线性回归的方法对步骤1A3中的各参数分组进行计算： 其中， 荷载参数 中， 外部荷载条件对应力释放率无影响， 先张预应力大小与应力释放率结果线性相关； 材料 参数中， 材料弹性模量对应力释放率无影响， 泊松比与应力释放率呈二次函数关系， 考虑到 本方法主要应用于预制混凝土结构 中， 材料泊松比固定， 故预测模型公式不以泊松比为变 量； 形状参数中各参数对应力释放结果的影响呈指数变化关系； 综上， 建立 非线性回归方程 如下： 式中， η1为应力释放率预测结果； s为先张预应力大小， 由预制厂张拉预应力值大小确 定； d为应力释放法开槽深度； x为应力释放法开槽宽度； y为应力释放法开槽间距； A、 B、 C、 D、 E均为系数， 系数由非线性回归计算确定； 步骤1A5、 将步骤1A2中的参数与结果数据导入模型公式中进行回归计算， 可以得到步 骤1A4中的A ～E系数， 最终得到对应结构的应力释放 率预测模型公式。 3.根据权利要求1所述的一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法， 其特征在 于： 步骤2具体包括如下步骤： 步骤2A1、 在试验室环境或工程环境下对管桩进行开槽： 在桩身合适位置架设力传感 器； 对目标测区进 行清洗以保证测区的饱满平滑； 粘贴应变检测工具， 其中应变计与应变片权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115017583 A 2需沿竖向粘贴于测区中心； 在持荷情况下进 行切割开槽， 开槽时需要保证槽深一致， 两槽上 下对齐； 步骤2A2、 通过力传感器记录外部荷载条件： 通过深度游标卡尺测定形状参数包括 开槽深度、 开槽宽度、 开槽间距与槽口宽度数据； 先张预应力大小、 材料参数数据查看出厂 报告； 记录数据作为试验应力释放结果； 步骤2A3、 对试验应力释放结果与数值仿真应力释放率结果进行平均化修正， 得到应力 释放的修 正系数K。 4.根据权利要求1所述的一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法， 其特征在 于： 步骤3中通过修 正后的参数建立预测模型公式如下： 式中， η为修正后的应力释放 率预测结果。 5.根据权利要求1所述的一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法， 其特征在 于： 步骤4具体步骤为： 对目标桩进行步骤2中的开槽及数据测定工作； 将测得的应力释放 率、 荷载参数、 形状参数输入步骤三中的公式得到预测的应力释放率； 利用弹性模量计算 公 式计算得 出该目标测区的应力σ， 计算 步骤如下： 式中， Δσ 为目标测区在开槽前后的应力变化差值， 由公式Δσ ＝E ·Δε计算得到； η由 步骤3中公式以及本步骤中测定的开槽尺寸参数确定； E为目标管桩的混凝土弹性模量， 根 据管桩的桩身混凝 土强度查 规范可得。 6.根据权利要求1所述的一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法， 其特征在 于： 步骤1中所述关系式中的参数 随桩型变化而变化， 针对不同型号管桩， 分别进行ABAQUS 有限元计算， 获得相应的参数。 7.根据权利要求2所述的一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法， 其特征在 于： 步骤1A2中开槽宽度、 开槽深度、 开槽间距以及先张的预应力大小对结果影响较大， 以至 少5mm为梯度 精细化建立模型； 生产时张拉预应力大小对 结果亦有明显影响， 需精细化张拉 预应力参数； 槽口宽度、 外部荷载条件、 桩身材料弹性模量对结果影响较小， 参数化建模时 应减少该参数数量； 由于混凝土材料泊松比十分固定而不予分析， 将此方法应用于钢 结构 等其他材料中时需对泊松比进行精细化的参数分析。 8.根据权利要求3所述的一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法， 其特征在 于： 步骤2中， 用以进行修正的试验至少3次试验为一组， 以消除个体误差对修正系数的影 响； 经过反复比对试验数据， 在切割完成后静置60s以上进行读数， 以减小切割后振动带来 的读数误差 。 9.根据权利要求3所述的一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法， 其特征在 于： 步骤2A1中， 开槽形状需保证上下平行对齐； 开槽过程中使用的开槽工具优选GNS ‑8169 开槽机一类可固定开槽深度的机器， 以保证开槽深度固定 。 10.根据权利要求3所述的一种通过模拟开槽过程预测预制管桩应力的方法， 其特征在权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115017583 A 3