基于截面优化和三维计算技术的单桩性能自动分析方法

赵志鹏; 曲占斐; 王战; 陈卓尔; 张学丽

doi:10.20033/j.1003-7241.(2026)10-0092-05

自动化技术与应用 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (10) : 92 -96. DOI: 10.20033/j.1003-7241.(2026)10-0092-05

基于截面优化和三维计算技术的单桩性能自动分析方法

赵志鹏, 曲占斐, 王战, 陈卓尔, 张学丽

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摘要

针对建筑工程中传统单桩性能分析依赖经验模型，存在精度不足、计算烦琐、难以适配复杂桩体形变与桩土作用特征的问题，提出一种融合截面优化与三维计算技术的单桩性能自动分析方法，实现桩基性能高效、精准评估。该方法通过设备采集桩体点云数据，经样条插值修正、曲面拟合完成桩身截面参数优化；依托三维有限元建模与差异化网格划分，结合桩土受力机理构建非线性求解模型，借助MATLAB实现单桩弹性、弹塑性阶段性能自动化计算分析。为验证方法有效性，选取海上风电、铁路桥工程单桩为研究对象，与动测法、Midas法开展对比分析。结果表明，所提方法计算效率显著提升，在计算速度方面，优化三维法在分析总高度10 m时，海上风电场景耗时仅19.9 s,铁路桥场景仅8.9 s,均显著快于对比方法。在三维计算结果可视化中，该方法成功展示了桩径2、4、6、8 m下单桩在对应扭矩荷载下的等效塑性应变分布，最大值从2.496增至4.640,规律清晰。在准确率方面，对于桩头转角，优化三维法在7 m以下桩径上准确率保持在99.78%以上，最高达99.92%;对于水平位移，准确率在99.84%～99.93%之间波动，整体优于动测法和Midas法。