单桩结构物的计算方式分解.doc

单桩结构物的计算方法 港口工程一般多处于软弱地基，所以在某 些情况下采用桩基础是合理的，但有时候遇到 轴向力和弯矩并不太大，而对沉降又必须控制，不能过大的情况下，一般也采用桩基础，且每 一桩台下仍然布置二根甚至三根桩，而实际上 只需要一根桩即能满足要求。还有一种情况是 在某些沿海地区，须将桩尖打至较深的硬土层，桩比较长，相应其承载力也大，为了充分利用 桩的承载能力以使到较好的经济效果，每一桩 下布置一根桩也就可以了。根据以上情况，从 六十年代初我们就大量地采用单桩基础，收刊 了良好的效果。如在港口工程中的大型仓库（ 天津新港302轻型仓库、湛江港652仓库）和 一些构筑物如栈桥等，必及修造船厂中的工业建筑物(如新河船厂轮机车问、锻工车间等……)都采用了单桩基础。经过多年的实践证明，在 技术上是可靠的，在经济上是合理的，所以单 桩基础是较好的基础型式之一。 一、桩基础的功能特点 过去只是把桩和桩台做为建（构）筑物的 基础，它的功能是承受上部结构的荷载并将其 （包括轴向力和弯矩）以轴向力的形式由桩承 受传给地基土层，而水平力则由承台和基础梁 等构件处的土压力来承担。随着桩基础的广泛 应用，并在实际工程中由过去采用木桩而逐步 大量采用钢筋混凝土桩、予应力钢筋混凝土桩 和钢桩（近年来，现场灌注桩也得到很大的发 展）。另一方面随着科学技术的进步，也促使 桩基础的计算方法不断改进，摆了木桩时代按 单桩承载力的设计方法，不再把桩仅理解为支 承上部结构的基础，而是把上部结构和桩作 为一个整体来考虑。这样桩不但承受垂直力， 还需要考虑承受水平力和弯矩，充分发挥桩 材料的性能。 =、桩结构物的计算方法 过去，把基础看成绝对不动的构件，即把 连接桩的承台考虑为刚体，忽略桩顶的位移 (包括角位移)，故一般是先决定上部基本结 构体系并假定构件截面寸尺，再计算在外荷载 （自重、风、雪、地震、吊车……)作用下各 构件的内力和变形(对于超静定结构，需要反 复进行计算)；确定经济断面尺寸，然后根据 上部结构的计算结果传递给基础的力(包括垂 直力、水平力和弯矩)进行基础设计(布置桩 位、假定桩长和桩截面尺寸、复核桩的承载 力)。其计算的基本假定是上部结构(如柱)在 基础顶面处完全固定，把桩台作为刚体，根 据上部结构计算出的轴向力和把弯矩转换的 轴向力完全由桩承受(不考虑承台底面的承载 力)．而水平力则由承台侧面的土压力抵抗。 重要的问题是，必须明确在满足什么条件时。 上述假定和计算方法才能成立，才可以这样简 化，否则将得出错误的结论，是非常危险的。 另一种分析方法是把上部结构、承台和桩 等作为一个整体，考虑地基与桩的相互作用， 分析在外荷载作用下各构件的内力和变形。其 结果，作为卜部结构支点的桩承台，就会产生 位移和转角。当然计算中仍然假定地基为线性 变形休．上邵结构和桩也都视为线性弹性体结 构，这种计算方法，显然比前一种方法更合理， 式中起始参数可由四个边界条件决定。 2、土中部分桩（见图2）的挠曲微分方程式为：……（6） 式中：—作用于桩上（每单位长度）的 水平分布荷载； —作用于桩上每单位长度的反力 一般情况下=0,则得： 图2 ……（7） 桩上每单位长度的反力一般用 桩的单位面积地基反力强度p(x,y)表示： 式中：B—桩的宽度； 将土体假定为弹性体，弹性地基反力法 是指对应于桩的位移y所产生的地基反力，即 或 式中：k—由土的弹性性质决定的系数； N≠1 —非线性弹性地基反力法； N=1 —线性弹性地基反力法； 更符台实际情况。其缺点是计算工作量较大， 不过这可以由电子计算机来完成。因此， 对于重要的大型的建(构)筑物应该采用后一 种计算方法。 三、桩(桩)的横向抗力 1、地面以上部分，桩(柱)(见图1)的 挠曲微分方程式为： 图1 ……（1） 其通解为：y= ……（2） 式中：、、、是由边界条件确定 的积分常数。 当q(x)=0时，方程式（1）成为： ……（3） 方程式（3）的解为： y= ……（4） 梁左端的挠度、转角、弯矩和剪 力称为梁的起始参数。线弹性方程（4） 以用可起始参数表示为： y=……（5） n=1，m=0，P=ky一地基反力系数与深度无关而为定值(Chang，Y·L法)。 n=1，m=l，P=kxy一地基反力系数随深度成正比增长。 地基反力系数还有多种假定不再详述(见图3)，以下详细论述地基反力系数为定值的情况。 图3 假定P=ky，则桩的挠曲微分方程式为： ………(8) 其通解为： ……