第4章桩基础的设计计算.pptVIP

第 四 章 桩基础的设计计算 本章主要内容 单排桩内力和位移计算 多排桩内力和位移计算 群桩基础的竖向分析及验算 承台的计算 桩基础设计 本章的核心 桩受横轴向力时的内力计算 常用计算方法：m法 第一节 单排桩基桩内力和位移计算 一、基本概念 （一）土的弹性抗力及其分布规律 1．概念：桩基础在荷载（包括轴向荷载、横轴向荷载和力矩）作用下产生位移及转角，使桩挤压桩侧土体，桩侧土必然对桩产生一横向土抗力，它起抵抗外力和稳定桩基础的作用。 2．影响土抗力的因素 （1）土体性质 （2）桩身刚度 （3）桩的入土深度 （4）桩的截面形状 （5）桩距及荷载等因素 3．地基系数的概念及确定方法 概念：地基系数C表示单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所需施加的力。 确定方法 ：地基系数C值是通过对试桩在不同类别土质及不同深度进行实测及后反算得到。 地基系数变化规律 典型的弹性地基梁法 （二）单桩、单排桩与多排桩 1．单排桩的概念与力的分配 （1）概念 与水平外力H作用面相垂直的平面上，仅有一根或一排桩的桩基础。如图4-4a、b所示。 图4-4 单桩、单排桩及多排桩 （2）力的分配 桥墩作纵向验算时，若作用于承台底面中心的荷载为N、H、My ，当在单排桩方向无偏心时，可以假定它是平均分布在各桩上的，即 图4-5 单排桩的计算 当竖向力N在单排桩方向有偏心距e时，如上图所示，即Mx=Ne，因此每根桩上的竖向作用力可按偏心受压计算，即 2．多排桩概念基力的分配 概念 在水平外力作用平面内有一根以上桩的桩基础（对单排桩作横桥向验算时也属此情况）。 力的分配 不能直接应用上述公式计算各桩顶上的作用力，须应用结构力学方法另行计算。 （三）桩的计算宽度 1．定义 计算桩的内力与位移时不直接采用桩的设计宽度(直径)，而是换算成实际工作条件下相当于矩形截面桩的宽度b1，b1称为桩的计算宽度。 2．采用计算宽度的原因 为了将空间受力简化为平面受力，并综合考虑桩的截面形状及多排桩桩间的相互遮蔽作用。 3．计算方法 Kf——形状换算系数; K0——受力换算系数; K ——各桩间的相互影响系数 桩间的相互影响系数K L1≥0.6h1时： K=1.0； L1＜0.6h1时： （四）刚性桩与弹性桩 桩的变形系数a： 弹性桩： 刚性桩： 二、“m”法计算桩的内力和位移 基本假设： 桩侧土为文克尔离散线性弹簧，不考虑桩土之间的粘着力和摩阻力，桩作为弹性构件考虑。当桩受到水平外力作用后，桩土协调变形，任一深度z处所产生的桩侧水平抗力与该点水平位移xz成正比，且地基系数随深度线性增长。即： 计算参数 地基土水平抗力系数的比例系数m值宜通过桩的水平静载试验确定。 非岩石类土的比例系数m值 查表注意事项 1．由于桩的水平荷载与位移关系是非线性的，即m值随荷载与位移增大而有所减小，因此，m值的确定要与桩的实际荷载相适应。一般结构在地面处最大位移不超过10mm，对位移敏感的结构、桥梁工程为6mm。位移较大时，应适当降低表列m值。 2．多层土地基 当基桩侧面由几种土层组成时，从地面或局部冲刷线起，应求得主要影响深度hm=2(d+1)米范围内的平均m值作为整个深度内的m值，如图所示。对于刚性桩，hm采用整个深度h。 当hm深度内存在两层不同土时： 当hm深度内存在三层不同土时： 3．承台侧面地基土水平抗力系数Cn Cn=m·hn 式中：m——承台埋深范围内地基土的水平抗力系数，MN/m4； hn——承台埋深，m。 4．地基土竖向抗力系数C0、Cb （1）桩底面地基土竖向抗力系数C0 C0=m0·h 式中：m0——桩底面地基土竖向抗力系数的比例系数，kN/m4，近似取m0=m； h——桩入土深度(m)，当h10m时，按10m计。 （2）承台底地基土竖向抗力系数Cb Cb=m0·hn 式中：hn——承台埋深(m)，当hn1m时，按1m计算。 符号规定 横向位移顺x轴正方向为正值；转角逆时针方向为正值；弯矩当左侧纤维受拉时为正值；横向力顺x轴方向为正值 。 （一）桩的挠曲微分方程的建立及其解 桩顶若与地面平齐（Z=0），且已知桩顶作用水平荷载及弯矩M0，此时桩将发生弹性挠曲，桩侧土将产生横向抗力σzx。 梁的挠曲微分方程： 桩的挠曲微分方程 式中：E、I——桩的弹性模量及截面惯矩； σzx——桩侧土抗力，