文档介绍:桩基础的设计计算
h——地面(无冲刷)或最大冲刷线以下桩的入土深度;
α——土中桩的变形系数,
计算参数的确定
地基土的比例系数 m 和 m0
地基土比例系数m可通过试验实测确定,-16取用(新规验算平面)内进行荷载分配时,不是直接分配给单桩,而是分配给与外力作用平面(验算平面)相平行的一排桩,在该排桩作用平面内,作为一个平面受力体(超静定结构),再通过结构力学方法进行第二次荷载分配,直至分配给单桩为止。
“m”法弹性单排桩基桩内力和位移计算
基本假定
不考虑桩土间的粘着力、摩阻力,桩侧土为文克尔离散线性模型;
地基中基桩侧向位移受限制,轴向力对截面内力影响不大,计算中不考虑轴向力的影响;
桩受水平外力作用后,桩土协调变形,深度z处的水平抗力用“m”法确定,σzx=mzxz。
符号规定
-8所示坐标系,对力和位移符号作如下规定:
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。
基本公式
桩顶与地面(最大冲刷线)平齐(Z=0),已知桩顶作用水平力H0、弯矩M0,桩将发生弹性挠曲,产生水平位移x0、转角0、桩侧土产生横向抗力σzx,桩的入土深度h、计算宽度b1、深度z处的内力为Qz、Mz、挠度Xz、转角z。
根据材料力学,梁的挠度与梁上分布荷载 q 之间的关系式,即梁的挠曲微分方程:
xz——桩在深度处的横向位移(桩的挠度)
整理上式:
设 ,称桩的变形系数或称桩的特征值(1/m)。
从桩的挠曲微分方程中看出,桩的横向位移与截面所在深度、桩的刚度(包括桩身材料和截面尺寸)、桩周土的性质等有关,α是与桩土变形相关的系数。
式(4-9)为四阶线性变系数齐次常微分方程,在求解过程中运用材料力学中有关梁的挠度xz、转角z、弯矩Mz、剪力Qz之间的关系:
用幂级数展开方法求桩挠曲微分方程的解。若地面处(Z=0),桩的水平位移、转角、弯矩和剪力分别以x0、转角 0、弯矩M0、剪力Q0表示,桩挠曲微分方程的解即桩身任一截面的水平位移xz的表达式:
根据土抗力的基本假定:
可得桩侧土抗力:
公式中,Ai、Bi、Ci、Di(i=1~4)为16个无量纲系数,根据不同的换算深度已将其制成表格, 由附表可查用。
Q0、M0的计算
Q0、M0为地面(最大冲刷线)处桩截面的剪力、弯矩,可根据桩顶实际受力情况推算。
桩顶为自由端——一般无特殊约束,都将桩顶简化为自由端计算。
对桩身无土压力作用:
对桩身作用梯形土压力(桥台):
q1、q2——梯形土压力强度。
桩顶为弹性嵌固——适合于墩
台受上部结构约束较强的情况。
轻型桥台用锚柱固接;
摩擦力较大的毛毡支座;
固定支座的单孔桥。
——单位水平力作用在地面或最大冲刷线处,桩在该处产生的转角;
——单位弯矩作用在地面或最大冲刷线处,桩在该处产生的转角;
x0、 0的计算
摩擦桩、柱承桩 x0、 0 的计算
桩底受力情况分析
桩底为非岩石类土或支承在岩基面上,在外荷作用下,桩底产生位移 xh、 h,桩底 x 处产生竖向位移 x h,桩底的抗力情况如下图所示。如竖向地基系数为C0,桩底竖向力增量:
桩底总弯矩:
A0——桩底面积;
I0——桩底面积对其重心轴的惯性矩;
C0——基底土的竖向地基系数,C0=m0h。
根据假定,不计桩与桩底之间的摩擦力,则:
Qh=0
按符号规定:h顺时针方向取负号
(边界条件之一)
(边界条件之二)
桩底变位的计算
将边界条件 代入基本公式:
联立求解得到Q0、M0作用下的x0、 0的计算表达式:
、 、 、 均为αz的函数,可以由系数Ai、Bi、Ci、Di计算得到,,式中:
当桩底置于非岩石地基上,且αh≥、或置于岩石上,且αh≥,Mh几乎为0,Kh的影响很小,近似取Kh=0后得到简化的x0、 0的计算表达式:
、 、 、 均为αz的函数,可以由系数Ai、Bi、Ci、Di计算得到,。
嵌岩桩x0、 0的计算