桩基础内力计算及设计

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第六节 桩基础设计与计算,一、基桩内力和位移,二、群桩的工作特点,三、桩基础设计,一、基桩的内力和位移,（一）基本概念,1,、土的弹性抗力及其分布规律,2,、单桩、单排桩与多排桩,3,、桩的计算宽度,4,、刚性桩与弹性桩,（二）,m,法弹性单排桩基桩内力与位移计算,（一）基本概念,桩在横轴向荷载作用下桩身的内力和位移计算，目,前较为普遍的是桩侧土采用文克尔假定。,文克尔假定（简称弹性地基梁法）即梁身任一点的,土抗力和该点的位移成正比。,1,、土的弹性抗力及其分布规律,（,1,）土抗力的概念及定义式,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。土的这种作用力称为土的弹性抗力。,定义式,式中：,zx,：横向土抗力（,kN/m,2,）；,C,：地基系数（,kN/m,3,）；,x,z,：深度,z,处桩的横向位移（,m,）。,（,2,）影响土抗力的因素,（,a,）土体性质；,（,b,）桩身刚度；,（,c,）桩的入土深度；,（,d,）桩的截面形状；,（,e,）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，单位为,kN/m,3,。,确定方法：,地基系数大小与地基土的类别、物理力学性质有关。,地基系数,C,值是通过对试桩在不同类别土质及不同,深度进行实测后反算得到。大量的试验表明,地基系数,C,值不仅与土的类别及其性质有关，而且也随着深度而变,化。由于实测的客观条件和分析方法不尽相同等原因，,所采用的,C,值随深度的分布规律也各有不同。,图,6-1,地基系数变化规律,常采用的地基系数分布规律有图下所示的几种,形式，因此也就产生了与之相应的基桩内力和位移的计,算方法。,现将桩的几种有代表性的弹性地基梁计算方法概括在表下中,计算方法,图 号,地基系数随深度分布,地基系数,C,表达式,说 明,m,法,6-1a,）,与深度成正比,C=mZ,m,为地基土比例系数,K,法,6-1b,）,桩身第一挠曲零点以上,抛物线变化，以下不随深度变化,C=K,K,为常数,C,值法,6-1c,）,与深度呈抛物线变化,C=cZ,0.5,c,为地基土比例系数,张有龄法,6-1d,）,沿深度均匀分布,C=K,0,K,0,为常数,2,、单桩、单排桩与多排桩,（,1,）单桩、单排桩的概念与力的分配,概 念：,是指与水平外力,H,作用面相垂直的平面上，仅有一,根或一排桩的桩基础。,图,6-2,单桩、单排桩及多排桩,力的分配：,对于单排桩，如下图所示桥墩作纵向验算时，若作,用于承台底面中心的荷载为,N,、,H,、,M,y,，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,式中：,n,：为桩的根数。,图,6-3,单排桩计算,当竖向力,N,在承台横桥向有偏心距,e,时,M,x,Ne,，每,根桩上的竖向作用力可按偏心受压计算，即：,图,6-3,单排桩计算,（,2,）多排桩概念基力的分配,概 念,是指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）。,图,6-2,单桩、单排桩及多排桩,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。,3,、桩的计算宽度,（,1,）,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。,（,2,）,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。,（,3,）计算方法,根据已有的试验资料分析，现行规范认为计算宽度的换算方法可用下式表示：,式中：,b,（或,d,）：与外力,H,作用方向相垂直平面上桩的宽度或直径,K,f,：形状换算系数，即在受力方向将各种不同截面形状的桩,宽度乘以,K,f,，换算为相当于矩形截面宽度,K,0,：受力换算系数，即考虑到实际桩侧土在承受水平荷载时,为空间受力问题，简化为平面受力时所采用的修正系数,K,：各桩间的相互影响系数。,K,：各桩间的相互影响系数。,当桩基有承台联结时，在外力作用平面内有多根桩时，,各桩间的受力会相互产生影响。其影响与桩间的净距,L,1,的大小有关。,L,1,0.6h,1,时，,K=1.0,；,L,1,0.6h,1,时，,图,6-3,相互影响系数计算,4,、刚性桩与弹性桩,为计算方便起见，按照桩与土的相对刚度，将桩分,为刚性桩和弹性桩。,（,1,）弹性桩,当桩的入土深度 时，这时桩的相对刚度小，必,须考虑桩的实际刚度，按弹性桩来计算。其中,称为桩,的变形系数。,（,2,）刚性,当桩的入土深度,h,时，则桩的相对刚度较大，计算,时认为属刚性桩。,（二）“,m”,法计算桩的内力和位移,1,、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。但由于试验费用、时间等原因，某些建筑物不一定进行桩的水平静载试验，可采用规范提供的经验值如下表所示。,序 号,土 的 分 类,m,或,m,0,（,MN/m4,）,1,流塑粘性土,I,L,1,、淤泥,3,5,2,软塑粘性土,1,I,L,0.5,、粉砂,5,10,3,硬塑粘性土,0.5,I,L,0,、细砂、中砂,10,20,4,坚硬、半坚硬粘性土,I,L,0,、粗砂,20,30,5,砾砂、角砾、圆砾、碎石、卵石,30,80,6,密实粗砂夹卵石，密实漂卵石,80,120,M,法的基本假定：,认为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,所产生的桩,侧土水平抗力与该点水平位移,X,x,成正比，即,zx,CX,x,，,且地基系数,C,随着深度成线性增长，即,C,mz,。,6-4,桩身受力图,2,、符号规定,在公式推导和计算中，取,6-4,图所示的坐标系统，对力和,位移的符号作如下规定：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。,