水利水工建筑物基础性复习讲义精讲.ppt

基桩内力和位移计算 一、基本概念 二、m法弹性单排桩基桩内力和位移计算 三、m法弹性多排桩基桩内力与位移计算 四、基桩自由长度承受土压力时的计算 五、低桩承台考虑桩一土一承台共同作用的计算 一、基本概念 一 土的弹性抗力及其分布规律 二 单桩、单排桩与多排桩 三 桩的计算宽度 四 刚性桩与弹性桩 一 土的弹性抗力 及其分布规律 主要内容： 桩和桩侧土共同承受轴向和横轴向外力和力矩时，桩身内力和位移的计算，着重在横向受力时的内力与位移计算。 桩身内力与位移计算方法很多，常用的有：弹性地基梁法。 弹性地基梁法： 将桩作为弹性地基上的梁，按文克尔假定 梁身任一点的土抗力和该点的位移成正比 的解法。基本概念明确，方法较简单，所得结果一般较安全。弹性地基梁的弹性挠曲微分方程的求解方法可用数值解法、差分法及有限元法。 外荷载 → 桩 → 位移 轴向荷载 竖向位移 → 桩侧摩阻力、桩底抗力 横轴向荷载和力矩 水平位移和转角 →桩侧土对桩横向土抗力σzx σzx —深度Z处的横向 X轴向 土抗力 作用：抵抗外力和稳定桩基础。 取决于： 土体性质、桩身刚度、桩的入土深度、桩的截面形状、桩距及荷载等。 假定土的横向土抗力符合文克尔假定，可表示为 σzx CXz 式中：σzx 横向土抗力 kN/m2 ; C 地基系数 KN/m3 ; X z 深度Z处桩的横向位移 m 。 地基系数C：单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所需加的力。 C值：通过对试桩在不同类别土质及不同深度进行实测σzx及xz后反算得到。 C←土的类别及其性质，深度。 采用的C值随深度的分布规律如下图所示的几种形式，相应产生几种基桩内力和位移计算的方法，即： 1. 　m法: 应用较广并列入《公桥基规》 , 假定地基系数C随深度成正比例地增长，即C mZ，如图a 所示。m称为地基土比例系数 kN/m4 。 2.　K法: 假定地基系数C随深度呈折线变化即在桩身挠曲曲线第一挠曲零点B 如图b 所示深度t处 以上地基系数C随深度增加呈凹形抛物线变化;在第一挠曲零点以下，地基系数C K kN/m ，不再随深度变化而为常数。 3．C值法: 假定地基系数C随着深度成抛物线规律增加，即C cZ0.5，如图c 所示。c为地基土比例系数 kN/m3 。 4.　C法，又称张有龄法: 假定地基系数C沿深度为均匀分布，不随深度而变化，如图d 所示。 二 单桩、单排桩与多排桩 计算基桩内力的过程： 承台底面的外力（N、H、M）→ 每根桩顶的荷载Pi、Qi、Mi→ 各桩在荷载作用下的各截面的内力与位移。 单桩、单排桩： 与水平外力H作用面相垂直的平面上，由单根或多根桩组成的桩基础。对于单桩来说，上部荷载全由它承担。 对于单排桩桥墩作纵向验算时，若作用于承台底面中心的荷载为N、H、My，当N在承台横桥向无偏心时，则可以假定它是平均分布在各桩上的，即 Pi N/n Qi H/n Mi My/n （3-54） 式中：n 桩的根数 当竖向力N在承台横桥向有偏心距e时，即Mx Ne因此每根桩上的竖向作用力可按偏心受压计算,即 Pi N/n ±Mx yi/Σyi2 3-55 由此可知单桩及单排桩中每根桩桩顶作用力可按上述公式计算。此后，即以单桩形式计算桩的内力，所以归成一类。 多排桩： 指在水平外力作用平面内有一根以上的桩的桩基桩 对单排桩作横桥向验算时也属此情况 ，不能直接应用上述公式计算备桩顶作用力，须应用结构力学方法另行计算 见后述 ，所以另列一类。 三 桩的计算宽度 水平外力 → 桩 桩身宽度范围内桩侧土受挤压，桩身宽度以外的一定范围内的土体受影响 空间受力 不同截面形状的桩，土受到的影响范围大小也不同。多排桩间的相互遮蔽。 桩的计算宽度： 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间的相互遮蔽作用，将桩的设计宽度 直径 换算成相当实际工作条件下，矩形截面桩的宽度b1。 b1 Kf K0 K b d 3-56 　　式中：b d — 外力H作用方向相垂直平面上桩的宽度 或直径 ; 　　Kf — 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Kf 换算为相当于矩形截面宽度，其值见表3-18; 　　K0 — 受力换算系数。即考虑到实际上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给的修正系数，其值见表3-18; K —桩间的相互影响系数。当桩基有承台联结，在外力作用平面内有数根桩时，各桩间的受力将会相互产生影响，其影响与桩间的净距L1的大小有关。 弹性桩： 当桩的入土深度h 2.5/α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。 刚性桩： 当桩的入土深度h≤2.5/α时，则桩的相对刚度较大，计算时