水平桩(PHC)受荷计算分析综述.docVIP

通过一个多月以来的学习，我先后阅读了桩基手册，桩基计算理论实例，09建筑桩基技术规范等桩基方面的书籍，规范以及十几篇有关水平桩或PHC管桩的论文。进而对水平桩承载特点，承载机理，变形及承载力计算等知识有了初步了解，同时也对PHC管桩的设计施工方法有了一些接触。下面是我学习过程中的一些总结与心得，请老师予以指正。 第一部分 水平桩（单桩）承载特点（受力形状） 1.水平桩承载三阶段： 水平桩从承受荷载开始到破坏，荷载与水平位移（桩身挠度）关系曲线分为三个阶段 a. 直线变形阶段 此阶段最大荷载为临界荷载，此阶段特点是变形大部分为弹性变形，加荷时桩身位移逐渐趋于某一稳定值。 b. 弹塑性变形阶段 此阶段位于临界荷载与极限荷载之间，水平位移增量（相同荷载增量情况）比前一级明显大。 C. 破坏阶段 水平荷载大于极限荷载后，桩水平位移突然增大，桩周土明显破坏。 三个阶段的区别: 直线变形阶段在加载后相同荷载增量下桩身变位增量越来越小，弹塑性变形阶段在加载后相同荷载增量下桩身变位增量也是越来越小，但是比前一级明显大。而破坏阶段连续加载时相同荷载增量下位移增量逐渐增大，最终由于位移过大而桩土体系破坏。 2.桩受荷变形计算时按桩类型不同采用的方法不同 影响桩抗水平力的因素主要有桩径，桩入土深度，桩身刚度，土的刚度，打桩方式等 影响计算模型的桩类型主要有两类[2] a.桩径大，桩的入土深度较小，土质较差时，桩的抗弯刚度大大超过地基刚度，桩的相对刚度较大。这种类型的桩在桩头自由时受荷会使桩身绕桩轴上某点转动，在桩头嵌固时，桩与桩台将呈刚体平移。称为刚性短桩。 由于这种桩自身刚度大强度高，桩侧土往往先破坏，水平承载力受桩侧土强度控制。 b.桩径较小，桩的入土深度较大，地基较密实，桩的抗弯刚度与地基刚度刚度相比较小，桩的相对刚度较小，类似于地基中的弹性地基梁。这种类型的桩受水平荷载时，桩的变形呈波状，位移由桩头向桩底逐渐减小。当桩头嵌固时类似。成为弹性桩。 其水平承载力由桩身材料的抗弯刚度和侧向土抗力所控制。 3.水平桩的承载力公式 式中 —— 荷载效应标准组合下，作用于桩顶的水平力 —— 单桩基础或群桩中基桩的水平承载力特征值 4.桩基水平承载力影响因素 何灵生等[5] 以弹性地基反力m法水平承载力计算公式为基础，对影响水平承载力的因素进行分析，通过理论与实验研究进行比较验证。 单桩水平承载力设计值 m—地基土水平抗力系数的比例系数 —桩顶容许水平位移 —桩的水平位移系数 EI— 桩身抗弯刚度 —桩身计算宽度 何灵生在，，，一定时，对地基土水平抗力系数的比例系数m提高百分比和桩基水平承载力设计值提高百分比分别计算，得m—曲线。 图一 m—曲线 可见地基土水平抗力系数比例系数m的提高可显著改善桩基水平承载力。 何灵生等对PHC管桩的实验分析，第一组管桩桩径为500mm，壁厚100mm，桩长12m，第二组管桩桩径600mm，壁厚110mm，桩长12m。每组PHC桩均有一根桩基采用碎石混凝土进行回填灌芯，灌芯长度5.5m。实验结果如图2 图二 两组管桩实验结果 由实验得知灌芯后可显著提高水平承载力，原因即为灌芯后桩身换算截面惯性矩提高。 第二部分 水平桩变形计算理论 水平桩的计算按地基状态可分为极限地基反力法，弹性地基反力法（m）法，p-y曲线法以及数值计算方法等[1]。 一.极限地基反力法（极限平衡法） 这种方法不考虑桩身变形，一般用于计算刚性短桩。根据土体的性质预先假定一种地基反力形式（仅为深度的函数），由于不计桩身位移，故反力为深度的单值函数。从而计算时可以直接根据力和力矩的平衡求解，得出剪力，弯矩及土的反力分布形式。 极限地基反力法按地基反力规律的假设不同，可分为Engel法（反力按二次抛物线分布）， 布罗姆斯法（反力按直线分布），挠度曲线法（反力任意分布）。比较常用的是布罗姆斯法。 Broms把桩分为长桩和短桩，土分为粘性土地基和砂土地基，桩顶分为自由和固定等情况。[2]下面考虑Broms法 1.粘性土地基情况 为方便计算，简化后忽略地表下1.5B（B为桩宽）深度内土的作用，在1.5B以下深度假定水平地基反力为常数，其中为不排水抗剪强度。 先求出土中最大弯矩的深度，令其为1.5B+f， f为从地表下1.5B深度到最大弯矩点的长度 设最大弯矩为M，极限水平承载力为，对最大弯矩点取矩 有 又根据弯矩和剪力的微分关系 = 又由于最大弯矩处剪力必然为零 从而得到f