桩基础水平承载力PPT课件.ppt

第四节水平荷载下的桩基础 1 思考 直桩 斜桩 叉桩 哪种更有利于承受水平力 2 前苏联在砂土中的试验表明 正斜桩的水平承载力最大 直桩次之 反斜桩最小 反斜桩 直桩 正斜桩 3 一 水平载荷试验 通过试验确定 桩的水平极限荷载容许极限荷载容许水平位移及转角地基土的水平抗力计算桩的截面弯矩等 4 一 水平载荷试验 现场试验照片 5 一 水平载荷试验 检测仪器 6 一 水平载荷试验 试验方法 单向多循环加卸载法 循环加载 每级荷载维持4min 测读水平位移 卸载至零 停2min测读残余水平位移 然后再施加本级荷载 如此循环5次便完成一级荷载的试验观测 如此反复 直至加到最大试验荷载或破坏荷载 每级加载量为预计破坏荷载的1 10 1 15每级卸载量可为相应的两级加载量 加荷速度20 30kN min 小荷载时 2 5kN min 百分表或位移计观测桩头水平位移和转角 在桩身内埋设钢筋计和在桩壁土层中埋设压力盒来观测推算桩身截面弯矩与桩壁土抗力当桩身折断或水平位移超过30 40mm时 可终止试验 7 一 水平载荷试验 成果资料 水平力 时间 水平位移 8 一 水平载荷试验 成果资料 9 一 水平载荷试验 成果资料 水平力 最大弯矩截面钢筋应力 10 四 试验结果分析 水平临界荷载水平极限荷载地基系数 Hcr指桩身受拉区混凝土明显退出工作前的最大荷载综合确定 取H0 t X0曲线出现突变点的前一级荷载 水平力 位移梯度曲线第一直线段的终点所对应的荷载 取水平力 最大弯矩截面钢筋应力曲线第一突变点对应的荷载 11 四 试验结果分析 水平临界荷载水平极限荷载地基系数 Hu 取H0 t X0曲线出现突变点的前一级荷载 水平力 位移梯度曲线第2直线段的终点所对应的荷载 取桩身折断或钢筋应力达到屈服极限的前一级荷载 12 四 试验结果分析 水平临界荷载水平极限荷载地基系数 13 弹性地基梁法 将桩作为文克勒地基上的梁 基本假定 桩侧土为文克勒离散线性弹簧 不考虑桩土之间的粘聚力和摩擦力 桩作为弹性构件考虑 桩土变形协调 桩侧水平抗力与该点水平位移成正比 二 基桩内力和位移计算的基本概念 式中 zx 横向土抗力 kN m2 C 地基系数 kN m3 xz 深度z处桩的横向位移 m 14 基本概念 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要的力 它的大小与地基土的类别 物理力学性质有关 如能测得xz并知道C值 zx值即可解得 常用的几种地基系数分布规律 15 相应的基桩内力和位移计算方法为 1 m 法 假定地基系数C随深度呈线性增长 即C mZ 如上图a 所示 m称为地基系数随深度变化的比例系数 kN m4 2 K 法 假定地基系数C随深度呈折线变化即在桩身第一挠曲变形零点 上图b 所示深度t处 以上地基系数C随深度呈凹形抛物线增加 该点以下 地基系数C K kN m3 为常数 3 c 法 假定地基系数C随深度呈抛物线增加 即 cZ0 5 当无量纲入土深度达4后为常数 如上图c 所示 c为地基系数的比例系数 kN m3 5 4 常数 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 即C K0 kN m3 为常数 如上图d 所示 16 地基土水平抗力系数的比例系数m值 17 关于 m 值的说明 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少 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 对位移敏感的结构及桥梁结构为6mm 位移较大时 应适当降低表列m值 2 当基础侧面为数种不同土层时 将地面或局部冲刷线以下hm深度内各土层的mi 根据换算前后地基系数图形面积在深度hm内相等的原则 换算为一个当量m值 作为整个深度的m值 3 桩底面地基土竖向地基系数C0为 C0 m0h 18 桩的水平变形系数 式中m 桩侧土水平抗力系数的比例系数 b0 桩身的计算宽度 m 圆形桩 当直径d 1m时 当直径d 1m时 方形桩 当边宽b 1m时 当边宽b 1m时 EI 桩身抗弯刚度 19 桩基水平承载力与位移计算 建筑桩基技术规范 2008 20 21 22 验算地震作用桩基的水平承载力时 宜将按上述2 5款方法确定的单桩水平承载力特征值乘以调整系数1 25 23 四 刚性桩与弹性桩 弹性桩 当桩的入土深度时 桩的相对刚度小 必须考虑桩的实际刚度 按弹性桩来计算 一般情况下 桥梁桩基础的桩多属弹性桩 刚性桩 当桩的入土深度时 则桩的相对刚度较大 可按刚性桩计算 沉井基础 24 二 m 法弹性单排桩基桩内力和位移计算 如前所述 m 法的基本假定是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处所产生的桩侧土水平抗力与该点水平位移xz成正比 即 zx Cxz 且地基系数C随深度成线性增长 即C mz 基于这一基本假定 进行桩的内力与位移的理论公式推导和计算 在公式推导和计算中 取下图1和图2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 如下图2所示 25 图1桩身受力图示 图2力与位移的符号规定 26 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 且已知桩顶作用有水平荷载H0及弯矩M0 此时桩将发生弹性挠曲 桩侧土将产生横向抗力 zx 如图1所示 从材料力学中知道 梁轴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为 式中 E I 梁的弹性模量及截面惯矩 因此可以得到图1所示桩的挠曲微分方程为 弹性地基反力法 基床系数法 27 上式中 E I 桩的弹性模量及截面惯矩 zx 桩侧土抗力 zx Cxz mzxz C为地基系数 b1 桩的计算宽度 xz 桩在深度z处的横向位移 即桩的挠度 将上式整理可得 或 式中 桩 土变形系数 从上式中不难看出 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 以及桩周土的性质等有关 是与桩土变形相关的系数 1 28 式 1 为四阶线性变系数齐次常微分方程 在求解过程中注意运用材料力学中有关梁的挠度xz与转角 z 弯矩Mz和剪力Qz之间的关系即 若地面处 Z 0 桩的水平位移 转角 弯矩和剪力分别以x0 0 M0和Q0表示 解方程 1 得到桩身任一截面的转角 Z 弯矩MZ 及剪力QZ的计算公式 29 2 3 4 5 Ax Bx A B Am Bm AQ BQ 均为量纲为1的系数 均为 h和 z的函数 可以查阅有关手册 根据土抗力的基本假定 可求得桩侧土抗 力的计算公式 6 30 二 桩身最大弯矩位置ZMmax和最大弯矩Mmax的确定 目的 用于检验桩的截面强度和配筋计算 关于配筋的具体计算方法 见结构设计原理教材内容 一般方法 要找出弯矩最大的截面所在的位置及相应的最大弯矩Mmax值 一般可将各深度z处的Mz值求出后绘制z Mz图 即可从图中求得 数解法 在最大弯矩截面处 其剪力Q等于零 因此Qz 0处的截面即为最大弯矩所在的位置 31 二 桩身最大弯矩位置ZMmax和最大弯矩Mmax的