高强预应力管桩五桩矩形承台中间桩受力分析.pdf

第7 期 2 O 昕年7月 广东 土木与 建 筑 GU ANGDONG ARCHn C TU RE C l VI L E NGI NE E RI NG N0 7 J U L 2 O 昕 高强预应力管桩五桩矩形承台中间桩受力分析 丘冬梅 平远县建筑设计室有限公司 广东平远 5 1 4 6 摘要 通过对工程 中高强预应力管桩五桩矩形承 台的受力分析 可知在承 台满足坤切要 求时 按 各桩承 受的轴 力相等来进行五桩矩形承台的各桩设计 中间桩 的实际受力与设计值相差小于 5 是可 以满足 工程要求的 关键词 高强预应力管桩 桩基承 台 受力分析 1 概述 高强预应力混凝土管桩由于施工方便 成桩质 量易控制 因而在多层建筑 中得到广泛应用 在进 行桩和承台设计时 通常将柱传来 的轴力平均分配 到各 根桩 因 此把 桩均 匀分 布 于柱 周 围是 一 种 较合 理的布桩形式 但 由于施工中桩位定位和承台施工 较复杂 五桩和六桩承台在实际工程 中往往也采用 矩形承台形式 此时各桩与柱之间的距离不等 各桩 所承受的轴力也就不相等 对于五桩矩形承台来说 有一根桩位于柱下方就会使得中间桩的受力比边桩 大 本文 主要对 这种五桩 承台进 行分析 讨论 此时 中 间柱和边桩受力的差异及其在工程设计中的影响 2 五桩矩形承台截面形式 五桩 矩形 承 台截 面形 式 如 图 1所示 承 台 中间 有一根桩正好位于柱 中心位置下方 此时中间桩和 边桩所分配到的柱轴力与承台刚度有关 由于承台 属于深受弯构件 刚度较大 故实际工程中通常按各 桩所承受的轴力相等来进行桩和承台设计 这种近 似方法是否使得 中问桩的承载力设计偏于不安全 是很多工程设计人员关心的问题 文献 f 1 f 2 中 对五桩承台的模型试件实验和三维有限元分析进行 1 2 L 图 1五桩承台截面形式 了研究 讨论了五桩承台中间桩与边桩受力的差异 并得 出了一些定性的结论 本文主要针对常用的高 强预应力管桩五桩矩形承台设计 讨论该类承台中间 桩与边桩受力的差异 以及中间桩按常规方法设计时 可能出现的安全问题 3 五桩 矩形承 台 的受力分 析 考虑到承台刚度较大 柱和桩以受压为主 故采 用线弹性三维实体有限元模型对五桩矩形承台的受 力进行 分析 如图 2所示 柱上作 用一轴 向荷 载 桩 端采用固结边界条件来模拟五桩承台的受力情况 图 2 有 限元 计 算模 型 及 网 格 划分 以 5 0 0高强预应力管桩为例 设每根桩单桩 竖向承载力特征值为 2 0 0 0 k N 分别计算承台厚度为 1 0 1 2 1 5 1 8 2 0 m 的变 化 以 及 桩距 g 3 6 d 桩径 变化时五桩矩形承台中间桩和边桩承受轴力 的比值 其结果如图 3 4所示 由于承 台是柱 与桩之 间传递 荷载 的一个 转换构 件 其线刚度 E l E z 分别为承台的弹性模量 抗弯刚度和计算长度 对各桩承受轴力的分配起到 重要的作用 有限元分析结果表明 由于承台的线刚 度较大 属于深受弯构件 变形很小 出现的拉应力 也较小 因此采用线弹性三维实体有限元模型对五 桩承台进行分析与工程实际是较为吻合的 由图可 知 随着桩距的减小和承台厚度的增大 中间桩和边 桩承受轴力的比值逐渐减小 从图 3可见 随着桩距 维普资讯 2 0 0 7 年7 月 第7 期 丘冬 梅等 高强 预应 力管 桩五桩 矩形承台 中间 桩受 力分析 J U L 2 0 0 7 N o 7 的减 小 承 台厚 度变化 对 中间桩 和边桩承受轴力 的比值影响减 小 对于常用桩距 a 3 d 中间桩 和边桩承受轴力 的比值在 1 O 5 以下 从图 4可见 随着承台厚 度的增 大 桩 距变 化对 中间桩 和 边桩承受轴力的比值影响减小 当承 台厚 度达 到一定 程度 时 中 间桩和边桩承受轴力 的比值对 弋 二 a 6 d 桩距变化的敏感程度 已大大降低 图 3中的粗实线表示上述单桩承载力设计时 承台需要满足冲切要求所需 的最小厚度 受这一条 件限制 承台厚度必须取粗实线右侧 的厚度值 因此 对于满足设计要求的最小承台厚度 桩距为 3 d 6 d 变化时 中间桩和边桩承受轴力的比值为 1 O 2 1 O 6 中问桩承受的轴力与边桩差别不大 在这种情况下 如果按各桩承受的轴力相等来对五桩矩形承台的桩 进行设计 则中间桩的实际受力比设计值大 2 5 对中间桩受力则影响不大 因此 五桩矩形承台中各 桩承受的轴力相等的假设可以满足工程应用的精度 要求 高强预应力管桩常用桩距为 3 d 采用上述假 设所 产生 的误差 就更小 3结 论 图 4五桩矩形承台中间桩与边桩 承受轴力 比随桩距的变化 曲线 通过以上的分析可得 出以下结论 即对于工程 中高强预应力管桩常用的五桩矩形承台形式 在承 台满足冲切要求时 其中间桩和边桩承受轴力的比 值很小 如果按各桩承受的轴力相等来对五桩矩形 承台的桩进行设计 则中间桩的实际受力与设计值 相差在 5 之 内 不会 出现 中间桩 受力 明显 偏 大的不 安全情况 可以满足工程应用的要求 参考文献 1 陈习子 孙成访 彭少民 钢纤维混凝土五桩承台中间桩 受力研究 J 华 中科技大学学报 城市科学版 2 0 0 2 3 2 陈习子 孙成访 彭少 民 钢纤维混凝土五桩承台三维非 线性有限元分析 J 武汉理工大学学报 2 0 0 2 1 2 上接第 2 2页 4结论 4 1 在住宅小区中 周 围压差大于 4 P a的建筑具备 了形成 较好 室 内风压通 风 的条件 4 2 A1 0的 典 型 户 型个 别 房 间不 能 满 足 自然 通 风 换气的卫生要求 建议增加外窗可开启面积 以满足 规范要 求 4 3 A1 0户型的室内大部分区域 自然通风 良好 个 别房间存在流场不均匀 准静风区面积偏大等问题 可以通过调整方案 如调整外窗位置 卫生问位置等 减小准静风区面积 均匀流场 优化室内自然通风 4 4 对于住宅小 区中风压通风条件较差 AP 2 P a 的建筑 可以考虑采用以下措施改善室内通风条件 利用 中庭进行热压通风或设计 开窗面积及位置 等 提