桩的水平承载力.pptx

作用在桩基础上的水平荷载包括长期作用的水平荷载（如地下室外墙上的土和水的作用在桩基础上的水平荷载包括长期作用的水平荷载（如地下室外墙上的土和水的侧压力以及拱的推力等）、反复作用的水平荷载（如风荷载和机械制动荷载）以及地震侧压力以及拱的推力等）、反复作用的水平荷载（如风荷载和机械制动荷载）以及地震产生的水平力。产生的水平力。一般地说，当水平荷载和竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过一般地说，当水平荷载和竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过时，竖直桩的时，竖直桩的水平承载力不难满足设计要求，应采用直桩。水平承载力不难满足设计要求，应采用直桩。第六节第六节 桩的水平荷载力桩的水平荷载力第1页/共33页水平荷载作用下桩的破坏形状水平荷载作用下桩的破坏形状水平荷载作用下桩的破坏形状水平荷载作用下桩的破坏形状第六节第六节 桩的水平荷载力桩的水平荷载力第2页/共33页一、水平受荷桩的分类一、水平受荷桩的分类依据桩、土相对刚度的不同，水平荷载作用下的桩可分为：刚性桩、半刚性桩依据桩、土相对刚度的不同，水平荷载作用下的桩可分为：刚性桩、半刚性桩和柔性桩。其划分界限不同的计算方法中有所不同，半刚性桩和柔性桩统称和柔性桩。其划分界限不同的计算方法中有所不同，半刚性桩和柔性桩统称为弹性桩。为弹性桩。第六节第六节 桩的水平荷载力桩的水平荷载力第3页/共33页当桩很短或桩周土很软弱时，桩、土的相对刚度很大，属当桩很短或桩周土很软弱时，桩、土的相对刚度很大，属刚性桩刚性桩。刚性桩的破坏一般只发生于桩周土中，桩体本身不发生破坏。刚性桩的破坏一般只发生于桩周土中，桩体本身不发生破坏。半半刚刚性性桩桩(中中长长桩桩)和和柔柔性性桩桩(长长桩桩)的的桩桩、土土相相对对刚刚度度较较低低，在在水水平平荷荷载载作作用用下下桩桩身身发发生生挠挠曲曲变变形形，桩桩的的下下段段可可视视为为嵌嵌固固于于土土中中而而不不能能转转动动，随随着着水水平平荷荷载载的的增增大大，当当桩桩周周土土失失去去稳稳定定、或或桩桩身身最最大大弯弯矩矩处处(桩桩顶顶嵌嵌固固时时可可在在嵌嵌固固处处和和桩桩身身最最大大弯弯矩矩处处)出出现现塑塑性性屈屈服服、或或桩桩的的水水平平位位移移过过大大时时，弹弹性性桩桩便便趋趋于于破坏。破坏。一、水平受荷桩的分类第4页/共33页对于水平受荷桩除应进行水平承载力验算，还应满足桩身受弯承载力和受剪承载力对于水平受荷桩除应进行水平承载力验算，还应满足桩身受弯承载力和受剪承载力的验算。因此，需要对水平受荷桩进行内力及变形的计算。的验算。因此，需要对水平受荷桩进行内力及变形的计算。水平荷载作用下弹性桩的分析计算方法主要有地基反力系数法、弹性理论法和有限水平荷载作用下弹性桩的分析计算方法主要有地基反力系数法、弹性理论法和有限元法等只介绍国内目前常用的地基反力系数法。元法等只介绍国内目前常用的地基反力系数法。地基反力系数法是应用文克尔地基反力系数法是应用文克尔(E.WinlderE.Winlder，1867)1867)地基模型地基模型.二、水平荷载作用下弹性桩的计算第5页/共33页1 1基本假设基本假设忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响。地基水平抗力系数忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响。地基水平抗力系数的分布和大小，将直接影响挠曲微分方程的求解和桩身截面内力的变化。的分布和大小，将直接影响挠曲微分方程的求解和桩身截面内力的变化。二、水平荷载作用下弹性桩的计算第6页/共33页(1)常数法：假定地基水平抗力系数沿深度为均常数法：假定地基水平抗力系数沿深度为均匀分布，即是匀分布，即是kx=kh。(2)“k”法：假定在桩身第一挠曲零点法：假定在桩身第一挠曲零点(深度深度t处处)以上按抛物线变化以上按抛物线变化,以下为常数；以下为常数；(3)“m”法：假定法：假定kx随深度成正比地增加，即随深度成正比地增加，即是是kx=mz。我国铁道部门首先采用这一方法，我国铁道部门首先采用这一方法，近年来也在建筑工程和公路桥涵的桩基设计近年来也在建筑工程和公路桥涵的桩基设计中逐渐推广。中逐渐推广。(4)“c值值”法：假定法：假定kx随深度按随深度按cz0.5的规律分的规律分布，即是布，即是kx=cz0.5(c为比例常数，随土类不为比例常数，随土类不同而异同而异)。这是我国交通部门在试验研究的基。这是我国交通部门在试验研究的基础上提出的方法。础上提出的方法。2、水平抗力系数kx第7页/共33页序号序号地基土类别地基土类别预制桩、钢桩预制桩、钢桩灌注桩灌注桩m m(MN/m(MN/m4 4)相应单桩在相应单桩在地面处水平地面处水平位移位移(mm)(mm)m m(MN/m(MN/m4 4)相应单桩相应单桩在地面处在地面处水平位移水平位移(mm)(mm)1 1淤泥、淤泥质土，饱和湿陷性黄淤泥、淤泥质土，饱和湿陷性黄土土2 24.54.510102.52.56 66 612122 2流塑流塑(I IL L1)1)、软塑、软塑(0.75(0.75I IL L1)1)状粘性土，状粘性土，e e0.90.9粉土，粉土，松散粉细砂，松散填土松散粉细砂，松散填土4.54.56.06.010106 614144 48 83 3可塑可塑(0.25(0.25I IL L0.75)0.75)状粘性土，状粘性土，e=0.75-0.9e=0.75-0.9粉土，湿陷性黄土，粉土，湿陷性黄土，稍密、中密填土，稍密细土稍密、中密填土，稍密细土6.06.010101010141435353 36 64 4硬塑硬塑(0(0I IL L0.25)0.25)、坚硬、坚硬(I IL L0)0)状粘性土，湿陷性黄土，状粘性土，湿陷性黄土，e0.75e0.75粉土，中密中粗砂，密实粉土，中密中粗砂，密实老填土老填土10102222101035351001002 25 55 5中密、密实的砾砂，碎石类土中密、密实的砾砂，碎石类土100 100 300 3001.51.53 3地基土水平抗力系数的比例常数地基土水平抗力系数的比例常数m m 二、水平荷载作用下弹性桩的计算第8页/共33页地基水平抗力系数的分布图式地基水平抗力系数的分布图式地基水平抗力系数的分布图式地基水平抗力系数的分布图式（a a a a）常数法；（）常数法；（）常数法；（）常数法；（b b b b）“k k k k”法；（法；（法；（法；（c c c c）“m m m m”法；（法；（法；（法；（c c c c）“c c c c值值值值”法法法法二、水平荷载作用下弹性桩的计算第9页/共33页实测资料表明，实测资料表明，m m法法(当桩的水平位移较大时当桩的水平位移较大时)和和c c值法值法(当桩的水平位移较小时当桩的水平位移较小时)比较接近实际。本节只简单介绍比较接近实际。本节只简单介绍m m法。法。3 3单桩内力计算单桩内力计算 （1 1）确定桩顶荷载）确定桩顶荷载N N0k0k、H H0k0k、M M0k0k单桩的桩顶荷载可分别按下列各式确定：单桩的桩顶荷载可分别按下列各式确定：二、水平荷载作用下弹性桩的计算第10页/共33页(2)(2)桩的挠曲微分方程桩的挠曲微分方程 单桩在单桩在H H0k0k、M M0k0k和地基水平抗力作用下产生挠曲和地基水平抗力作用下产生挠曲:在上列方程中，如采用不同的在上列方程中，如采用不同的k kx x图式求解，就得到不同的计算方法。图式求解，就得到不同的计算方法。m m法假定法假定k kx x=mz,=mz,代入上式得到：代入上式得到：二、水平荷载作用下弹性桩的计算第11页/共33页挠度挠度x x与转角与转角、弯矩弯矩M M和剪力和剪力V V的微分关系，利用幂级数积分后可得到微分方的微分关系，利用幂级数积分后可得到微分方程式的解答程式的解答:二、水平荷载作用下弹性桩的计算第12页/共33页二、水平荷载作用下弹性桩的计算第13页/共33页(3)(3)桩身最大弯矩及其位置桩身最大弯矩及其位置设计承受水平荷载的单桩时，为了计算截面配筋，设计者最关心桩身的最大弯设计承受水平荷载的单桩时，为了计算截面配筋，设计者最关心桩身的最大弯矩值和最大弯矩截面的位置矩值和最大弯矩截面的位置:由系数由系数C C从表查得相应的换算深度，则桩身最大弯矩的深度从表查得相应的换算深度，则桩身最大弯矩的深度z zmaxmax为：为：二、水平荷载作用下弹性桩的计算第14页/共33页由系数由系数C C或换算深度或换算深度h h从表从表4-14-11 1查得相应的系数查得相应的系数C C,则桩身最大弯矩则桩身最大弯矩M Mmaxmax为：为：桩顶刚接于承台的桩，其桩身所产生的弯矩和剪力的有效深度为桩顶刚接于承台的桩，其桩身所产生的弯矩和剪力的有效深度为z z4.0/4.0/(对桩周为中等强度的土，直径为对桩周为中等强度的土，直径为400400mmmm左右的桩来说，此值约为左右的桩来说，此值约为4.54.55 5m)m)，在这个深度以下，桩身的内力在这个深度以下，桩身的内力M M、V V实际上可忽略不计，只需要按构造配筋实际上可忽略不计，只需要按构造配筋或不配筋。或不配筋。二、水平荷载作用下弹性桩的计算第15页/共33页C CC CC CC C0.00.01.000001.000001.41.4-0.14479-0.14479-4.59637-4.596370.10.1131.25234131.252341.000501.000501.51.5-0.29866-0.29866-1.87585-1.875850.20.234.1864034.186401.003821.003821.61.6-0.43385-0.43385-1.12838-1.128380.30.315.5443315.544331.012481.012481.71.7-0.55497-0.55497-0.73996-0.739960.40.48.781458.781451.029141.029141.81.8-0.66546-0.66546-0.53030-0.530300.50.55.539035.539031.057181.057181.91.9-0.76797-0.76797-0.39600-0.396000.60.63.708963.708961.101301.101302.02.0-0.86474-0.86474-0.30361-0.303610.70.72.565622.565621.169021.169022.02.0-1.04845-1.04845-0.18678-0.186780.80.81.791341.791341.273651.273652.42.4-1.22954-1.22954-0.11795-0.117950.90.91.238251.238251.440711.440712.62.6-1.42038-1.42038-0.07418-0.074181.01.00.824350.824351.728001.728002.82.8-1.63525-1.63525-0.04530-0.045301.11.10.503030.503032.299392.299393.03.0-1.89298-1.89298-0.02603-0.026031.21.20.245630.245633.875723.875723.53.5-2.99386-2.99386-0.00343-0.003431.31.30.033810.0338123.4376923.437694.04.0-0.04450-0.044500.011340.01134计算桩身最大弯距位置和最大弯距的系数计算桩身最大弯距位置和最大弯距的系数CC和和C C 第16页/共33页影响桩的水平承载力的因素较多，如桩的材料强度、截面刚度、入土深度、土影响桩的水平承载力的因素较多，如桩的材料强度、截面刚度、入土深度、土质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等。确定单桩水平承载力的方质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等。确定单桩水平承载力的方法，以水平静载荷试验最能反映实际情况。此外，也可根据理论计算，从桩法，以水平静载荷试验最能反映实际情况。此外，也可根据理论计算，从桩顶水平位移限值、材料强度或抗裂验算出发加以确定。有可能时还应参考当顶水平位移限值、材料强度或抗裂验算出发加以确定。有可能时还应参考当地经验。地经验。三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力第17页/共33页桩的水平静载荷试验是在现场条件下进行的桩的水平静载荷试验是在现场条件下进行的 :三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力第18页/共33页单桩单桩单桩单桩Ho-uo/HoHo-uo/HoHo-uo/HoHo-uo/Ho曲线曲线曲线曲线 单桩单桩单桩单桩Ho-gHo-gHo-gHo-g曲线曲线曲线曲线 三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力第19页/共33页终止加载条件终止加载条件当出现下列情况之一时当出现下列情况之一时，即可终止试验即可终止试验：）桩身折断桩身折断；）水平位移超过水平位移超过（软土取软土取）。）。三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力第20页/共33页水平临界荷载水平临界荷载H Hcrcr是相当于桩身开裂、受拉区混凝土不参加工作时的桩顶水平是相当于桩身开裂、受拉区混凝土不参加工作时的桩顶水平力，其数值可按下列方法综合确定：（力，其数值可按下列方法综合确定：（1 1）H Ho o-t-u-t-uo o曲线出现突变点（相同荷曲线出现突变点（相同荷载增量的条件下出现比前一级明显增大的位移量）的前一级荷载；（载增量的条件下出现比前一级明显增大的位移量）的前一级荷载；（2 2）H Ho o-uuo o/H/Ho o曲线的第一直线段或曲线的第一直线段或lgHlgH0 0-lgx-lgx0 0曲线拐点所对应的荷载；（曲线拐点所对应的荷载；（3 3）H Ho o-g g曲线第一突变点对应的荷载。曲线第一突变点对应的荷载。三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力第21页/共33页水水平平极极限限荷荷载载H Hu u是是相相当当于于桩桩身身应应力力达达到到强强度度极极限限时时的的桩桩顶顶水水平平力力，可可根根据据下下列列方方法法，并并取取其中的较小值。其中的较小值。（1 1）取取单单向向多多循循环环加加载载法法H Ho o-t-u-t-uo o曲曲线线产产生生明明显显陡陡降降的的前前一一级级或或慢慢速速维维持持荷荷载载法法时时的的H Ho o-u-uo o曲曲线线发发生生明明显显陡陡降降的的起起始始点点对对应应的的水水平平荷荷载载值值；（2 2）取取慢慢速速维维持持荷荷载载法法时时的的H Ho o-lgt-lgt曲曲线线尾部出现明显弯曲的前一级水平荷载值；尾部出现明显弯曲的前一级水平荷载值；（3 3）取取H Ho o-u-uo o/H/Ho o曲曲线线或或lgHlgHo o-lgu-lguo o曲曲线线上上第二拐点对应的水平荷载值；第二拐点对应的水平荷载值；（4 4）取取桩桩身身折折断断或或受受拉拉钢钢筋筋屈屈服服时时的的前前一一级级水平荷载值。水平荷载值。三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力第22页/共33页确定单桩水平承载力设计值确定单桩水平承载力设计值（）对于受水平荷载较大的一级建筑桩基对于受水平荷载较大的一级建筑桩基，单桩的水平承载力设计值应通过单桩的水平承载力设计值应通过单桩静力水平荷载试验确定单桩静力水平荷载试验确定。（）对于钢筋混凝土预制桩对于钢筋混凝土预制桩、钢桩钢桩、桩身全截面配筋率大于桩身全截面配筋率大于.的灌的灌注桩注桩，可根据静载试验结果取地面处水平位移为可根据静载试验结果取地面处水平位移为（对于水平位移敏对于水平位移敏感的建筑物取水平位移感的建筑物取水平位移）所对应的荷载的所对应的荷载的75%75%为单桩水平承载力设计为单桩水平承载力设计值值。三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力第23页/共33页（）对于桩身配筋率小于（）对于桩身配筋率小于.的灌注桩，的灌注桩，可取单桩水平静载试验的临界荷载的可取单桩水平静载试验的临界荷载的75%75%为单桩为单桩水平承载力设计值。水平承载力设计值。（）当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下（）当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下列公式估算桩身配筋率小于列公式估算桩身配筋率小于.的灌注桩的灌注桩的单桩水平承载力设计值：的单桩水平承载力设计值：三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力第24页/共33页）当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式）当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于.的灌注桩单桩水平承载力设计值的灌注桩单桩水平承载力设计值：三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力第25页/共33页三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力第26页/共33页四、群桩水平荷载力与位移计算群桩基础的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、群桩、土相互作用产生的群桩效应，可按下式确定：第27页/共33页四、群桩水平荷载力与位移计算考虑地震作用且sa/d6时：第28页/共33页四、群桩水平荷载力与位移计算其他情况：第29页/共33页四、群桩水平荷载力与位移计算桩的水平变形系数和地基土水平抗力系数的比例系数m可按下式确定：（1）桩的水平变形系数b0-桩身的计算宽度对于圆形桩，当d1m时，当d1m时，第30页/共33页四、群桩水平荷载力与位移计算（2）地基土水平抗力系数的比例系数m，宜通过单桩水平静荷载试验确定，当无静荷载试验资料时，可按下表确定：b0-桩身的计算宽度对于方形桩，当d1m时，当d1m时，第31页/共33页序号序号地基土类别地基土类别预制桩、钢桩预制桩、钢桩灌注桩灌注桩m m(MN/m(MN/m4 4)相应单桩在相应单桩在地面处水平地面处水平位移位移(mm)(mm)m m(MN/m(MN/m4 4)相应单桩相应单桩在地面处在地面处水平位移水平位移(mm)(mm)1 1淤泥、淤泥质土，饱和湿陷性黄淤泥、淤泥质土，饱和湿陷性黄土土2 24.54.510102.52.56 66 612122 2流塑流塑(I IL L1)1)、软塑、软塑(0.75(0.75I IL L1)1)状粘性土，状粘性土，e e0.90.9粉土，粉土，松散粉细砂，松散填土松散粉细砂，松散填土4.54.56.06.010106 614144 48 83 3可塑可塑(0.25(0.25I IL L0.75)0.75)状粘性土，状粘性土，e=0.75-0.9e=0.75-0.9粉土，湿陷性黄土，粉土，湿陷性黄土，稍密、中密填土，稍密细土稍密、中密填土，稍密细土6.06.010101010141435353 36 64 4硬塑硬塑(0(0I IL L0.25)0.25)、坚硬、坚硬(I IL L0)0)状粘性土，湿陷性黄土，状粘性土，湿陷性黄土，e0.75e0.75粉土，中密中粗砂，密实粉土，中密中粗砂，密实老填土老填土10102222101035351001002 25 55 5中密、密实的砾砂，碎石类土中密、密实的砾砂，碎石类土100 100 300 3001.51.53 3地基土水平抗力系数的比例常数地基土水平抗力系数的比例常数m m 四、群桩水平荷载力与位移计算第32页/共33页感谢您的观看！第33页/共33页