桩基础的设计计算培训单排桩桩基内力与位移计算学习教案.pptx

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1、会计学1桩基础的设计计算桩基础的设计计算(j sun)培训单排桩桩培训单排桩桩基内力与位移计算基内力与位移计算(j sun)第一页，共50页。（三）土的弹性（三）土的弹性（三）土的弹性（三）土的弹性(tnxng)(tnxng)抗力及其分布规律抗力及其分布规律抗力及其分布规律抗力及其分布规律1 1土的弹性抗力的概念土的弹性抗力的概念土的弹性抗力的概念土的弹性抗力的概念(ginin)(ginin)及定义式及定义式及定义式及定义式概念：概念：概念：概念：桩基础在荷载（包括轴向荷载、横轴向荷载和力矩）作用下产生位移及转角，使桩挤压桩侧土体，桩侧土必然对桩产生一横向土抗力 ，它起抵抗外力和稳定桩基础的作

2、用，土的这种作用力称为土的弹性抗力。定义式：定义式：定义式：定义式：（352）：横向土抗力 ；：地基系数 ；：深度Z处桩的横向位移（m）。第1页/共50页第二页，共50页。2 2地基地基地基地基(dj)(dj)系数的概念及确定方法系数的概念及确定方法系数的概念及确定方法系数的概念及确定方法n n概念概念概念概念(ginin)(ginin)：n n 地基系数地基系数地基系数地基系数C C 表示单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所表示单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所表示单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所表示单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所需施加的力。需施加的力。需施加的力。需施加

3、的力。n n确定方法：确定方法：确定方法：确定方法：n n 大量的试验大量的试验大量的试验大量的试验(shyn)(shyn)表明表明表明表明,地基系数地基系数地基系数地基系数C C 值不仅与土的类别及值不仅与土的类别及值不仅与土的类别及值不仅与土的类别及其性质有关，而且也随着深度而变化。由于实测的客观条件其性质有关，而且也随着深度而变化。由于实测的客观条件其性质有关，而且也随着深度而变化。由于实测的客观条件其性质有关，而且也随着深度而变化。由于实测的客观条件和分析方法不尽相同等原因，所采用的和分析方法不尽相同等原因，所采用的和分析方法不尽相同等原因，所采用的和分析方法不尽相同等原因，所采用的C

4、 C 值随深度的分布规值随深度的分布规值随深度的分布规值随深度的分布规律也各有不同。常采用的地基系数分布规律有下图所示的几律也各有不同。常采用的地基系数分布规律有下图所示的几律也各有不同。常采用的地基系数分布规律有下图所示的几律也各有不同。常采用的地基系数分布规律有下图所示的几种形式，因此也就产生了与之相应的基桩内力和位移的计算种形式，因此也就产生了与之相应的基桩内力和位移的计算种形式，因此也就产生了与之相应的基桩内力和位移的计算种形式，因此也就产生了与之相应的基桩内力和位移的计算方法。方法。方法。方法。第2页/共50页第三页，共50页。计算方法地基系数C随深度分布地基系数C表达式说 明m法与

5、深度成正比C=mZm为地基土比例系数K法桩身第一挠曲零点以上抛物线变化，以下不随深度变化C=KK为常数C值法与深度呈抛物线变化C=cZ0.5c为地基土比例系数C法沿深度均匀分布C=K0K0为常数第3页/共50页第四页，共50页。125岩石岩石岩石岩石(ynsh)(ynsh)地基地基地基地基C C的取值：的取值：的取值：的取值：20第4页/共50页第五页，共50页。非岩石地基非岩石地基非岩石地基非岩石地基C C的取值：的取值：的取值：的取值：“m”“m”计算内力方法：计算内力方法：计算内力方法：计算内力方法：C=mzC=mz认为地基系数认为地基系数认为地基系数认为地基系数C C随深度随深度随深度

6、随深度(shnd)(shnd)呈呈呈呈正比例增加正比例增加正比例增加正比例增加第5页/共50页第六页，共50页。非岩石非岩石非岩石非岩石(ynsh)(ynsh)类土的比例系数类土的比例系数类土的比例系数类土的比例系数mm的取值：的取值：的取值：的取值：当hm深度(shnd)内存在两层不同土时 当hm深度内存在(cnzi)三层不同土时 第6页/共50页第七页，共50页。承台侧面地基(dj)土水平抗力系数：承台底地基(dj)土竖向抗力系数：承台埋深当hn小于1m时，按1m计算 桩端地基土竖向抗力(kn l)系数：当h小于10m时，按10m计算 第7页/共50页第八页，共50页。（四）单桩、单排桩与

7、多排桩基本概念（四）单桩、单排桩与多排桩基本概念（四）单桩、单排桩与多排桩基本概念（四）单桩、单排桩与多排桩基本概念分类依据：分类依据：分类依据：分类依据：水平作用力水平作用力水平作用力水平作用力H H 与基桩布置方式之间的关系H第8页/共50页第九页，共50页。单排桩外力单排桩外力(wil)计算计算纵、横桥向无偏移(pin y)：横桥向偏心(pinxn)：第9页/共50页第十页，共50页。（五）桩的计算（五）桩的计算(j sun)宽度基本概念宽度基本概念nn采用计算宽度的原因：采用计算宽度的原因：采用计算宽度的原因：采用计算宽度的原因：nn 为了将空间受力简化为平面受力，并综合考虑为了将空间

8、受力简化为平面受力，并综合考虑为了将空间受力简化为平面受力，并综合考虑为了将空间受力简化为平面受力，并综合考虑(kol)(kol)桩的截面形状及多排桩桩间的相互遮蔽作用。桩的截面形状及多排桩桩间的相互遮蔽作用。桩的截面形状及多排桩桩间的相互遮蔽作用。桩的截面形状及多排桩桩间的相互遮蔽作用。nn定义：定义：定义：定义：计算桩的内力与位移时不直接采用桩的设计宽度（直径），而是换算成实际工作条件下相当于矩形截面桩的宽度b1，b1称为桩的计算宽度。dHabHb1第10页/共50页第十一页，共50页。nn计算方法计算方法计算方法计算方法:nn 根据已有的试验资料分析，现行规范根据已有的试验资料分析，现行

9、规范根据已有的试验资料分析，现行规范根据已有的试验资料分析，现行规范(gufn)(gufn)认为计算宽度的换算方法可用下式表示：认为计算宽度的换算方法可用下式表示：认为计算宽度的换算方法可用下式表示：认为计算宽度的换算方法可用下式表示：K各桩间的相互影响系数。当水平力作用平面内有多根桩时，桩柱间会产生(chnshng)相互产生(chnshng)影响并与桩间静距L1有关，其值按下式决定：L10.6h1 时K=1.0；当L10.6h1时，第11页/共50页第十二页，共50页。n n国内有些规范国内有些规范国内有些规范国内有些规范(gufn)(gufn)建议简化计算建议简化计算建议简化计算建议简化计

10、算:圆形桩：圆形桩：圆形桩：圆形桩：当d1m时，b1=0.9（1.5d+0.5）；当d1m时，b1=0.9（d+1）。方形桩：方形桩：方形桩：方形桩：当边宽b1m时，b1=1.5b+0.5；当边宽b 1m时，b1=b+1。n n国外规范国外规范国外规范国外规范(gufn)(gufn)规定：规定：规定：规定：柱桩及桩身尺寸直径0.8m以下的灌注桩，b1=d+1（m）；其余(qy)类型及截面尺寸的桩，b1=1.5d+0.5（m）。第12页/共50页第十三页，共50页。（六）刚性（六）刚性(n xn)桩与弹性桩与弹性桩基本概念桩基本概念分类分类分类分类(fn li)(fn li)依据：依据：依据：依

11、据：按照桩与土的相对刚度，将桩分为刚性桩和弹性按照桩与土的相对刚度，将桩分为刚性桩和弹性按照桩与土的相对刚度，将桩分为刚性桩和弹性按照桩与土的相对刚度，将桩分为刚性桩和弹性桩桩桩桩弹性桩：弹性桩：弹性桩：弹性桩：当桩的入土深度 时，这时桩的相对刚度小，必须考虑桩的实际刚度，按弹性桩来计算。其中 称为桩的变形系数，刚性桩：刚性桩：刚性桩：刚性桩：当桩的入土深度 时，则桩的相对刚度较大，计算时认为属刚性桩 第13页/共50页第十四页，共50页。二二二二 “m”“m”法弹性单排桩基桩内力和位移法弹性单排桩基桩内力和位移法弹性单排桩基桩内力和位移法弹性单排桩基桩内力和位移(wiy)(wiy)计算计算计

12、算计算（一）基本假定1、将土视作弹性变形介质，地基系数随深度成比例增长。2、土的应力应变关系符合文克尔假定。3、忽略(hl)桩土之间的摩擦力和粘结力。4、桩与桩侧土在受力前后始终密贴。5、桩作为一弹性构件。第14页/共50页第十五页，共50页。（二）符号（二）符号（二）符号（二）符号(fho)(fho)规定：规定：规定：规定：第15页/共50页第十六页，共50页。一、桩的挠曲微分方程一、桩的挠曲微分方程(wi fn fn chn)的建立及求解的建立及求解第16页/共50页第十七页，共50页。第17页/共50页第十八页，共50页。1、摩擦桩、柱承桩、摩擦桩、柱承桩 、的计算的计算边界条件：边界条

13、件：边界条件：边界条件：第18页/共50页第十九页，共50页。对于 的摩擦桩或 的支承桩，几乎为零，此时这四个系数的计算公式可以简化，已制成由值查用的表格，查看附录或参考公路桥基。（465）第19页/共50页第二十页，共50页。2、嵌岩桩、嵌岩桩 、的计算的计算边界条件：边界条件：边界条件：边界条件：时，桩身在地面处的位移 、转角 与桩底边界条件无关，因此此时嵌岩桩与摩擦桩计算公式可通用。注：注：注：注：（466）第20页/共50页第二十一页，共50页。二、计算桩身在地面二、计算桩身在地面(dmin)一下任意深度处一下任意深度处内力及位移的简捷方法内力及位移的简捷方法当桩的支承条件和入土深度符

14、合一定要求时，可利用比较简捷计算方法来计算，即所谓的无量纲法。其主要内容一是利用边界条件求 、时，系数采用简化公式；二是因为 、都是 、的函数，代入基本公式整理后，无须再计算桩顶位移 、，而直接由已知的 、求得。第21页/共50页第二十二页，共50页。1 1、对于、对于、对于、对于 的摩擦桩、的摩擦桩、的摩擦桩、的摩擦桩、的柱承桩的柱承桩的柱承桩的柱承桩（4-67）第22页/共50页第二十三页，共50页。2、对于、对于 的嵌岩桩桩的嵌岩桩桩时，无论桩底支承情况如何，计算公式可通用。注注注注:（4-68）第23页/共50页第二十四页，共50页。三、桩身最大弯矩位置三、桩身最大弯矩位置 和最和最大

15、弯矩大弯矩 的确定的确定时：附表13第24页/共50页第二十五页，共50页。四、桩顶位移四、桩顶位移(wiy)计算公式计算公式第25页/共50页第二十六页，共50页。、的求解：的求解：的求解：的求解：(467a)(467b)、的求解的求解的求解的求解第26页/共50页第二十七页，共50页。、的计算的计算的计算的计算桩露出地面部分为变截面时桩露出地面部分为变截面时桩露出地面部分为变截面时桩露出地面部分为变截面时验算规定：验算规定：验算规定：验算规定：第27页/共50页第二十八页，共50页。五、单桩、单排桩设计五、单桩、单排桩设计(shj)计算步骤计算步骤初步拟定桩的直径和长度、承台位置(wi z

16、hi)、桩的根数及排列等计算内力，配筋，验算桩身截面强度和稳定性计算桩顶荷载 、验算单桩轴向容许承载力确定桩的计算宽度计算桩的变形系数计算 、，验算计算桩顶位移 和墩台顶位移，并进行验算确定桩在最大冲刷线下入土深度第28页/共50页第二十九页，共50页。六六 “m”法多排桩内力法多排桩内力(nil)与位移计算与位移计算 式中：xi第i排桩桩顶轴线(zhu xin)至承台中心的水平距离4-79第29页/共50页第三十页，共50页。若基桩若基桩若基桩若基桩(j zhun(j zhun)为斜桩，那么又有三种位为斜桩，那么又有三种位为斜桩，那么又有三种位为斜桩，那么又有三种位移：移：移：移：4-80第

17、30页/共50页第三十一页，共50页。第31页/共50页第三十二页，共50页。4-81第32页/共50页第三十三页，共50页。第33页/共50页第三十四页，共50页。第34页/共50页第三十五页，共50页。桩群刚度桩群刚度(n d)系数系数第35页/共50页第三十六页，共50页。承台上作用的荷载应当(yngdng)和各桩顶的反力相平衡，可列出位移法的方程如下：当各桩直径相同时，同时桩均为竖直且对称(duchn)，桩顶外力公式可写成：第36页/共50页第三十七页，共50页。n n作业：双柱式桥墩钻孔桩基础主要设计资料作业：双柱式桥墩钻孔桩基础主要设计资料(zlio)(zlio)如图，如图，上部结

18、构荷载经组合后，沿纵桥向作用于墩柱顶标高处的竖上部结构荷载经组合后，沿纵桥向作用于墩柱顶标高处的竖向力、水平力和弯矩分别为向力、水平力和弯矩分别为N=2915KNN=2915KN，H=110KNH=110KN，M=85KN/mM=85KN/m。n n要求：要求：n n1 1、计算最大冲刷线以下桩身弯矩。、计算最大冲刷线以下桩身弯矩。n n2 2、计算墩顶水平位移。桥梁跨度、计算墩顶水平位移。桥梁跨度L=25mL=25m。第37页/共50页第三十八页，共50页。第38页/共50页第三十九页，共50页。第四节第四节 群桩基础的竖向分析群桩基础的竖向分析(fnx)及验算及验算1 1、群桩承载力是否是

19、各基桩承载力之和？、群桩承载力是否是各基桩承载力之和？2 2、群桩基础的沉降、群桩基础的沉降(chnjing)(chnjing)是否比单桩基础的沉降是否比单桩基础的沉降(chnjing)(chnjing)小？小？一、群桩基础的工作性状一、群桩基础的工作性状一、群桩基础的工作性状一、群桩基础的工作性状(xngzhung)(xngzhung)及其特点及其特点及其特点及其特点第39页/共50页第四十页，共50页。1、端承桩群桩基础、端承桩群桩基础端承桩群桩基础的承载力等于(dngy)各单桩承载力之和，其沉降量等于(dngy)单桩沉降量。第40页/共50页第四十一页，共50页。2、摩擦、摩擦(mc)桩

20、群桩桩群桩基础基础第41页/共50页第四十二页，共50页。群桩效应群桩效应(xioyng)：定义：桩中心距小于定义：桩中心距小于定义：桩中心距小于定义：桩中心距小于6 6倍桩径时，摩擦桩群桩基础的沉降比单倍桩径时，摩擦桩群桩基础的沉降比单倍桩径时，摩擦桩群桩基础的沉降比单倍桩径时，摩擦桩群桩基础的沉降比单桩大，承载力常小于各单桩承载力之和，其工作性状与单桩桩大，承载力常小于各单桩承载力之和，其工作性状与单桩桩大，承载力常小于各单桩承载力之和，其工作性状与单桩桩大，承载力常小于各单桩承载力之和，其工作性状与单桩相比有明显区别，群桩不同于单桩的工作性状所产生的效应相比有明显区别，群桩不同于单桩的工

21、作性状所产生的效应相比有明显区别，群桩不同于单桩的工作性状所产生的效应相比有明显区别，群桩不同于单桩的工作性状所产生的效应(xioyng)(xioyng)，称为群桩效应，称为群桩效应，称为群桩效应，称为群桩效应(xioyng)(xioyng)。计算规定：建筑桩基础规定根数少于计算规定：建筑桩基础规定根数少于计算规定：建筑桩基础规定根数少于计算规定：建筑桩基础规定根数少于3 3根的群桩基础，桥梁工根的群桩基础，桥梁工根的群桩基础，桥梁工根的群桩基础，桥梁工程规定桩距程规定桩距程规定桩距程规定桩距66倍桩径时，只要验算单桩的承载力就可以了。倍桩径时，只要验算单桩的承载力就可以了。倍桩径时，只要验算

22、单桩的承载力就可以了。倍桩径时，只要验算单桩的承载力就可以了。但当不满足规范条件要求时，除了验算单桩承载力外，还需但当不满足规范条件要求时，除了验算单桩承载力外，还需但当不满足规范条件要求时，除了验算单桩承载力外，还需但当不满足规范条件要求时，除了验算单桩承载力外，还需要验算桩底持力层的承载力，持力层下有软弱土层时，还应要验算桩底持力层的承载力，持力层下有软弱土层时，还应要验算桩底持力层的承载力，持力层下有软弱土层时，还应要验算桩底持力层的承载力，持力层下有软弱土层时，还应验算软弱下卧层的承载力。验算软弱下卧层的承载力。验算软弱下卧层的承载力。验算软弱下卧层的承载力。第42页/共50页第四十三

23、页，共50页。二、群桩基础承载力验算二、群桩基础承载力验算(yn sun)1、桩底持力层承载力验算、桩底持力层承载力验算(yn sun)第43页/共50页第四十四页，共50页。第七节第七节 承台计算承台计算(j sun)n n设计内容：设计内容：设计内容：设计内容：n n 材料、形状、高度材料、形状、高度材料、形状、高度材料、形状、高度(god)(god)、底面标高、平面尺寸、底面标高、平面尺寸、底面标高、平面尺寸、底面标高、平面尺寸、构造构造构造构造n n验算内容：验算内容：验算内容：验算内容：n n 局部受压验算；局部受压验算；局部受压验算；局部受压验算；n n 桩及墩（或）对承台的冲剪验

24、算；桩及墩（或）对承台的冲剪验算；桩及墩（或）对承台的冲剪验算；桩及墩（或）对承台的冲剪验算；n n 抗弯强度验算；抗弯强度验算；抗弯强度验算；抗弯强度验算；n n 抗剪强度验算；抗剪强度验算；抗剪强度验算；抗剪强度验算；第44页/共50页第四十五页，共50页。一、桩顶处的局部一、桩顶处的局部(jb)受压验受压验算：算：第45页/共50页第四十六页，共50页。二、桩及墩对承台的冲剪验算(yn sun)：式中：um承台受桩冲剪，破裂锥体的平均周长(zhu chn)；u1承台内桩顶周长(zhu chn),当采用破桩头联结时可按喇叭口周长(zhu chn)计；u2承台顶面受桩冲剪后预计破裂面周长(z

25、hu chn),桩顶承台冲剪破裂线按35向上扩张；rm安全系数，Rj混凝土抗剪极限强度。t0一般不应小于0.51.0m，如不满足要求，可在桩顶设钢筋网。如基桩在承台的布置范围不超过墩台边缘以刚性角向外扩散范围，可不验算桩对承台的冲剪强度。第46页/共50页第四十七页，共50页。三、承台抗弯强度验算三、承台抗弯强度验算(yn sun)：四、承台抗剪强度验算四、承台抗剪强度验算(yn sun)：n n承台应有足够的厚度，防止沿墩身底面边缘承台应有足够的厚度，防止沿墩身底面边缘A-AA-A、B-BB-B截面处产生剪切破坏，在各截面剪截面处产生剪切破坏，在各截面剪切力分别为切力分别为 及及 ，按此验算

26、承台厚度，按此验算承台厚度，必要时在承台纵桥向及横桥向配置抗剪钢筋必要时在承台纵桥向及横桥向配置抗剪钢筋网或加大承台厚度。网或加大承台厚度。n n桩柱式墩台桩柱式墩台(dn ti)(dn ti)，一般应将桩柱上承台，一般应将桩柱上承台视为支承在桩柱的单跨或多跨连续受弯构件视为支承在桩柱的单跨或多跨连续受弯构件计算并配筋和验算截面强度，以保证其抗弯、计算并配筋和验算截面强度，以保证其抗弯、抗剪结构强度和位移、裂缝等。抗剪结构强度和位移、裂缝等。第47页/共50页第四十八页，共50页。桩基础设计桩基础设计(shj)一、设计程序搜集资料 拟定设计方案 强度、稳定(wndng)、变形验算 比较、修改

27、理想的设计方案。二、设计过程1、桩基础类型的选择1）承台底面高程的选择2）柱桩和摩擦桩的选择3）桩型和施工方法的选择第48页/共50页第四十九页，共50页。2 2、桩径、桩长的拟定、桩径、桩长的拟定3 3、确定基桩根数及平面布置、确定基桩根数及平面布置4 4、设计验算、设计验算(yn sun)(yn sun)1 1）单桩轴向承载力的验算）单桩轴向承载力的验算(yn sun)(yn sun)2 2）单桩横向承载力的验算）单桩横向承载力的验算(yn sun)(yn sun)3 3）单桩位移的验算）单桩位移的验算(yn sun)(yn sun)4 4）单桩侧向土抗力的验算）单桩侧向土抗力的验算(yn sun)(yn sun)5 5）群桩的验算）群桩的验算(yn sun)(yn sun)6 6）承台强度验算）承台强度验算(yn sun)(yn sun)第49页/共50页第五十页，共50页。