桩基础概要学习.pptx
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1、1 基桩水平承载力基桩水平承载力3 桩基内力和位移计算桩基内力和位移计算主要内容4 桩基础设计桩基础设计2 2 基桩内部稳定承载力验算基桩内部稳定承载力验算第1页/共61页1 水平荷载作用水平荷载作用基桩承载力基桩承载力水水水水平平平平荷荷荷荷载载载载长期作用长期作用反复作用反复作用瞬间作用瞬间作用基基基基本本本本问问问问题题题题水平承载力水平承载力荷载效应分析荷载效应分析基桩内力及位移基桩内力及位移设设设设置置置置方方方方向向向向垂直设置垂直设置倾斜设置倾斜设置破破破破坏坏坏坏特特特特征征征征桩身断裂桩身断裂桩侧土开裂隆起桩侧土开裂隆起第2页/共61页基桩水平承载力基桩水平承载力基桩水平承载
2、力基桩水平承载力确确确确定定定定方方方方法法法法基桩水平静载荷试验,可同步测试基桩内基桩水平静载荷试验,可同步测试基桩内力。力。理论计算方法,包括根据桩顶位移限制,采用水平荷载基桩计算理论;桩身材料强度和抗裂结构设计原理确定。地区经验方法第3页/共61页基桩水平承载力基桩水平承载力基桩水平承载力基桩水平承载力静载荷试验静载荷试验静载荷试验静载荷试验试验试验试验试验装置装置装置装置加载加载加载加载方式方式方式方式试桩、反力装置、加载传力系统、试桩、反力装置、加载传力系统、变形量测系统等。变形量测系统等。单向多循环加卸载单向多循环加卸载 每级荷载增量每级荷载增量2.5kN 20kN 加载加载4mi
3、n,卸载,卸载2min,或,或 加载加载10min,卸载,卸载10min。分级连续加载分级连续加载 各级荷载维持各级荷载维持10min。第4页/共61页试验装置示意图试验装置示意图试验装置示意图试验装置示意图第5页/共61页终终终终止止止止条条条条件件件件试试试试验验验验曲曲曲曲线线线线试桩桩身断裂试桩桩身断裂桩侧地表隆起桩侧地表隆起桩顶位移桩顶位移 20 30mm或软土或软土 30mm达到极限荷载达到极限荷载H0 t u0曲线或曲线或H0 u0曲线曲线H0u0/H0(位移梯度)曲线(位移梯度)曲线H0g曲线曲线第6页/共61页试验成果曲线试验成果曲线试验成果曲线试验成果曲线第7页/共61页成
4、成成成果果果果整整整整理理理理H0 t u0曲线第曲线第1突变点前一级荷载突变点前一级荷载H0 u0曲线第曲线第1直线段终点直线段终点H0u0/H0曲线第曲线第1直线段终点直线段终点H0g曲线曲线第第1直线段终点直线段终点临界临界荷载荷载H Hcrcr极限荷极限荷载载H Hu uH0 t u0曲线包络线凹向确定曲线包络线凹向确定H0 u0曲线明显陡降点曲线明显陡降点H0u0/H0曲线第曲线第2直线段终点直线段终点H0g曲线桩身断裂钢筋应力流变的曲线桩身断裂钢筋应力流变的前一级荷载前一级荷载第8页/共61页工工工工程程程程应应应应用用用用临界荷载临界荷载Hcr作为单桩水平承载力作为单桩水平承载力
5、 基基值值H0极限荷载极限荷载Hu确定容许承载力应除以安确定容许承载力应除以安全系数全系数2地面处水平位移地面处水平位移10mm(6mm)为单)为单桩水平承载力设计值桩水平承载力设计值地地地地区区区区经经经经验验验验北京北京灌注桩灌注桩(D=400,6 12),H0=40 60kN,约为轴向容许承载力的,约为轴向容许承载力的1/10 1/20。广东广东灌注桩(灌注桩(D=340)H0=10kN,约为轴,约为轴向容许承载力的向容许承载力的1/30第9页/共61页基桩水平容许承载力基桩水平容许承载力基桩水平容许承载力基桩水平容许承载力预测方法预测方法预测方法预测方法灌注桩配筋灌注桩配筋率率 0.6
6、5%时时灌注桩配筋率灌注桩配筋率 0.65%时,以及时,以及预制桩、钢桩等预制桩、钢桩等群桩时,群桩时,水平承水平承载力设计值载力设计值单单桩桩基基桩桩第10页/共61页桩身最大弯矩系数和桩顶水平位移系数桩身最大弯矩系数和桩顶水平位移系数第11页/共61页基桩基桩荷载荷载作用作用效应效应基桩水平承载力基桩水平承载力验算验算基桩水平承载力验算基桩水平承载力验算基桩水平承载力验算基桩水平承载力验算第12页/共61页2 基桩内部稳定承载力验算基桩内部稳定承载力验算轴向受轴向受压压 桩作为一根全部或部分埋入土中的轴向受压杆件压屈作压屈作用用 细长轴向受压杆件或偏心受压杆件,宜发生轴向挠曲而压屈失稳第1
7、3页/共61页 b桩的工作条件系数,0.95 c砼的安全系数,1.25 s钢筋安全系数,1.25轴向受压轴向受压临界荷载临界荷载N Ni i分项修正系分项修正系数数当 3%第14页/共61页砼桩纵向弯曲砼桩纵向弯曲系数系数 1.0系数 与参数lp/b(or lp/d or lp/r)负相关第15页/共61页桩受弯时的计算长度桩受弯时的计算长度l lp p第16页/共61页偏偏心心受受压压钢筋半径相对系数偏心增大系数当 3%,Ih=1.2Ih第17页/共61页其中,C1、C2和C3分别为钢筋表面形状系数、荷载作用系数和构件形式系数。容许裂缝宽度,一般分布0.2mm 0.25mm,根据受弯构件荷载
8、组合确定。最大裂缝宽度最大裂缝宽度第18页/共61页3 桩桩基内力和位移计算基内力和位移计算基基基基本本本本概概概概念念念念 将桩作为弹性地基上的梁,按文克尔假将桩作为弹性地基上的梁,按文克尔假定进行求解,简称弹性地基梁法。定进行求解,简称弹性地基梁法。文克尔假定,梁身任意点土抗力与该点文克尔假定,梁身任意点土抗力与该点位移成正比,从土力学观点不够严密,但概位移成正比,从土力学观点不够严密,但概念明确、方法简单。念明确、方法简单。求解的方法一般有,半解析解求解的方法一般有,半解析解(幂级数解、幂级数解、积分方程解、微分算字解等积分方程解、微分算字解等)、有限差分法和、有限差分法和有限单元法等。
9、有限单元法等。第19页/共61页地基水平抗力系数地基水平抗力系数地基水平抗力系数地基水平抗力系数C C横向土抗力横向土抗力横向土抗力横向土抗力文克尔假定文克尔假定文克尔假定文克尔假定 地基系数地基系数C定义定义为,弹性限度内,单位面积土单为,弹性限度内,单位面积土单位变形所产生力,位变形所产生力,kN/m3。地基系数地基系数C,主要与土的分类、土体性质有关。,主要与土的分类、土体性质有关。同时,地基系数同时,地基系数C与桩身刚度、桩的入土与桩身刚度、桩的入土深度、深度、桩的截面性状、桩距和荷载水平等相关。桩的截面性状、桩距和荷载水平等相关。第20页/共61页地基系数分布规律与横地基系数分布规律
10、与横向抗力计算向抗力计算第21页/共61页地基系数地基系数地基系数地基系数计算方法计算方法计算方法计算方法“m”法法“K”法法“c”法法“常数常数”法法 实测结果表明,上部土层对桩的位移和内力起主要实测结果表明,上部土层对桩的位移和内力起主要影响。因此,影响。因此,超固结土和地面为硬壳层时,可考虑超固结土和地面为硬壳层时,可考虑“常数法常数法”;其他土层一般采用其他土层一般采用“m”法和法和“C”法,桩径较大容许法,桩径较大容许位移较小时,宜选用位移较小时,宜选用“C”法;法;“K”法误差较大,较少采用。法误差较大,较少采用。第22页/共61页刚性桩、弹性桩和柔性桩刚性桩、弹性桩和柔性桩刚性桩
11、、弹性桩和柔性桩刚性桩、弹性桩和柔性桩刚性桩刚性桩弹性桩弹性桩长桩或柔长桩或柔性桩性桩第23页/共61页“m”m”法法法法 “m”法地基系数的比例系数法地基系数的比例系数m值,可根据试验实测值,可根据试验实测决定,或按下表选用。决定,或按下表选用。第24页/共61页关于地基系数比例系数关于地基系数比例系数mm值讨论值讨论 “m”法中,地基系数的比例系数法中,地基系数的比例系数m值,应随荷载和值,应随荷载和位移增加,而有所降低。位移增加,而有所降低。一般结构在地面处最大位移不超过一般结构在地面处最大位移不超过10mm,对位移,对位移敏感结构不超过敏感结构不超过6mm,可按表中取,可按表中取m值。
12、值。当位移相对较大时,应适当降低表列当位移相对较大时,应适当降低表列m值。值。主要影主要影响层响层hm范围范围内为多层土内为多层土时,需换算时,需换算当量当量m值。值。第25页/共61页多层土地基比例系数多层土地基比例系数mm换算示意图换算示意图第26页/共61页桩的计算宽度桩的计算宽度桩的计算宽度桩的计算宽度 桩在水平荷载作用下,桩身受力作用平面宽度范围桩在水平荷载作用下,桩身受力作用平面宽度范围内桩侧土受力外,桩身外一定范围土亦受到一定影响,内桩侧土受力外,桩身外一定范围土亦受到一定影响,不同截面形状的桩,受到影响的范围不同。不同截面形状的桩,受到影响的范围不同。计算时简化为平面受力,即将
13、桩的设计宽度(直径)计算时简化为平面受力,即将桩的设计宽度(直径),换算成相当的工作条件下矩形截面桩的宽度,换算成相当的工作条件下矩形截面桩的宽度b0。第27页/共61页形状换算系数与受力换算系数形状换算系数与受力换算系数第28页/共61页桩间相互影响系数桩间相互影响系数桩桩间间净净距距桩桩间间净净距距计算计算深度深度第29页/共61页水平受荷桩理论分析水平受荷桩理论分析水平受荷桩理论分析水平受荷桩理论分析扰屈方程扰屈方程扰屈方程扰屈方程第30页/共61页力与位移的符号规定力与位移的符号规定第31页/共61页水平受荷桩扰屈方程求解水平受荷桩扰屈方程求解水平受荷桩扰屈方程求解水平受荷桩扰屈方程求
14、解材料力材料力学学第32页/共61页桩身各截面弯矩主要是检验桩的截面强度和配筋计算,弯矩最大截面位置ZMmax和最大弯矩Mmax确定可以采用:1.计算绘制Mz z图,图解求得。2.数值解法,即求解剪力Q=0处的截面位置和弯矩工程应用工程应用工程应用工程应用应用应用11最大弯矩位置和最大弯矩最大弯矩位置和最大弯矩第33页/共61页4 桩基础设计桩基础设计 调查研究,场地勘察,收集资料;勘察报告、荷载性质、使用要求、上部结构等确定桩基持力层;选择桩材,确定桩的类型、外形尺寸和构造;确定单桩承载力设计值;上部结构荷载,初步拟定桩的数量和平面布置;桩平面布置,初步拟订承台的轮廓尺寸及承台底标高;验算作
15、用于单桩上的竖向和横向荷载;验算承台尺寸及结构强度;必要时,验算桩基的整体承载力和沉降量,当桩端下有软弱下卧层时,验算软弱下卧层的地基承载力;单桩设计,绘制桩和承台的结构及施工详图。桩基础的设计应力求选型恰当、经济合理、安全适用,对桩和承台有足够的强度、刚度和耐久性;对地基(主要是桩端持力层)有足够的承载力和不产生过量的变形。第34页/共61页桩型的选择桩型的选择桩型的选择桩型的选择 桩基设计时,首先应根据建筑物的结构类型、荷载情况、地层条件、施工能力及环境限制(噪音、振动)等因素,选择预制桩或灌注桩的类别。环境条环境条件件 在居民生活、工作区周围,应避免使用锤击、振动法沉桩的桩型;当工作区周
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