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高承台混合桩基础位移系数解法

更新时间:2025-01-15 工作计划 版权反馈
【摘要】:如国外学者Broms采用极限地基反力法研究了桩的挠度。弹性地基反力法假定土为弹性体,应用梁的弯曲理论计算桩身变形和内力。线弹性地基反力法分为考虑轴力影响和不考虑轴力影响两种情况。

1.极限地基反力法

极限地基反力法又称极限平衡法,该法假定桩为刚性体,也即不考虑桩身变形,土反力的大小仅为深度的函数,而与桩的挠度没有任何关系,并根据土体的性质预先设定一种地基反力形式,然后按照土的极限静力平衡来求解桩的水平承载力和桩身最大弯矩。如国外学者Broms(1964,1965)采用极限地基反力法研究了桩的挠度。

由于此法不考虑桩、土变形特性,所以不适用于有变形问题的一般桩基结构。

2.弹性地基反力法

根据土反力和桩身水平位移的关系,弹性地基反力法可分为线弹性地基反力法和非线性弹性地基反力法。弹性地基反力法是研究较多也是工程中较为常用的一种计算水平荷载桩变形和内力的方法。该法把桩视为插在土中的弹性梁建立基本方程

假定地基反力p 与桩的挠度y 有以下的幂乘关系

当n = 1 的时候为线弹性地基反力法,n ≠1 为非线性弹性地基反力法,两者的数学处理完全不同。

弹性地基反力法假定土为弹性体,应用梁的弯曲理论计算桩身变形和内力。计算地基反力时采用Winkler 模型,把桩周土离散为单独作用的弹簧,当某一个弹簧受力时,仅此弹簧产生和力成比例的压缩或伸长,而其他弹簧不受影响。

这里所说的非线弹性,是指应力与应变不成线比例关系,虽然卸载与加载所经历的过程不一定一致,但卸载后仍能恢复到原状。(www.xing528.com)

对于线弹性地基反力法,m = 0 为张有龄法;m = 1 为我国《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)的m 法,m 法不能给出完全闭合解,需要通过级数法或数值方法求解。线弹性地基反力法分为考虑轴力影响和不考虑轴力影响两种情况。

(1)不考虑轴力影响。

国内外学者基于m 法开展了大量的研究,如赵明华等(1994,2006)用单层地基m 法的解分别得到双层和多层地基桩的变形和内力。通过m 法对双层地基中m 值的换算进行了计算研究,戴自航等(2007)按实际成层地基抗力系数采用有限差分法和弹性地基杆系有限单元法计算桩身位移和内力。劳伟康等(2008)和吴锋等(2009)基于实测数据采用数理统计的方法对m 法进行了研究。Matlock(1960)给出了弹性桩理论和刚性桩理论的基本方程和计算方法,该方法考虑了土体模量随深度的变化。

(2)考虑轴力影响。

桩主要用来承受由上部结构自重所施加的竖向荷载,但实际工程中,桩往往是受到了竖向和横向荷载共同作用。如水平荷载桩除了在承受由上部结构和桩身自重等引起的竖向荷载以外,还承受由波浪荷载、风荷载、地震荷载、车辆制动力荷载、土压力、轮船及车辆的撞击等引起的水平荷载。在竖向和横向荷载共同作用下,除了水平荷载使桩身产生的变形和内力外,竖向荷载也将使桩产生附加弯矩,而这一附加弯矩又将使桩侧向变形进一步增大。

范文田(1986)推导出了按Winkler 假设范围内轴向与横向力同时作用下等截面均质桩基挠曲的微分方程,指出轴向力对柔性桩受力变形的影响程度是与桩身的压应变、桩身材料和土的弹性性质以及桩身横截面的几何形状和尺寸有关。Han 等(2000)采用变分法分析了水平力、轴向力、土反力、桩顶和桩底的边界条件等因素对桩身响应的影响,并指出当轴向荷载较小时,桩的水平位移随轴向荷载的增加而缓慢增大,但轴向荷载的影响随轴向荷载的增加而增大,当轴向荷载接近临界荷载时,桩的水平位移随轴向荷载的增加而急剧增大,此时轴向荷载已导致桩基失稳。

3.复合地基反力法(p-y 曲线法)

与弹性地基法类似,p y 曲线法假定土中的桩为一根弹性梁,但用一系列独立的非线性弹簧模拟不同深度的土层。各深度处的土反力与变形之间的关系曲线即为-y 曲线。该方法可以反映实际桩周土的非线性特点,因此得到了越来越广泛的应用。国外文献中针对不同的土质已有众多的曲线模型被提出,经典的如Matlock(1970)水下软枯土p-y 曲线、Reese 等(1974)砂土p-y 曲线和Reese 等(1975a,1975b)硬黏土p-y 曲线等。Stevens 等(1979)和Lee 等(1979)通过试验数据对Matlock(1970)提出的相关计算式进行了修正。Sullivan 等(1980)在Matlock(1970)和Reese 等(1975b)的基础上给出了统一的黏土p-y 曲线形式。

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