基桩内力和位移计算
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桥梁桩基是桥梁构造的最基础也是最重要的部位之一,桩基设计的准确对桥梁稳定性起着至为关健的作用。
桥梁所有荷载最终传递给桩基承受。
把握好桩基的设计和施工质量对桥梁整体建设意义重大。
一、桩基的类别针对界溪段桥梁下部构造施工图中存在两类桩:端承桩和摩擦桩。
端承桩:桩基自身重及桩顶以上荷载由桩端持力层承受。
摩擦桩:桩基自身重及及桩顶以上荷载由桩基周身与岩土摩擦阻力承受。
二、单桩基桩长理论计算公式及相关参数表(一)单桩桩基竖向承载力计算单桩竖向承载力应由土对桩的承载能力、桩身材料强度以及上部结构所容许的桩定沉降三方面控制。
1、摩擦桩单桩土对桩的承载力容许值计算公式:[Ra]=(1/2)*u*∑Qik*l i+Ap*QrQr=m0*K*[f ao]+k2*R*(h-3)式中:[Ra]——单桩轴向受压承载力容许值(KN),桩身自重与置换土重(当自重计入浮力时置换土重也计入浮力)的差值作为荷载考虑;u——桩身周长(m)Ap——桩端截面面积(㎡)n——土的层数(注:公式中未写出)Li——承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度(m),扩孔部分不计;Qik——与Li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值(kPa),宜采用单桩摩阻力实验确定,当无实验条件时按表5.3.3-1选用;Qr——桩端处土的承载力基本容许值(kPa),当持力层为砂石、碎石土时,若计算值超过下列值,宜采用:粉砂1000kP;细砂1150kP;中砂、粗砂、砾砂1450kP;碎石土2750kP;[f ao]——桩端处土的承载力基本容许值(kPa),按《公路桥涵地基及基础设计规范》第3.3.3条确定;h——桩端的埋置深度(m),对于有冲刷的桩基,埋深由一般冲刷线起算;对无冲刷的桩基,埋深由天然地面线或实际开挖后的地面线算起;h的计算值不大于40m,当大于40m时,按40m计算;k2——容许承载力随深度的修正系数,根据桩端处持力层土类按《公路桥涵地基及基础设计规范》3.3.4选用;K——桩端以上各土层的加权平均重度(kN/m3),若持力层在水位以下且不透水时,不论桩端以上土层的透水性如何,一律取饱和重度;当持力层透水时,则水中部分土层取浮重度;R——修正系数,按表5.3.3-2选用;m0——清底系数,按表5.3.3-3选用。
基桩内力和位移计算桩在横向荷载作用下桩身的内力和位移计算,国内外学者提出了许多方法。
目前较为普遍的是桩侧土采用文克尔假定,通过求解挠曲微分方程,再结合力的平衡条件,求出桩各部位的内力和位移,该方法称为弹性地基梁法。
以文克尔假定为基础的弹性地基梁法其基本概念明确,方法简单,所得结果一般安全,在国内外工程界得到广泛应用。
我国公路、铁路在桩基础的设计中常用的“m ”法就属于此种方法。
一、基本概念(一)土的弹性抗力及其分布规律桩基础在荷载(包括竖向荷载、横向荷载和力矩)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横向土抗力zx σ,它起抵抗外力和稳定桩基础的作用,土的这种作用力称为土的弹性抗力。
zx σ即指深度为Z 处的横向(x 轴向)土抗力,其大小取决于土体性质、桩身刚度、桩的入土深度、桩的截面形状、桩距及荷载等因素,可以下式表示: z zx Cx =σ (3-13) 式中: zx σ—横向土抗力,kN/m 2;C —地基系数,kN/m 3;z x —深度Z 处桩的横向位移,m 。
地基系数C 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。
大量的试验表明,地基系数C 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和分析方法不尽相同等原因,所采用的C 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(图3-34)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方法。
现将桩的几种有代表的弹性地基梁计算方法概括在表3-15中。
3-34地基系数变化规律桩的几种典型的弹性地基梁法 表3-15上述的四种方法各自假定的地基系数随深度分布规律不同,其计算结果是有差异的。
实验资料分析表明,宜根据土质特性来选择恰当的计算方法。
(二)单桩、单排桩与多排桩计算基桩内力,应先根据作用在承台底面的外力M H N ,,计算出在每根桩顶的荷载i p 、i Q 、i M 值,然后才能计算各桩在荷载作用下各截面的内力和位移。
桩基计算公式范文桩基计算公式作为土木工程中的重要计算手段,用于临时和永久建筑物的基础设计中,能够分析和确定桩基的承载能力和变形性能。
桩基计算公式涉及到土壤力学、结构力学等多个学科的知识,是设计师合理选择桩基型式和设计参数的必要工具。
本文将对桩基计算公式进行详细的介绍和解析。
一、承载力计算公式1.摩擦桩承载力计算公式摩擦桩的承载力可由以下公式计算:Qf=Af*σf其中,Qf为摩擦桩的承载力,Af为摩擦桩侧摩擦力的有效面积,σf为土体的平均有效应力。
2.立桩承载力计算公式立桩的承载力可由以下公式计算:Qb=Ab*σb+Ah*σh其中,Qb为立桩的承载力,Ab为立桩底部的摩擦力的有效面积,σb为土体的平均有效应力,Ah为立桩底端的侧阻力的有效面积,σh为土体的平均水平应力。
3.动力触探法计算公式针对没有静力触探数据的情况,可以通过动力触探法估算桩基承载力。
动力触探法计算公式如下:Qd=Cs*Es其中,Qd为动力触探法估算得到的桩基承载力,Cs为触探击数与摩擦桩承载力的关系系数,Es为触探点击能。
二、变形计算公式1.弯矩和曲率计算公式弯矩和曲率是桩基设计中重要的变形指标,可由以下公式计算:M=F*eK=F*e/I其中,M为桩基的弯矩,F为桩基所受的力,e为距桩顶的距离,K为桩基的曲率,I为桩基的惯性矩。
2.沉降量计算公式沉降量是桩基设计中另一个重要的变形指标,可由以下公式计算:s=(Q1-Q2)/Es其中,s为桩基的沉降量,Q1为荷载作用于桩顶时的承载力,Q2为荷载作用于桩底时的承载力,Es为土体的弹性模量。
3.水平位移计算公式当桩基受到水平力时,会产生水平位移,可以通过以下公式计算:Δx=F*L/Kh其中,Δx为桩基的水平位移,F为桩基所受的水平力,L为桩基的长度,Kh为桩的水平刚度。
以上所述仅为部分桩基计算公式的范例,实际工程中还会根据具体情况选择合适的计算公式。
在进行桩基计算时,还需对土壤和桩的参数进行合理的选择和输入,同时需要考虑地表荷载、水平力、腐蚀等外界因素的影响。