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130724中韩足球直播 www.354686.live 大直徑摩擦端承樁沉降計算分析與應用

中煤科工集團重慶設計研究院有限公司 鄔險峰 占文峰 2019/11/10 19:43:51

   摘 要:由于地質情況的不確定性,在地基基礎設計中的沉降計算也尤為復雜,給設計人員帶來諸多不便,本文通過彈性理論基本方法計算豎向荷載作用下單樁沉降,以Geddes彈性應力解為基礎,采用Duncan-Chang本構模型,充分考慮土的空間應力分布,計算方法簡單且計算結果較為合理準確,適合工程設計應用。
   關鍵詞:大直徑,摩擦端承樁,沉降分析
  
   1 前言
   大直徑灌注樁在工程中得到廣泛的應用,而對樁基礎的沉降計算更是許多科研工作者和工程設計人員關注的問題,單樁的沉降計算方法一般有如下幾種:1.彈性理論分析法;2.荷載傳遞分析法;3.分層總和法;4.剪切變形計算法;5.有限單元法。由于土層結構的多樣化以及樁土受力的不確定性,導致樁基沉降計算方法的復雜化,因此需要提出一種有針對性而且較為合理的計算方法,便于工程應用。
   2 基本計算理論
   Mindlin(1936)給出豎向集中力和水平集中力作用于彈性半空間內部時,體內各點應力分量和位移分量的解析解,以Mindlin應力解為基礎Geddes推導了任意樁側摩阻力分布形態時地基土中附加應力的計算方法,并針對單樁的沉降問題進行了分析,為單樁的沉降量計算提供了較為合理的方法。Geddes將作用于樁端土上的壓應力簡化為一集中力,將通過樁側摩阻力作用于樁周土的剪應力簡化為沿樁軸線的若干集中力,由此假定樁頂荷載P由三種阻力承擔(如圖1):
   ① 樁端阻力 ;
   ② 樁側矩形分布阻力 ;
   ③ 樁側三角形分布阻力 ;
   其中: 分別為樁端和樁側均布摩阻力分配系數
  
   圖1 Geddes計算中樁的荷載分布圖
   格德斯根據樁的荷載分布圖式,分別給出了三種形式的土中應力表達式,假設土體為彈性體,利用疊加原理,由此得出土中任意一點(r,z)的各向正應力和剪應力表達式,公式中的附加應力系數 均根據Mindlin 應力解及Geddes 應力公式計算,根據 Mindlin 應力解推導了3種荷載作用下軸線及非軸線位置土體中的應力分布系數公式。
   地基土在荷載作用下的應力-應變呈非線性關系,因此在樁基的沉降分析中必須考慮地基土非線性特點。在Konder提出了土的應力-應變關系為曲線型后,Kuncan and Chang根據這個關系并利用摩爾庫侖理論導出了非線性彈性地基型的切線模量計算公式。本文對土的變形計算采用了Duncan-Chang本構模型,其切線模量計算式如下:
  
   式中: , , , , 為確定切線模量 的5個試驗常數
   Pa—為單位與應力相同的大氣壓力 。
   3. 豎向荷載作用下單樁沉降計算
   3.1 基本假定
   為了簡化計算,對樁基的沉降計算考慮了以下假定:地基土為有限壓縮層;樁側只考慮豎向摩擦力;樁端只考慮豎向抗力;沉降僅由附加應力引起;不考慮樁土相對滑動,樁頂總沉降為由樁身壓縮變形、樁端土變形和樁側摩阻力向下傳遞到樁端平面所產生的變形三者構成,則樁的最終沉降量為 ,式中 為樁端力引起的沉降, 為樁側阻力引起的沉降,二者之和 為樁底沉降量, 為樁自身的壓縮量。
   3.2 樁身壓縮位移計算
   對于大直徑人工挖孔擴底樁,樁端阻力在樁的承載力中發揮著重要的作用,因此隨荷載不斷增大,在樁端阻力逐漸發揮主導作用的同時,樁身軸力也在不斷增大,此時樁身材料的軸向變形是不可忽略的。假設樁身軸力呈梯形分布,那么其的壓縮變形可由以下公式近似得出:
  
   式中:-----樁身材料的彈性模量
   ------樁頂的設計荷載
   ------樁身截面積和樁身長度
   3.3 樁底沉降量 計算
   由于地基土的應力-應變呈非線性關系,土的切線模量在加載過程中隨土中應力變化而變化,因此根據土的成層分布特點,在沉降計算中將各類土層無限細分,同時考慮充分考慮土的側向變形對沉降的影響,由線彈性理論計算每一細分土層壓縮變形,最后將所有壓縮變形進行疊加得到總的樁底沉降量。如圖2所示.從第i層土中深度z處
   取出一單元dz,該處的附加應力為 (z),切線模量為Et(z),
   則第i層土的壓縮量為:
   (未完,下一頁

  
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