【高速公路】高速公路桥梁桩基础内力计算及设计(原版)

图6-2 单桩、单排桩及多排桩
力的分配： 不能直接应用上述公式计算各桩顶上的作用力，须 应用结构力学方法另行计算。
3、桩的计算宽度
（1）采用计算宽度的原因 为了将空间受力简化为平面受力，并综合考虑桩的截 面形状及多排桩桩间的相互遮蔽作用。 （2）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。
2、符号规定
在公式推导和计算中，取6-4图所示的坐标系统，对力和 位移的符号作如下规定：横向位移顺x轴正方向为正值； 转角逆时针方向为正值；弯矩当左侧纤维受拉时为正 值；横向力顺x轴方向为正值。
地基系数C表达式 C=mZ C=K C=cZ0.5 C=K0
说
明
m为地基土比例系数 K为常数 c为地基土比例系数 K0为常数
2、单桩、单排桩与多排桩 （1）单桩、单排桩的概念与力的分配
概 念： 是指与水平外力H作用面相垂直的平面上，仅有一 根或一排桩的桩基础。
图6-2 单桩、单排桩及多排桩
力的分配： 对于单排桩，如下图所示桥墩作纵向验算时，若作 用于承台底面中心的荷载为N、H、My ，当在单排桩方 向无偏心时，可以假定它是平均分布在各桩上的，即
常采用的地基系数分布规律有图下所示的几种 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。
图6-1 地基系数变化规律
现将桩的几种有代表性的弹性地基梁计算方法概括在表下中
计算方法 m法 K法 C值法 张有龄法
图 号 6-1a） 6-1b） 6-1c） 6-1d）
地基系数随深度分布 与深度成正比 桩身第一挠曲零点以上 抛物线变化，以下不随 深度变化 与深度呈抛物线变化 沿深度均匀分布
（2）影响土抗力的因素 （a）土体性质； （b）桩身刚度； （c）桩的入土深度； （d）桩的截面形状； （e）桩距及荷载等因素。
（3）地基系数的概念及确定方法
概 念 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，单位为kN/m3。
确定方法：
地基系数大小与地基土的类别、物理力学性质有关。 地基系数C值是通过对试桩在不同类别土质及不同 深度进行实测后反算得到。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。
4、刚性桩与弹性桩
为计算方便起见，按照桩与土的相对刚度，将桩分 为刚性桩和弹性桩。 （1）弹性桩 2.5 h 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α称为桩 的变形系数。
mb 1 EI
5
（2）刚性 2 .5 当桩的入土深度 h≤ 时，则桩的相对刚度较大，计算 a 时认为属刚性桩。
K：各桩间的相互影响系数。
K：各桩间的相互影响系数。 当桩基有承台联结时，在外力作用平面内有多根桩时， 各桩间的受力会相互产生影响。其影响与桩间的净距L1 的大小有关。 L1≥0.6h1时，K=1.0； 1 b' L1 K b ' L1＜0.6h1时， 0.6 h
1
图6-3 相互影响系数计算
（3）计算方法 根据已有的试验资料分析，现行规范认为计算宽度的 换算方法可用下式表示： b1 Kf K0 K b(或d )
式中：b（或d）：与外力H作用方向相垂直平面上桩的宽度或直径 Kf：形状换算系数，即在受力方向将各种不同截面形状的桩 宽度乘以Kf ，换算为相当于矩形截面宽度 K0：受力换算系数，即考虑到实际桩侧土在承受水平荷载时 为空间受力问题，简化为平面受力时所采用的修正系数
（二） “m”法计算桩的内力和位移
1、计算参数 地基土水平抗力系数的比例系数m值宜通过桩的 水平静载试验确定。但由于试验费用、时间等原 因，某些建筑物不一定进行桩的水平静载试验， 可采用规范提供的经验值如下表所示。
序 号 1
土 的 分 类 流塑粘性土IL＞1、淤泥
m或m0（MN/m4） 3～ 5
高速公路桥梁桩基础内力计算及设计
第六节 桩基础设计与计算
一、基桩内力和位移 二、群桩的工作特点 三、桩基础设计
一、基桩的内力和位移
（一）基本概念 1、土的弹性抗力及其分布规律 2、单桩、单排桩与多排桩 3、桩的计算宽度 4、刚性桩与弹性桩 （二）m法弹性单排桩基桩内力与位移计算
（一）基本概念
桩在横轴向荷载作用下桩身的内力和位移计算，目 前较为普遍的是桩侧土采用文克尔假定。 文克尔假定（简称弹性地基梁法）即梁身任一点的 土抗力和该点的位移成正比。
2
3 4 5
软塑粘性土1＞IL＞0.5、粉砂
硬塑粘性土0.5＞IL＞0、细砂、中砂 坚硬、半坚硬粘性土IL＜0、粗砂 砾砂、角砾、圆砾、碎石、卵石
5～10
10～20 20～30 30～80
6
密实粗砂夹卵石，密实漂卵石
80～120

M法的基本假定：
认为桩侧土为文克尔离散线性弹簧，不考虑桩土之 间的粘着力和摩阻力，桩作为弹性构件考虑，当桩受到 水平外力作用后，桩土协调变形，任一深度z所产生的桩 侧土水平抗力与该点水平位移Xx成正比，即σzx＝CXx， 且地基系数C随着深度成线性增长，即C＝mz。
1、土的弹性抗力及其分布规律
（1）土抗力的概念及定义式 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 作用。土的这种作用力称为土的弹性抗力。
定义式
zx Cx z
式中：σzx：横向土抗力（kN/m2）； C：地基系数（kN/m3）； xz：深度z处桩的横向位移（m）。
My N H Pi ; Qi ; Mi n n n
式中：n：为桩的根数。
图6-3 单排桩计算
当竖向力N在承台横桥向有偏心距e时Mx＝Ne，每 根桩上的竖向作用力可按偏心受压计算，即：
百度文库
N M x yi Pi n yi2
图6-3 单排桩计算
（2）多排桩概念基力的分配
概 念 是指在水平外力作用平面内有一根以上桩的桩基础 （对单排桩作横桥向验算时也属此情况）。