群桩土_承台_结构的动力相互作用分析
土与结构相互作用分析基础

1 4
0.5
1.0
1.5
a0
ωc Vs
0.24 0.20 0.16 0.12 0.08 0.04
0
f1
-f2
0.5
c
c
1.0
1.5
a0
ωc 2Vs
• 地基动力刚度有时也常用质量—弹簧—阻尼模型来进行描述, 把复数刚度K用弹簧刚度Ke和粘性阻尼Ce分开来表示,简谐 振动的平衡条件为
Ke i ωCe
K e
4Gr 1μ
Ce
3.4r 2 1μ
ρG
• 1967年Elorduy等发表了矩形刚性基础下的竖向振动 解,等同底面积的圆形基础和矩形基础位移函数f1和f2 比较接近。
f1, -f2 cc
f1, -f2 c
0.20 Q0 Gc
0.16
f1
0.12
cc
0.08 0.04
0
-f2
———— Elorduy等 矩形刚体 - - - - - - - Bycroft 圆形刚体 — — — Sung 圆形刚体
31 μ
Cθ
0.8r 4 Gρ
1 μ1 BθLeabharlann KhKhs
321 μ Gr
7 8μ
Ch
18.41 μr 2
7 8μ
Gρ
• 基础振动问题自1936 年Reissner提出半无 限场地上圆形刚性基 础竖向简谐振动理论 至今,已经展开了一 系列的理论研究和实 测工作,这些工作根 据研究的对象和计算 条件不同可以归纳出 为如表所示的几类。
v
PH
u
M
(2)半无限场地上圆形刚性基础竖向振动特性
Reissner将基础的竖向位移表示成复数形式(复数表示外力 与变形之间存在一个相位差,相当于阻尼作用,振动能量向 无限远处辐射所引起,因此也称之辐射阻尼或者几何阻尼。
桩-土-结构共同作用控制理论分析

研究表明 ,承台可以分担 2 % O 以上的上部 荷载 ,不考虑相互作用 的计算理论保 守且 不科 学。 其实 , 早在上世纪 三四十年代上海的桩基础
设计曾经采用简易的考虑桩土共同作用的计算
模 型 , 以后没有得到推广 。到上 世纪七十年 但 代 ,考虑承 台底 土体承担荷载 的共 同作 用理论 成 了当时研究的热 。 u e id Bnr e B tre 和 ae e 在 t fl j 假定承 台地 面光 滑、 台刚度无 限大的基础上 , 承 对桩一 承 台体系进行 了弹性分析 ,研究 了桩 土一 台系统 的荷 载位 移性状 及 承台 与桩 的荷 载 分 配, 分析表 明: 各桩在承 台参与作 用时承受荷载 与 承 台不参与 作用 时有 明显差 别。R n o h adl 、 p P uo 等对 此均作 了一定的研究 ,后来发展成 ol s 分 别以 Mi l 位移基本解 、 ni dn 应力解为出发点 的 位移法 、 应力法。C oe ok 等提出了以桩周 同心 圆 式分 布的弹性 剪切位移场模式 为基础的剪切位 移法 , 并用 于分 析单桩 、 桩与土 的共 同作用 。 群 尚守平 等用位移系数来求解群桩 中每根桩 的荷 载分配 系数,以及应用 G de 的应力系数 计算 eds 桩、 土地基 的柔度矩 阵 , 对桩箱 基础与地基 土的 共 同作 用进行 了弹性分析。 线 弹性共 同作用理论考虑了桩一 承台的 土一 相互作用 , 尤其是 考虑了桩 、 承台与地基土 共同 分担荷载 , 是一个很大的进步。但是 , 以线 性关 系表示桩一 承 台的相互作用过 于粗 略 ,与实 土一
在实际应用中, 桩基础通常都是 以桩 一 承台 的形式 工作的。桩一 结构共 同作用理 论是桩 土一 基 础课题的关键所在 。本文在对桩土共 同作 用 的计算 模型和控制理论两方面详细分析 的基 础 上 , 出了以控制差异沉 降为 目的 、 I 土接 提 弓入桩 触单元 同时考虑土体 固结和上部结构 冈 度的j 4 维有限元计算理论。 1桩一 结构计算模型 土一 桩一 结构计算模 型经历 了不考 虑共同作 土一 用 、线弹性共 同作用和非线性共 同作 用三个阶
桩基承台两种设计模式的受力分析

桩基基础和桥墩整体连接就是桩基承 台,它是桥梁上部 负 载传递给桩基 的重要组成部分 。 承台设计可分为两种设计模式 : 类是将承 台作为受弯构件 ,按 “ 梁式体系 ”进行承冲切 、承 弯、承剪切的承受力计算 ; 另一类按 “ 撑杆一 系杆体系 ”进 行 分析和设计 : 本文是对桩基承台两种设计模式的受力进行分析 。 1两种桩基承 台设计模式介绍 承 台承受力影响 因素诸 多,在工程设计 中采用何种计算模 式,对承 台的计算结果及承 台尺寸有较大 的影 响,承 台承受力 复杂 , 承 台正截面受弯强度计算有 “ 梁式体系 ”计算方法和 “ 撑 杆. 系 杆体 系 ”计 算 方 法 。 前者 为 国 内 《 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 》 所 采 用 ,后 者 是 美 国公 路 桥 梁 设 计 规 范 所 采 用 。 “ 梁 式体 系 ” 设 计 模 式 是 指 ,“ 桥 涵 规 范 ”规 定 , 当承 台 下 面外排桩 中心距墩 台身边缘大于承 台高度 时,其正截面 ( 正截 面抗弯承载力可作为悬臂梁 ,按 “ 梁式体系 ”计算 。根据相关 实验及有 限元分析 ,桩 顶区域一般 限定在 3 D 宽度 以内,桩顶 区域纵 向筋应力 明显高于其他部分 ; 考虑到公路桥梁受水平力 和弯矩的作用 ,计算承 台截面弯矩设计时 ,同一排桩 内桩基 的 最小于最大竖 向力一般会呈反 向变化 ,所 以排桩基 的计算竖 向 力 应 取 该 排 桩 承 受 力 最 大 的桩 的竖 向力 。承 台在 平 行 于 墩 台 的 两 边 出现 弯 曲 的裂 缝 , 说 明承 台在 两 个 方 向 呈 梁 式 承 受 负 荷 , 说明承台属梁式破坏 。 “ 撑杆 . 系杆体系 ”设计模式是指 ,“ 桥涵 规范 ”规定 ,当 外排 桩中心距墩 台身边缘不大于承 台高度时 ,承 台短悬臂可按 “ 撑杆 . 系杆体系 ”计算 ,计 算包括撑 杆 的抗压 承载力 和系杆 的抗 拉 承 载 力 。 梁式体系是传承传统的承 台计算方法 ,根据 《 建筑地基基 础 设计规 范》 ,承 台在平行 于墩台 的两 边出现弯 曲的裂 缝 ,说 明承 台在 两个方向呈梁式承受负荷 ,说 明承台属梁式破坏 。 “ 梁 式体系 ”和 “ 撑杆一 系杆 体系 ”都 是假定承 台为刚性 的前 提下, 做 的简化 分析方法,然而在桩基承 台体 系的研 究中, 承 台的刚度 实际上是一个表示相对的刚性程度 ,处于不 同的刚 性 状 态 的 承 台 , 其 工 作 机 理 是 不 同的 。 本文 的研 究对 象,是 以中小桥梁常用的两桩桩基承 台,通 过桩 土相互作用 的承 台 . 桩基三维有 限元计算分 析,通 过有限 元计 算结果 与 “ 梁式体 系 ”设计方法 、“ 撑杆一 系杆体 系”方 法 的比对 ,考 量承 台的应力分布情况,从而探讨桩基承 台的工 作机理 。 2 撑 杆 一系杆 体 系 设 计 模 式 以某工厂 匝道桥 的桥基举例 , 承 台尺寸 6 . 5 乘 以2 . 5 乘以1 . 8 米 ( 长乘 以宽乘 以高 ) ,桩径 1 . 5 米 ,桩 长 5 0 米 ,桥 墩 。进 行 有限元计算 ,承 台采用 八节 点三 维单 元,桩采 用梁单元,桩底 固定 ,墩 顶采 用竖 向负荷 N为 8 0 0 0 K N,桩测按规定考虑桩 周 土的弹性约束 。 在承 台的水平 正应力在 竖向外负荷作 用下沿承 台高度发生 变化 ,桩边和墩边存在应力集 中的情 况。承 台水平 正应 力沿 承 台 的 高 度 呈 非 线 性 状 态 。墩 身部 分 参 与 工 作 , 所 以 受压 区 的应
土与结构相互作用

土与结构相互作用在建筑结构的设计计算中,通常是将上部结构、地基和基础三者分开来考虑,作为彼此离散的独立结构单元进行静力平衡分析计算。
在上部结构的设计计算中,不考虑基础刚度的影响;而在设计基础时,也未考虑上部结构的刚度,只计算作用在基础顶面的荷载;在验算地基承载力和进行地基沉降计算时,亦忽略了基础的刚度,而将基底反力简化为直线分布,并视其为柔性荷载,反向施加于地基。
这种设计方法在50年前大型、高层建筑没有出现的情况下,可以说是适用的。
但随着高层、大型、复杂建筑的修建,地基相对上部结构来说相互柔性,因而,地基刚性的假设不再成立,在设计结构时,就必须考虑地基与上部结构的相互作用问题,把二者作为一个整体进行耦合分析。
土与结构相互作用理论研究已经有相当丰富的经验,已取得了一些成果。
土与结构相互作用分为静相互作用和动相互作用。
土与结构静力相互作用理论主要有:Meyerhof G G博士提出估算框架等效刚度的公式以考虑共同作用,在计算箱型基础土与结构共同作用时,按箱基抗弯刚度与上部框架结构考虑柱影响的有效刚度比例来分配总弯矩。
Cheung Y K应用有限元研究地基基础的共同作用,为共同作用的发展提出了另一发展方向。
Haddain M J利用子结构分析方法研究地基基础与上部结构的共同作用,为利用有限元分析高层建筑结构打下基础。
土与结构动力相互作用理论:Lsymer和Richart 提出了解决土与结构动力共同作用的集中参数法,为解决土与结构动力共同作用的计算奠定了基础。
Paramelee 率先对土和结构系统提出了比较合理的力学模型:将地基理想化为半无限空间,上部结构理想化为带刚性底板的单自由度刚架,其刚性底板搁置在地基土表面。
这一力学模型的提出,标志着土与结构动力共同作用的研究进入深化阶段。
Chopra ,Perumalswami 在分析大坝与基础在地震作用下的共同作用时提出了子结构法,使当时的数值计算分析方法能够在复杂体系中得以有效应用。
群桩效应1.doc

群桩效应(Group Piles effects )在高层建筑基础设计时不能不考虑的就是群桩效应,群桩效应就是指群桩基础受竖向荷载后,由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同,承载力往往不等于各单桩承载力之和这一现象。
影响群桩效应的主要因素有两个:一个是群桩自身的几何特征,如承台的设置方式(高、低承台)、桩间距桩长L及桩长与承台宽度比L/Bc、桩的排列形式、桩数;另一个是桩侧及桩端的土性及其分布、成桩工艺。
群桩效应具体反映在以下几个方面:群桩的侧阻力、群桩的端阻力、承台土反力、桩顶荷载分布、群桩的破坏模式、群桩的沉降及其随荷载的变化。
群桩基础——由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。
若桩身全部埋于土中,承台底面与土体接触,则称为低承台桩基;若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上,则称为高承台桩基。
建筑桩基通常为低承台桩基础单桩基础——采用一根桩(通常为大直径桩)以承受和传递上部结构(通常为柱)荷载的独立基础。
群桩基础——由2根以上基桩组成的桩基础。
基桩——群桩基础中的单桩。
复合桩基——由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基。
复合基桩——包含承台底土阻力的基桩。
单桩竖向极限承载力——单柱在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。
它取决于土对桩的支承阻力和桩身材料强度,一般由土对桩的支承阻力控制,对于端承桩、超长桩和桩身质量有缺陷的桩,可能由桩身材料强度控制。
群桩效应——群桩基础受竖向荷载后,由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同,承载力往往不等于各单桩承载力之和,称其为群桩效应。
群桩效应受土性、桩距、桩数、桩的长径比、桩长与承台宽度比、成桩方法等多因素的影响而变化。
群桩效应系数——用以度量构成群桩承载力的各个分量因群桩效应而降低或提高的幅度指标,如侧阻、端阻、承台底土阻力的群桩效应系数。
变刚度调平设计

变刚度调平设计桩基变刚度调平优化设计⼀、概述⾼层建筑有相当⽐例的上部结构为刚度相对较弱、荷载不均的框剪、框筒结构,其基础采⽤桩筏、桩箱基础,建成后其沉降呈蝶形分布,桩顶反⼒呈马鞍形分布。
这些⼯程的基础设计多数沿⽤传统理念,采⽤均匀布桩与厚筏(或箱形承台)。
这种传统理念可以概括为四点:1、基桩的总承载⼒不⼩于总荷载,桩群形⼼与荷载重⼼重合或接近;即满⾜⼒和⼒矩的平衡。
2、桩的布置⼤体均匀,有的还主张在⾓部和边部适当加密;因为实测桩顶反⼒⾓部最⼤,边部次之,中部最⼩;3、沉降量和整体倾斜满⾜规范要求;4、筏板厚度在满⾜抗冲切的前提下随建筑物层数和⾼度成正⽐增⼤,厚度达3-4m者鲜见,或为增加刚度⽽采⽤箱形承台;常规设计计算⽅法只考虑静⼒平衡条件,⽽没有考虑上部结构、筏板、桩⼟的共同作⽤。
⽽实际情况中,群桩效应将导致桩的⽀承刚度由外向内递减;对于框剪、框筒结构,荷载集度是内⼤外⼩,⽽其上部结构的刚度对变形的制约能⼒相对较弱。
若采⽤传统设计⽅法,则碟形差异沉降较明显,易引起开裂,影响正常使⽤的要求。
⽽采⽤变刚度调平设计理论调整桩基布置,使得基底反⼒分布模式与上部结构的荷载分布⼀致,可减⼩筏板内⼒,实现差异沉降、承台(基础)内⼒和资源消耗的最⼩化。
⼆、传统设计理念的盲区传统设计理念的盲区归纳起来有以下四个⽅⾯:1、设计中过分追求⾼层建筑基础利⽤天然地基将箱基或厚筏应⽤于荷载与结构刚度极度不均的超⾼层框筒结构天然地基,由此导致基础的整体弯矩和挠曲变形过⼤,差异变形超标,甚⾄出现基础开裂。
2、桩筏基础中,忽视桩的选型应与结构形式、荷载⼤⼩相匹配的原则将⼩承载⼒挤⼟桩⽤于⼤荷载⾼层建筑的情况,由此导致超规范密布⼤⾯积挤⼟桩,既不能有效减⼩差异沉降和承台内⼒,⼜极易引发成桩质量事故。
3、桩筏基础中,忽视合理利⽤复合桩基调整刚度分布、减⼩差异沉降的作⽤由于荷载分布不均,布桩必然稀密不⼀,承台分担荷载作⽤在疏桩区不予利⽤,必然导致该部分⽀承刚度偏⾼,既不利于调平,⼜不利于节材。
桩承载力总结、群桩效应、减沉桩

S>D
一般大于6d 一般大于6d
> 6d
承载力: R 群 承载力: 沉降: 沉降:
= nR 单
α
l
S群 = S 单
群桩效应系数: 群桩效应系数:
η =1
D = d + 2l ⋅ tan α
(2)承台底面贴地的情况(复合桩基) 承台底面贴地的情况(复合桩基)
复合基桩:桩基在荷载作用下, 复合基桩:桩基在荷载作用下,由桩和 承台底地基土共同承担荷载, 承台底地基土共同承担荷载,构成复合 桩基。 桩基。复合桩基中基桩的承载力含有承 台底的土阻力。称之为复合基桩。 台底的土阻力。称之为复合基桩。 复合基桩 影响因素:桩顶荷载、 、土质、 影响因素:桩顶荷载、l/d、土质、承台 刚度、及桩群的几何特征。 刚度、及桩群的几何特征。
4.3.3 竖向荷载下的群桩效应
问题
单桩承载力加 起来等于群桩 承载力? 承载力?
群桩基础中桩的极限承载力确定极为复杂,与桩的间距、 群桩基础中桩的极限承载力确定极为复杂,与桩的间距、 土质、桩数、桩径、 土质、桩数、桩径、入土深度以及桩的类型和排列方式等因 素有关。 素有关。
群桩效应概念: 群桩效应概念:
的影响: 主要影响因素 ③桩距s的影响:→主要影响因素 桩距 的影响 s=3~4d
η ≥1
桩侧土应力叠加,提高侧阻。 桩侧土应力叠加,提高侧阻。 桩端土应力叠加,提高端阻; 桩端土应力叠加,提高端阻;但总 的沉降增加。 的沉降增加。
η p1 桩侧土应力叠加严重, 桩侧土应力叠加严重,桩侧土 下移,降低侧阻。 下移,降低侧阻。 桩端土应力叠加严重,降低端阻; 桩端土应力叠加严重,降低端阻; 总的沉降加剧。 总的沉降加剧。
水平承载力与位移,群桩基础计算

η c=0,η s =η p = η sp =1 当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准
值时,基桩的竖向承载力设计值为:
R Quk sp
当承台底面与土脱开(非复合桩基)时,即取η c=0;
4 桩顶作用效应简化计算
1.基桩桩顶荷载效应计算
以承受竖向力为主的群
1.单桩的水平承载力
桩的水平荷载作用的特征 桩在水平荷载作用下,桩身产生挠曲变形,变
形的形式与桩和地基的刚度有关。桩身变形挤压侧 土体,而土体对桩侧产生水平抗力,其大小和分布 与桩的变形、地基条件和桩的入土深度有关。
桩在破坏之前,桩身与地基的变形是协调的,相 应地桩身产生了内力。随着桩身变形和内力的增大, 对于低配筋率的灌注桩来说常是桩身首先出现裂缝, 然后断裂破坏;
一般工业与民用建筑中的基础,常以承受竖向荷载 为主,但在桩基上作用有较大水平荷载时还必须对桩的水 平承载力进行验算。
一般来说当水平荷载和竖向荷载合力与竖直线的夹角 不超过5度时,竖直桩的水平承载力不难满足设计要求, 更应采用竖直桩。因此下面的讨论仅限于竖直桩的水平承 载力。
实践表明:桩的水平承载力远比竖向承载力要低!
(2).地震作用效应
对于抗震设防区主要承受竖向荷载的低承台桩 基,当同时满足下列条件时,桩顶作用效应计算可 不考虑地震作用:
(a)按《建筑抗震设计规范》规定可不进行天然 地基和基础抗震承载力计算的建筑物;
①群桩基础中各基桩的工作性 状与单桩基本一致;
②群桩基础承载力等于各单桩
承载力之和; 1 ③群桩的沉降量几乎等于单桩
的沉降量;
当各群 桩的沉降量几乎 等于单桩的沉降 量。
端承型群桩基础
超长钻孔灌注桩基础群桩效应分析

近年来 , 随着科学技术 的发展 , 桩基 础 的设 计、 工水平 都得 指群桩的极限承载 力与群 桩 中各桩按 独立 单桩考 虑 的极限承 载 施 到了很大提高 , 主要体现在 : 超长 、 大直径 和大规模 三个 方面 。其 应用也越来越 广泛 , 尤其 是在 大型 桥梁工 程 中 , 如有 名 的东 海大 桥 、 州湾跨海大桥 、 通大 桥等 , 杭 苏 都采 用 了大规 模 的群桩 基 础 。 力之和的 比值 , 可按 下式计算 : =凡 X , 。 其 中, 竹为群桩效应系数 ; 为群 桩 的极 限承载力 ; n为群 桩
一1O一 ~9 2 6
l. 13
l l
l . 33
l . 57
3. 35
3 4
40 5
40 o
05 .5
06 .2
O7 .7
0 9 .l
03 .2
O4 .
00 .4
0 0 .3
41 .
4
S 5
S 6
中粗砾砂
亚 粘 土 及 粘 土
— 3 一—10 . 8 . 2 1
超长钻孔灌注 桩基础群 桩效 应分析
陈志平 朱永珠 薛寒冰
摘 要: 结合 某大型桥 梁工程实例 , 建立 了多个有限元模型 , 对影响超 长钻孔灌 注桩群桩基础 的群桩 效应进行 了研 究 , 着 重分析 了桩距和桩数 两大因素。结果表 明 , 桩距越 大, 群桩效应 系数越接近 于 1桩数越 小 , ; 群桩效应 系数越接近 于 1 。 关键 词 : 灌注桩 , 群桩基础 , 群桩效应
1 桩 间距影 响。不 同桩 间距条件 下 的桩 顶荷载 与沉降 P s ) -J 计算 曲线如图 2 示。在相 同的轴 向荷 载作用 下 , 间距小 的群 所 桩 桩基 础沉 降较 大。桩间距越 大 , 桩的平均 沉降越小 , —J 群 P s曲线 越平 缓 , 这也表 明随着桩 间距 增加 , 群桩 基础 的整体 稳定 性增 强 了, 发生整体破坏 的趋势减弱 。不 同桩距条件下 的极 限侧 阻如 图
地基基础现场检测技术

1.1.8 复合地基: 部分土体被增强或被置换形成增强体,由增强体和周 围地基土共同承担荷载的地基。
1.1.9 特征值:“特征值”一词,对应的组合是正常使用极限状态下的 标准组合,其涵义即为在发挥正常使用功能时所允许采用的抗力设计值, 是根据一个单位工程内同条件下的单桩承载力检测值统计、考虑一定的 安全储备值而得到的数值结果,不是严格建立在概率统计学基础上的统 计结果。(它可以是统计得出,也可以是传统经验或某一物理量限定的 值,实际为承载力的允许值,即:极限值/2)
2.2.2检测方法
1、基桩高应变动力检测
(1)定义:通过在桩顶实施重锤敲击,使桩产生的动位移量 级接近常规静载试桩的沉降量级,以便使桩周岩土阻力充分 发挥,通过测量和计算判定单桩竖向抗压承载力是否满足设 计要求及对桩身完整性做出评价的一种检测方法。
(2)方法:主要包括锤击贯入试桩法、波动方程法和静动法 等等,其中波动方程法是我国目前常用的高应变检测方法。
1.1.17负摩阻力:就是当桩身穿越软弱土层支承在坚硬土层上,当软 弱土层因某种原因发生地面沉降时,桩周围土体相对桩身产生向下位 移,这样使桩身承受向下作用的摩擦力,软弱土层的土体通过作用在 桩侧的向下的摩擦力而悬挂在桩身上;这部分作用于桩身的向下摩擦 力,称为负摩阻力。
1.1.18土塞效应:敞口空心桩沉桩过程中土体涌入管内形成的土塞, 对桩端阻力的发挥程度的影响效应,可以提高桩的承载力。
1.3.2人工地基 定义:由人工填筑或改造的岩体、土体构成的地基。 常见的处理方法:换填法、预压法、强夯法、振冲法、砂石桩法、石 灰桩法、柱锤冲扩桩法、土挤密桩法、水泥土搅拌法(含深层搅拌法、 粉体喷搅法。深层搅拌法简称湿法,粉体喷搅法简称干法)、高压喷 射注浆法、单液规划法、碱液法等。
基础工程学复习题及一答案详解

基础工程学复习题及详解第一章至第二章一、判定下列说法是否正确,将√、×符号填入括号内。
1.当浅层地基土的承载力及变形不能满足上部结构荷载及变形要求时,采用桩基础是有效的方法之一。
(√2.由长径比(l/d)较大的桩组成的桩基础,承载力较易满足荷载要求,但沉降值不易满足建筑地基的变形允许值。
(×)3.采用桩基础的高耸建(构)筑物,其整体倾斜值易满足建筑地基的变形要求。
(√)二、名词解释1.地基——受到建筑物荷载影响的那一部分土层(相当于压缩层范围内的土层)或岩层称为地基。
2.基础——建(构)筑的下部结构称为基础,一般情况下,基础往往位于室外地面标高以下,它承受着上部结构的荷载,且将荷载传递到地基土中。
三、问答1. 天然地基上的浅基础设计内容是什么?在进行天然地基上的基础设计时,需考虑地基及基础两方面的设计内容。
设计内容及步骤:为了适应地基强度,而且要使地基的变形及稳定性符合设计要求,天然地基设计的内容主要包括:确定基础埋深及地基承载力特征值,确定基础底面尺寸,并对地基变形及稳定性进行验算。
为了保证基础自身的强度及稳定性,基础设计包括确定基础类型及材料,对基础内力进行计算,从而确定基础竖直剖面尺寸,并进行配筋计算等。
2.浅基础按受力性能分类,各类基础包括哪几种?——浅基础按受力性能分为刚性基础(无筋扩展基础)及柔性基础。
刚性基础如:砖基础、毛石基础、毛石混凝土基础、灰土基础、三合土基础及素混凝土基础等。
柔性基础指钢筋混凝土基础。
3. 如何根据静载荷试验成果确定地基承载力特征值?采用0.25m2、0.50m2或1.0m2的方形载荷板对地基土进行载荷试验,当荷载压力-沉降(p-s)曲线有明显比例界限(曲线由近直线变为曲线的拐点)时,取该比例界限对应的荷载为地基承载力特征值;当曲线的比例界限不明显,但能判定极限荷载(曲线陡降前的拐点),且该极限荷载小于对应比例界限荷载值的2倍时,取极限荷载的一半为地基承载力特征值;当不能用上述二种方法确定时,当压板面积为0.25~0.5m2,可取承压板沉降值与承压板宽度之比s/b=0.01~0.015所对应的荷载为地基承载力特征值,但其值不应大于最大加载量的一半。
基础工程名词解释考试(3)

基础工程名词解释考试(3)基础工程名词解释考试必备浅基础:埋置深度不大、施工简单的基础深基础:对于浅层土质不良,需要利用深层良好底层,施工较复杂的基础刚性基础:基础在外力作用下,当基础工具有足够的截面使材料的容许应力大于由低级反力产生的弯曲拉应力和剪应力时,基础内不需配置受力钢筋,这种基础称作刚性基础柔性基础:基础在基底反力作用下,在基础中配置足够数量的钢筋,这种基础称为柔性基础箱形基础:为增大基础刚度,可将基础做成由钢筋混凝土顶板、底板及纵横隔墙组成的箱形基础,它的敢赌远大于筏板基础,而且基础顶板和底板间的空间常可利用坐地下室。
打入桩:是通过锤击将各种预先制好的桩(主要是钢筋混凝土实心桩或者管桩,也有木桩或者钢桩)打入地基内所需要的深度摩擦桩:桩穿过并支承在各种压缩土层中,在竖向荷载作用下,基桩所发挥的承载力以侧摩擦阻力为主时,称为摩擦桩。
1.当桩端无坚实持力层且不扩底2.当桩的长径比,即使桩端置于坚实持力层上,由于桩身直接压缩量过大,传递到桩端的负荷较小时3.当预制沉桩过程由于桩距小、桩数多、沉桩速度快、使已沉入桩上涌,桩端阻力明显降低时。
群桩效应:由于承台、桩及土的相互作用使得群桩中基桩的工作性状(承载能力与沉降)与相同地质条件和设计方法的单桩有显著差别的现象组合沉井:当采用低桩承台而围水挖基浇注承台由困难时,当沉井刃脚遇到倾斜较大的岩层或在沉井范围内地基软硬不均而水深较大,采用的上面是沉井而下面是桩基的混合式基础,称为组合式沉井。
真空预压法:实质上是以大气压作为预压荷重的一种预压固结法什么情况下产生负摩阻力?桩周土体的沉降变形大于桩身的沉降变形时,就会产生抚摩阻力挤土桩和非挤土桩的形式有哪些挤土桩:实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩在锤击或者振入过程中都要将桩位处的土大量排挤开,因而使土的结构严重扰动破坏。
粘性土由于重塑作用使得抗剪强度降低;而原来处于疏松和稍密状态的无粘性土的抗剪强度则可提高。
高层建筑考虑桩-土-结构相互作用的地震响应分析

目 前应 用 较 多 的 桩 一 土 相互 作 用 的 模 型 主 要 有 多
质 点 系 模 型 、弹 性 介 质 中 的 梁 模 型 和 有 限 元 模 型 等 。 多 质点 系模 型 又称 集 中质 量 模型 , 以 P n i n模 型 e ze
其 基本 假定 为 : ( 1) 将 土 看作 为 弹 性 变 形 介 质 ,其 地 基 系数 在 地 面 ( 冲 刷线 )处 为零 ,并 随深度 成 正比例 增长 。 或 ( )在 水 平 力 和 竖 直 力 作 用下 ,任 何 深 度 处 土 的 2 压 缩性均 用 地基 系数 表示 。
质 粘 土 、 粘 土 、 粉 砂 。 考 虑 到 模 拟 的 真 实 性 , 建 模 时
近 似 ,其 采 用广 义的 V n Mie 屈 服条 件 ,其 表达 式为 : o ss
/=√, +旺 , =0 ,一K
式 中 :, 为 应 力 张 量 第 一 不 变 量 , .
l =( +仃、 l 『 +盯==3 - ;J 为应 力偏量 第二 不变 量 ;0 0 2 c 为试验 常数 ,吼:
{ — Sn 驴 l j I
,式 巾 为土 体 内摩 擦 角 ; ,式中 妒为土体 内摩擦 角。
桩基础课件——群桩基础的计算

二、承台下土分担荷载的作用
复合桩基:桩基础在荷载作用下,由桩和承台底地基土共同承 担荷载,构成复合桩基 复合基桩:复合桩基中基桩的承载力包含了承台底的土阻力, 把这种低承台群桩中包含承台底土阻力的基桩称为复合基 桩 承台底土反力比平板基础底面下 的土反力低,其大小和分布形式 与桩顶荷载水平、桩距等因素。 通常,其分担荷载的比例在百分 之十几,多者达到百分之五十以上。 反力呈马鞍型分布。内区反力小且 分布比较均匀。桩距增大时内外区 反力差减小。
s
s Qsk p Q pk c Qck R s p c
当根据静载荷试验确定 单桩竖向极限承载力标 准值时, 复合基桩的 竖向承载力设计值 R为 :
sp Quk c Qck R sp c
Qck
qck Ac n
式中 Qck 相应于任意复合基桩承 台底地基土总极限阻力 标准值(kN ); qck 承台底1 / 2承台宽深度范围内地基 土极限阻力标准值 (kPa); Ac 承台底地基土净面积 (m 2 );
忽略侧阻和端阻的群桩效应的说明 影响桩基的竖向承载力的因素包含三个方面, 一是基桩的承载力;二是桩土相互作用对于桩侧阻 力和端阻力的影响,即侧阻和端阻的群桩效应;三 是承台底土抗力分担荷载效应。对于第二部分,在 《建筑桩基技术规范》JGJ94-94 中规定了侧阻的群桩 效应系数ηs ,端阻的群桩效应系数 η p 。所给出的ηs 、 η p 源自不同土质中的群桩试验结果。其总的变化规 律是:对于侧阻力,在粘性土中因群桩效应而削弱, 即非挤土桩在常用桩距条件下ηs 小于1,在非密实的 粉土、砂土中因群桩效应产生沉降硬化而增强,即ηs 大于1;对于端阻力,在粘性土和非粘性土中,均因 相邻桩桩端土互逆的侧向变形而增强,即 η p >1。但 侧阻、端阻的综合群桩效应系数 η sp对于非单一粘性 土大于1,单一粘性土当桩距为3~4d 时略小于1。计 入承台土抗力的综合群桩效应系数略大于1,非粘性 土群桩较粘性土更大一些。
桩基承台传力机理及设计改善措施

图2 斜压杆的中腹部劈裂破坏模型
梁式受力体系
薄承台(η>1)临近破坏的时 候弯曲裂缝平行于柱边两个方向交替 出现,承台在两个方向分别成为梁式 承担荷载,最大弯矩在平行于柱边的 两个方向的屈服线产生,呈现“梁 式破坏”。图1为四桩承台的破坏模 式,波浪线为屈服线,该屈服线把承 台分成了若干块体,根据此塑性理论 可以建立计算公式。
效约束腹部混凝土变形,阻止压杆区域 的混凝土软化和的劈裂,间接地阻止了
尝试新材料,如钢纤维混凝土等。
作者单位:江苏省姜堰市交通工程质量监督站
压杆被压溃,提高整个承
台的承载力。
配置型钢骨架
由于钢筋受压会存在
屈曲,发挥不了全部的承
载力,参考组合钢-混凝
土结构的原理,可以在承
台内配置整个型钢骨架,
在外部浇筑混凝土融为一
承台设计中的改善方法
由于近年我国的基础建设步伐 较快,各种跨度和高度记录被不断地 刷新,承台也理所当然朝体积更大, 配筋更多的方向发展。下面主要针对 工程中常见的厚承台,依据其传力模 式,给出设计改善建议,以图提高安 全度,节省工程材料,其中有些措施 也适合于薄承台。
在桩顶集中布置受拉钢筋
传统的设计方法是底部均匀配 置受力钢筋,而根据拉压杆的传力原 理,承台底部沿桩基中心连线的小范 围内配置的钢筋应力较大,对承载力 贡献大。所以,可以针对性地在集中 布置桩顶钢筋,见图4a,试验证明, 这种集中配筋方式可以有效减少钢材 用量,减小承台裂缝,提高承载力。 需要说明的是图中也可以在对角的桩 顶配置斜向水平的受拉钢筋,这也是 符合空间传力机理的,如图4b,这两
承台的传力机理和计算方法
对于承台的传力机理和计算方 法,国内外已经做过很多研究和讨论, 目前存在两种比较通行的理论,下面分 别介绍。
群桩基础

(2)不位于斜坡地带和地震可能导致滑移地裂地段的建筑物; (3)桩端及桩身周围无可液化土层; (4)承台周围无可液化土、淤泥、淤泥质土。 对位于8度和8度以上抗震设防区的高大建筑物低承台桩基.在 计算算各这桩的作用效应和桩身内力时要考虑地震作用。
01 群桩基础的工作特点 02 承台下土对荷载的分担作用 03 复合基桩竖向承载力特征值 04 桩顶作用效应简化计算 05 基桩竖向承载力验算 06 桩基软弱下卧层承载力验算 07 桩基竖向抗拔承载力验算 08 桩基水平承载力验算 09 桩基负摩阻力验算 10 群桩基础沉降验算
(1)端承型群桩基础
群桩基础通过承台分配到各基桩桩顶的荷载,绝大部分或全部 由桩身直接传递到桩底,由桩底岩层(或坚硬土层)支承。
由于桩底持力层刚硬,桩的贯入变形小,低桩承台的承台底面 地基反力与桩侧摩阻力所占比例很小,可忽略不计。
因此承台分担荷载的作用和桩侧摩阻力的扩散作用一般均不予 考虑。
桩底压力分布面积较小,各桩的压力叠加作用也小,群桩中的 各基桩的工作状态近同于单桩。
端承型群桩基础
(1)端承型群桩基础
(2)摩擦桩群桩基础
荷载主要通过桩侧土的摩阻力传递到桩周土体。 扩散作用,桩底处的压力分布范围要比桩身截面积大,桩底处的应 力叠加。 桩底处地基,土受到的压力比单桩大。
(2)摩擦桩群桩基础
群桩基础的基础尺寸大,荷载传递的影响范围也比单桩深,因此桩底 下地基土层产生的压缩变形和群桩基础的沉降比单桩大。
《建筑规范》以下桩基应进行沉降验算:
(1)地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基;
(2)体形复杂荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级 为乙级的建筑物桩基;
土-结构相互作用-群桩分析

第一章问题描述土体尺寸为3.6*2.16*1.56,单元尺寸为0.06,上层土体厚度为1.44,下层碎石厚度为0.12,圆桩的水平截面的形心坐标为:1号桩X=1.2,Y=1.08;2号桩X=1.8,Y=1.08;3号桩X=2.4,Y=1.08;4号桩X=1.8,Y=1.68;5号桩X=1.8,Y=0.48。
桩的起始Z坐标为0.06,终止坐标为1.56.直径为0.15。
桩上方有一立方体承台,承台上方有一连接构件,连接一质量块。
各种材料的材料参数如下表所示。
表1-1 各种材料的材料参数输入脉冲的宽度为0.015秒,时间步长为0.00001秒,步数为16384步。
通过自由场程序构造垂直向上入射的SV波。
第二章数值计算结果2.1群桩各个水平截面的剪力时程图2.1.1一号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.1.2二号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.1.3三号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.1.4四号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.1.5五号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2群桩各个水平截面的弯矩时程图2.2.1一号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2.2二号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2.3三号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2.4四号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2.5五号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3群桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图2.3.1一号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3.2二号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3.3三号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3.4四号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3.5五号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4群桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图2.4.1一号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4.2二号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4.3三号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4.4四号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4.5五号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.5群桩各个水平截面的内力峰值2.5.1一号桩各个水平截面的内力峰值2.5.2二号桩各个水平截面的内力峰值2.5.3三号桩各个水平截面的内力峰值2.5.4四号桩各个水平截面的内力峰值2.5.5五号桩各个水平截面的内力峰值2.6最大弯矩值最大的截面产生最大弯矩所对应时刻桩的挠曲线2.6.1一号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=1.32处截面,其最大弯矩值为0.464KN*m,该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.01204s,此时桩的挠曲线如下图所示(横轴表示挠度,纵轴表示桩水平截面的位置(以水平截面形心的Z坐标值来表示))2.6.2二号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=0.06处截面,其最大弯矩值为3.031KN*m,该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.03288s,此时桩的挠曲线如下图所示(横轴表示挠度,纵轴表示桩水平截面的位置(以水平截面形心的Z坐标值来表示))2.6.3三号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=1.32处截面,其最大弯矩值为0.464KN*m,该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.01204s,此时桩的挠曲线如下图所示(横轴表示挠度,纵轴表示桩水平截面的位置(以水平截面形心的Z坐标值来表示))2.6.4四号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=1.26处截面,其最大弯矩值为0.519KN*m,该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.01225s,此时桩的挠曲线如下图所示(横轴表示挠度,纵轴表示桩水平截面的位置(以水平截面形心的Z坐标值来表示))2.6.5五号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=1.26处截面,其最大弯矩值为0.519KN*m,该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.01225s,此时桩的挠曲线如下图所示(横轴表示挠度,纵轴表示桩水平截面的位置(以水平截面形心的Z坐标值来表示))。
承台_基础_桩_土不同构造形式下的相互作用研究

论文承台(基础)-桩-土不同构造形式下的相互作用研究A study on the interaction of cap(foundation),pile and soil郑 刚1,高喜峰1,任彦华2,吴永红2(1.天津大学土木工程系,天津 300072;2.天津市勘察院,天津 300191)摘 要:桩与承台(或基础)之间可能有嵌入、接触和隔一层褥垫层三种构造形式,针对现有桩与承台连接的复合桩基和在桩顶设置褥垫层的刚性桩复合地基构造形式,提出了在桩顶与基础之间预留净空以发挥土承载力的一种新的构造形式。
对不同构造形式,进行了一系列现场足尺单桩复合地基试验,对竖向荷载作用下承台(基础)-桩-土相互作用、破坏模式、承载力确定等进行了对比分析与研究。
关键词:桩;承台;基础;土;相互作用中图分类号:T U473 文献标识码:A 文章编号:1000-4548(2004)03-0307-06作者简介:郑 刚(1967-),男,博士,教授,博士生导师,从事土力学及岩土工程教学与科研工作。
ZHE NG G ang1,G AO X i2feng1,RE N Y an2hua2,W U Y ong2hong2(1.Department of Civil Engineering,Tianjin University,Tianjin300072,China;2.Tianjin Insitute of Geotechnical Investigation&Surveying,Tianjin300191,China) Abstract:In this paper,the relation between cap(foundation)and pile is classified into three types based on the load transfer mechanism.The first one is that pile head is imbedded into cap,the second one is that there is a layer of granular mat between foundation slab and pile head,and the third,as suggested in this paper,is that there is a certain gap between foundation slab and pile head,with the foundation being directly on the top of soil.A series of full scale loading tests are carried out to investigate the difference of the interaction among foundation slab,pile and soil,the failure pattern and the bearing capacity of these different kinds of composite ground under vertical load.K ey words:pile;cap;foundation;soil;interaction0 前 言Ξ近年来,在桩-土相互作用方面的研究与设计理论取得了很大的进展,采用较大的桩距的情况下可利用桩间土的部分承载力。
摩阻力公式

i i 1-i 1-i vi 21Z Z P γγσ++=∑ P 为外加荷载强度,γ为有效重度,Z 为有效厚度。
vi ni q βσ=ni q 与各层土中的给定摩阻力强度比较,取较小值。
得ni ni l q u ∑=NN 为总的摩阻力,u 为桩的周长,ni q 为第i 层的摩阻力强度,ni l 为第i 层的有效厚度(中性点所在的层的有效厚度为其上一层到中性点的距离,其余为各层厚度)群桩基础——由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。
若桩身全部埋于土中,承台底面与土体接触,则称为低承台桩基;若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上,则称为高承台桩基。
建筑桩基通常为低承台桩基础。
单桩基础——采用一根桩(通常为大直径桩)以承受和传递上部结构(通常为柱)荷载的独立基础。
群桩基础——由2根以上基桩组成的桩基础。
基桩——群桩基础中的单桩。
复合桩基——由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基。
复合基桩——包含承台底土阻力的基桩。
单桩竖向极限承载力——单柱在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。
它取决于土对桩的支承阻力和桩身材料强度,一般由土对桩的支承阻力控制,对于端承桩、超长桩和桩身质量有缺陷的桩,可能由桩身材料强度控制。
群桩效应——群桩基础受竖向荷载后,由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同,承载力往往不等于各单桩承载力之和,称其为群桩效应。
群桩效应受土性、桩距、桩数、桩的长径比、桩长与承台宽度比、成桩方法等多因素的影响而变化。
群桩效应系数——用以度量构成群桩承载力的各个分量因群桩效应而降低或提高的幅度指标,如侧阻、端阻、承台底土阻力的群桩效应系数。
桩侧阻力群桩效应系数——群桩中的基桩平均极限侧阻与单桩平均极限侧阻之比。
桩端阻力群桩效应系数——群桩中的基桩平均极限端阻与单桩平均极限端阻之比。
桩侧阻端阻综合群桩效应系数——群桩中的基桩平均极限承载力与单桩极限承载力之比。
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DYNAMIC INTERACTIVE ANALYSIS OF PILE GROUP-SOIL-STRUCTURE
XIONG Hui , ZOU Yin-sheng
(Department of Civil Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)
部桩基土体的地震反应研究,考虑上部结构与桩土 之间的共同作用都是十分必要的,同时也是建筑抗 震设计中的一种趋势。目前,尽管土- 结构相互作 用的理论量化工作并不十分完善,由各种不同的计 算方法及试验所得出的规律并不具备很强的可遵 循性,但是仍形成了一些共识: 首先, 由于地基的相
辉 (1975),男,湖南人,博士生,主要从事上下部结构共同作用、基础工程设计等方面的研究 (E-mail: xionghui5320@);
地根据静力荷载条件下的概念来判别桩群的动力 (5) 刚度特性。于同一布置方案而言,水平阻抗对地震 作用的方向性并不敏感(如图 2 中的各 L、T 向), 并且无论是水平还是摇摆阻抗,其两个方向的峰、 谷基本对应于同一频率点,但摇摆阻抗的实部和虚 部均和这种方向性强相关(如图 3),这也许能够解 释对于多高层结构而言其摇摆动力反应会占优的 原因。而且抽桩方式对动力刚度是有影响的,由分 析结果来看,边桩抽取较中桩抽取方案所形成的群 桩阻抗值普遍要小( a 0 <0.8 频段)。
2 2 1 2 1 2 1 2 1 2
上式中:k s 、c s 为土分布刚度与阻尼系数,对于垂
(6) ks − 0.25 c s = 6.0a 0 ρ sV s D + 2 β s ω (4) 式中, ψ (S , θ ) 为荷载作用方向与土体某点
至桩体轴线连线的水平投影夹角 θ 时的衰减波动 系数,为一复数,其幅值越小则桩- 桩间相互位移 衰减越快。可简约表示为:
摘
要:基于共同作用理论,在导出了时域中上、下部相互作用动力平衡方程的基础上,利用桩-桩动力相互作
用因子法获取了群桩的动力阻抗, 对水平地震作用下群桩-土-上部结构的反应特性进行了较全面的分析。 着重讨 论并估计了群桩抽桩布置于体系动力反应的影响,通过数值计算分析,取得了一些有价值的认识,并认为受水 平地震力作用桩承结构也可借鉴考虑竖向上、下部共同作用沉降优化的理念和思想来进行抽桩设计。 关键词:上下部共同作用;群桩阻抗;抽桩布置;桩基动力设计;结构反应 中图分类号:TU473 文献标识码:A
邹银生 (1938),男,湖南人,教授,博士生导师,主要从事土木工程抗震、隔震领域的研究工作
76
工
程
力
学
对柔性,按相互作用体系整体分析求得的结构反应 频下的桩基动力阻抗引入到共同作用的时程分析 与刚性地基假设条件下有所不同,一般说来其基本 中,考查了场地土层、桩距径比特别是群桩布置等 周期是延长的;其次,由于桩承台(箱、筏板)基础 诸多因素对于桩-土-结构体系的地震动力反应的影 的平动与转动的影响,从概念上来讲,与刚性地基 响,由此得到一些有益的结论。 假设计算结果相比,结构顶点位移响应一般都会相 2 桩-土-结构共同作用动力平衡方程 应地增大,且上部结构刚度越大而场地越软,结构 顶点的位移增大得越多;此外,由于结构的存在可 结合上部结构以及联系结构与桩基的承台基 能改变邻近土体地震动,而导致地基的加速度幅值 础的动力平衡方程,并引入子结构法概念,对于二 较自由域场地的要小。当然,这些并不是定性的结 维平面分析,当仅考虑垂直入射地震 SH 波且上部 论,但从文献[3]给出的 1144 个计算结果来看,是 结构为纯剪切形框架时,可将桩-土-结构体系的动 基本符合这些观点的。本文基于频域分析得到了任 力平衡方程式简化并写成如下的矩阵形式: 意群桩布置形式的基桩阻抗,并将共同作用体系基 && [C ] {u [M s ] &&s } + [ R ]u && f + [T ]θ & s } + [ R ]u & f + [T ]θ& f {u − [C ][ R ] − [C ][T ] f T T G T G &&f &f Mf u u + − [ R ] [C ] [ R] [C ][ R ] + Cuu [ R ] [C ][T ] + Cuφ − [T ]T [C ] [T ]T [C ][ R ] + C G [T ]T [C ][ R ] + C G && & I θ θ f f f φu φφ
1Байду номын сангаас
引言
在水平地震作用下,固定基础假定下所进行的 上部结构反应分析的不合理或不健全性已为许多 研究者所表述[1][2],而且其与考虑共同作用条件下 的理论计算以及实测结果均有一定的出入。因此, 无论是侧重上部结构地震性能的分析还是着重下
———————————————
收稿日期: 2002-09-22;修改日期: 2003-03-06 作者简介:熊
数( 只是求取得到的表达方式不同),显然这些量都 是与频率相关的。尽管可以通过等效因子的做法将 群桩的静力相互作用引入到动力分析中来,但是基 于物理波动理论而提出的桩-土-桩动力相互作用系 数因子[8]显然更合适用来得到群桩的动力阻抗。对 于群桩系统中的任意两桩 i,j,共同作用效率因子 α αβ (i, j ) 可表示为:
[6]
上式中, [ M s ] 、 M f 、 I f 分别为上部结构质量矩 阵 (N×N) 、承台质量及其惯性矩;[C] 采用瑞雷阻 尼,可取结构的第一、二基频进行计算;[K] 为层 间刚度矩阵; {u s } 及 u f 、 θ f 为上部结构各质点相 对于基础平动以及承台基础自身的水平、摇摆反 G G 应; K αβ 、 Cαβ (下标 α 、 β 可为水平 u,竖向 v,
∗ 向及耦合向分别取 0.75、0.25 和 0.5; k x 、 c∗ x 为与
3
群桩的动力阻抗
目前,对单桩的动力特性已有了比较深入的认
识 , Tajimi[4](1969) 、 Novak(1974 , 1978 , 1983)[5]
群桩(土)-承台-结构的动力相互作用分析
77
土的动力刚度的实部与虚部: 2 k s2 + ω c s − mω 2 (k s + iω c s ) ∗ kx + ic ∗ x = (k s − mω 2 ) 2 − (ω c s ) 2 直入射剪切波,可取: k s = 1.2 E s
π ψ (S , θ ) = ψ ( S ,0) cos θ +ψ ( S , ) sin 2 θ 2 [ − iω ( S − D / 2 ) − β sω ( S − D / 2)] / V Lα ψ (S ,0) = D / 2S e π ψ (S , ) = D / 2S e [ −iω ( S − D / 2) − β sω ( S − D / 2)] / Vs 2
s ℘αβ (ω ) = kαβ (ω ) + iω cαβ (ω )
∑∑ [α αβ (i, j )]
i =1 j =1
−1
S , 其中℘αβ
为单桩 Gazetas 法:
(2) (3)
各向阻抗;[α αβ (i, j )] −1 (i, j 为桩号位置)表示对群桩 动力共同作用因子矩阵求逆; [ R] = [1 1 1L1] 、
G 摇摆 φ 的相互组合)为群桩阻抗值℘αβ 的实、虚部, G 且有℘αβ S = ℘αβ N N
(1) 以及 Gazetas(1983,1991,1994) 等人在考虑了诸 如桩材、土层土质状况、动力荷载形式以及桩头条 件等因素影响下对单桩进行了大量试验和理论分 析研究。关于单桩阻抗函数的求取,比较合理且简 便可行的计算方法有:Novak 近似法、动力 M 法、 Novak 常数法以及 Gazetas 法[7]。 本文拟用后两者进 行比较计算: Novak 法:
第 21 卷第 4 期 2004 年 8 月
工
程
力
学
Vol.21 No.4 Aug. 2004
ENGINEERING MECHANICS
文章编号:1000-4750(2004)04-0075-06
群桩(土)-承台-结构的动力相互作用分析
熊 辉,邹银生
(湖南大学土木工程学院,湖南 长沙 410082)
α vv = D / 2S e [ −iω ( S − D / 2 ) − β sω ( S − D / 2 )] / Vs (4) ∗ ∗ α αβ = η (k x + ic x )ψ ( S , θ ) α , β = u, φ 式中: η 为效率因子分配系数,对于水平向、摇摆
[K ] {us } + [ R ]u f + [T ]θ f [M s ] − [ K ][ R ] − [ K ][T ] T T G T G uf Mf + − [ R ] [ K ] [ R] [ K ][ R] + Kuu [ R] [ K ][T ] + Kuφ = − − [T ]T [ K ] [T ]T [ K ][ R ] + K G [T ]T [ K ][T ] + K G θf φu φφ [ R]u &&g &&g u I f 0
[T ] = [ H 1 H 2 L H i L H n ]T 为转换矩阵, H i 为上部
T
s ′ (1.0 + i 2ξ αβ (ω )) ℘αβ (ω ) = k αβ
′ 、 ξ αβ 为刚度及阻尼系 上两式中: kαβ 、 cαβ 和 kαβ