承台厚度对桩基础受力的影响分析

承台厚度对桩基础受力的影响分析

张　州

摘　要:通过对两个项目承台厚度的计算分析,简要的论述了承台厚度对基桩竖向和水平力分配的影响,以及承台刚度

对其自身受力的影响,以期能够真实的反映基础的受力情况,使得设计更加合理。关键词:桩基础,承台厚度,刚度,影响中图分类号:TU473.1文献标识码:A

承台是桩基础的一个重要组成部分,应有足够的强度和刚

度,以便把上部结构的荷载传递给各桩,并将各单桩连接成整体参与受力。在桥梁桩基础设计时,一般是把承台视为完全刚性,将上部荷载分配给各排桩。实际无论承台厚度如何,都不可能是绝对意义上的刚体。考虑承台实际刚度时,桩顶轴向力、水平力是如何分配的;承台自身的受力是怎样变化的。下面结合参与的两个项目,做一些简单的计算、比较、分析。

1　承台厚度对基桩受力的影响1.1　承台厚度对基桩竖向力分配的影响

桥涵设计规范中的单桩竖向力设计值简化计算公式为:N id =

F d n ±M xd y i ∑y i 2±

M yd x i

∑

x i 2

;该式是将承台假定为理想的刚体,当只有竖向力时,竖向力由各桩平均分配,即N i =F/n 。实际由于承台本身的变形,竖向力的分配会受承台厚度影响,桩顶的竖向力各不相同。下面以某铁路黄河桥引桥的07号桥墩为基础,建立实体模型分析承台厚度对桩顶竖向力分配的影响。07号桥墩基础采用11根直径1.2m 的钻孔灌注桩,承台平面尺寸为11.8m ×8.6m 。承台厚度按1.5m ,2.0m ,2.5m ,3.0m ,3.5m ,4.0m 分别建立实体模型,建入2.0m 的墩身。由于不考虑整个桩身的内力情况,未在桩侧施加弹性约束,边界条件采用在弯矩零点固结的模型。弯矩零点的深度h =4/α。承台厚度2.5m 的基础计算模型见图1。将墩底竖向力换算到2m 高的桥墩顶部以均布压力荷载施加。竖向荷载N =34099kN ,墩底面积A =22.2m 2,均布荷载q =1536kN/m 2

。通过对不同厚度承台实体模型的计算分析,得到各模型桩顶的竖向力大小,如图2所示。

可见,随着承台厚度的增加,1号,4号,8号,11号角桩的竖向力增加较为明显,由2124kN 增加到了2953kN ,增加了39%;

2号,3号,9号,10号边桩竖向力有所减小,向平均轴向力趋近,

变化幅度较小;5号,6号,7号墩身下方的桩,轴向力变化明显,减小了20%～30%。

1.2　承台厚度对基桩水平力的影响

桩顶水平力的计算也是将承台假定为刚体平均分配,即Q =

H/n 。下面仍以上例为基础,分析承台厚度对桩顶水平力分配的影响。分别在四种厚度承台的实体模型墩顶施加纵桥向水平力,H =

437kN 。算得各模型的桩顶水平力如图3所示。

可见,随着承台厚度的增加,角桩和边桩的水平力有所增加,5号,6号,7号墩身正下方三根桩的水平力有所减少。但无论水平力的增加还是减小,幅度均较小。承台厚度由1.5m 增加到4m 时,角桩的水平力增幅0.4%,6号桩水平力减幅0.5%。即使承台1.5m 时,桩顶最大与最小水平力相差1.6%,水平力的分配仍然较为均匀。承台厚度对桩顶水平力的分配影响较小。

2　承台刚度对自身受力的影响

桥梁桩基础承台设计一般是先将其视为刚体,把上部结构的反力分配到桩顶,然后再把桩顶内力反作用于承台,对承台进行受力检算。这样的假定设计承台是合理的,偏于安全的。但是,在某些特殊的承台设计时,可能会造成较大的误差,不能真实反应出承台的受力情况。下面以某桥的基础为例进行计算说明。

某桥主塔基础采用54根直径2.5m 的钻孔灌注桩。检算承台时可将承台简化成支撑于两个塔柱上的倒置连续梁,先将承台按刚体考虑计算出桩顶反力施加在连续梁上,计算出承台跨中的

贵州镇胜公路北盘江特大桥索鞍设计

曹春明

摘　要:针对贵州镇胜公路北盘江大桥为贵州山区修建的主跨636m 的钢桁梁悬索桥,介绍了该桥的主索鞍和散索鞍设计,通过有限元分析验证了手工简化计算结果,找出能反映索鞍真实受力情况的手工简化计算方法。关键词:悬索桥,主索鞍,散索鞍,有限元分析,设计中图分类号:U442文献标识码:A

1　工程概况

北盘江特大桥位于沪瑞国道主干线镇宁—胜境关公路第二

合同段,黔西南晴隆县境内,从北盘江大小盘江之间河段跨越北盘江大峡谷。主跨采用636m 的简支钢桁加劲梁悬索桥,大桥全长964m ,按双向四车道高速公路设计,设计速度为80km/h ,设计荷载为公路—Ⅰ级。该桥索鞍设计主要分为主索鞍和散索鞍。主索鞍位于主塔塔顶,作为主缆的转向构件,使主缆在塔顶处平缓过渡,并将竖向分力传递给主塔。散索鞍安装在锚碇散索鞍支

墩顶部,主要是将主缆经散索鞍后在水平、竖向两个方向转向分散锚固于前锚面上。

2　设计要点2.1　主索鞍设计2.1.1　结构形式的选定

从国内外已建成的大跨度悬索桥来看,索鞍的制造方式主要有全铸式和铸焊结合式。综合考虑加工单位的生产工艺和水平及工期要求,最后鞍体采用ZG 270

2500铸钢全铸形式,设计中充分考虑后续机加工工艺性问题,保证鞍体的铸造质量。

2.1.2　设计参数的选取

内力。为了模拟塔柱宽度对承台的支撑影响,采用双排支座。计算简图见图4。

同时,为了考虑承台刚度对自身的受力影响,采用空间有限元程序,建立桩基、承台、部分塔柱的实体单元模型,将塔底的反力转换到5m 高塔柱顶部,计算出在上部结构荷载作用下,承台跨中的内力(见图5)。

分别按照简化和实体模型两种计算方法计算出承台跨中截面的内力(见表1)。

表1　两种方法计算的承台跨中截面内力

计算方法承台跨中截面弯矩/kN ・m

简化计算方法702768实体模型计算方法

395670

由表1可见,两种方法计算出的承台跨中内力相差较大。计算结果的差别主要由两部分差异造成:1)由于实体模型考虑了承台的变形,在远离塔座的承台跨中几排桩竖向反力值比简化计算方法(竖向力平均分配)算出的要小,而跨中几排桩的竖向力对跨中弯矩的贡献却是最大的;2)由于实体模型建入了部分塔柱、塔座,较真实的考虑了塔柱支撑宽度对承台受力的影响,改善了承台的受力。

3　结语

根据规范的方法,承台按刚体考虑,简化了计算过程,大部分情况下能够满足计算的精度要求。但在某些特殊的桥梁基础设计时考虑承台刚度对基础受力的影响是必要的,能较真实的反映基础的受力情况,使设计更加合理。较厚的承台可以使桩身内力的分配较为均匀,受力合理,但是太厚的承台作为一个较大的质量中心,地震时将产生较大的地震效应,不利于结构的抗震。承台厚度需要通过对其抗弯、抗剪、抗冲切、主拉应力和裂缝等综合计算并考虑承台刚度对桩基础受力的影响等因素综合确定。参考文献:[1]　林亚超.承台的应力分析与设计[J ].国外桥梁,1981(3):192

20.[2]　陈竹昌,刘利民.承台刚度的研究[J ].同济大学学报,1999

(2):34235.

[3]　岑国基,邱　岳.桥梁桩基承台设计[J ].广东公路交通,

2000(sup ):79280.

E ffects analysis of thickness of the cushion cap on base ’s load 2carrying capability

ZHANG Zhou

Abstract :Through calculating thickness of the cushion in two projects ,this article states briefly about the effects of cushion ’s thickness on force ’s distribution of the base in two directions ,vertical and level ,effects of rigidity of the cushion on force carrying 2capability.It aims to re 2flect the real force carrying situation of the base and make the design more reasonable.K ey w ords :stake base ,thickness of the cushion ,rigidity ,effect