橫向荷載下樁的內(nèi)力

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1、第四章橫向荷載下樁的內(nèi)力和位移分析在橋梁工程中，基樁除了需承受較大的豎向荷載外，往往由于制動(dòng)力、離心力、波浪力、風(fēng)力、震動(dòng)力、船舶的撞擊力以及車輛荷載的沖擊力等使基樁承受較大的橫向荷載，從而導(dǎo)致基樁的受力更為復(fù)雜，尤其是大跨徑橋梁更是如此。第一節(jié)橫向荷載下樁的受力特性一、橫向荷載下樁的工作性能及其破壞性狀二、橫向荷載下樁的微分方程式第二節(jié)受橫向荷載樁的計(jì)算方法分類1.極限地基反力法(極限平衡法)2.彈性地基反力法3.復(fù)合地基反力法(p—y曲線法)4．彈性理論法第三節(jié)線彈性地基反力法—“m”法解答第四節(jié)線彈性地基反力法的冪級(jí)數(shù)通解第五節(jié)

2、彈性地基反力法的數(shù)值分析解第六節(jié)提高基樁水平承載力的措施計(jì)算理論發(fā)展概況(1)《橋規(guī)》推薦的m法、C法都可使用。但是，根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)嵌巖樁的試驗(yàn)，巖層對(duì)樁的水平抗力系數(shù)為常數(shù)。(2)所有的m法、C法、K法都是在文克爾彈性地基理論的基礎(chǔ)上得來的。(3)推導(dǎo)了剛性樁、變截面樁、高樁承臺(tái)、低樁承臺(tái)計(jì)算的全部公式，使樁基水平力計(jì)算達(dá)到了高度的統(tǒng)一化、系統(tǒng)化和完善化。第一節(jié)橫向荷載下樁的受力特性一、橫向荷載下樁的工作性能及其破壞性狀在橫向荷載的作用下，樁側(cè)土體受到擠壓而產(chǎn)生抗力,樁的撓曲變形沿樁軸而變，導(dǎo)致樁側(cè)土體所發(fā)揮的橫向抗力也隨深度而變化。當(dāng)

3、樁頂未受約束時(shí)，樁頭的橫向荷載首先由靠近地面處的土體承擔(dān)。荷載較小時(shí)，上部土體處于彈性壓縮階段，隨著荷載的增加，上部土體逐步產(chǎn)生塑性變形，并將所受橫向荷載傳遞到更大的深度。當(dāng)變形增大到樁身材料所不能容許的程度或樁側(cè)土失去穩(wěn)定時(shí)，樁土體系便趨于破壞。1．剛性短樁(ah<=2.5)的破壞當(dāng)橫向荷載達(dá)到一定值時(shí)，樁側(cè)土體開始屈服，隨著荷載增加，逐漸向下發(fā)展，直至剛性短樁因轉(zhuǎn)動(dòng)而破壞。對(duì)于樁頂自由的剛性短樁，當(dāng)樁身抗剪強(qiáng)度滿足要求時(shí)，樁體本身一般不發(fā)生破壞，故其水平承載力主要由樁側(cè)土的強(qiáng)度控制。但樁徑較大時(shí)，尚需考慮樁底土偏心受壓時(shí)的承載能力。

4、2．彈性樁(ah>2.5)的破壞在橫向荷載作用下樁將發(fā)生撓曲變形(水平位移和轉(zhuǎn)角)，在樁全長(zhǎng)范圍的水平方向上地基土不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)屈服，而是沿樁軸從地表向下逐漸地出現(xiàn)屈服，在樁體及連接構(gòu)件上產(chǎn)生的內(nèi)力隨著地基的逐漸屈服而增加。當(dāng)樁身某點(diǎn)彎矩超過其截面抵抗矩或樁側(cè)土體屈服失去穩(wěn)定時(shí)，彈性長(zhǎng)樁便趨于破壞。其水平承載力由樁身材料的抗彎強(qiáng)度和側(cè)向土抗力所控制。（ah≥4.0），樁下段的土抗力可視為無(wú)限大，亦即樁下段可視為嵌固于土中而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖4-2a)所示樁體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或破壞之前，樁頂將產(chǎn)生一可觀的水平位移，而該水平位移往往使所支承結(jié)構(gòu)物的位移量

5、超出容許范圍或使結(jié)構(gòu)不能正常使用。例如橋梁基礎(chǔ)的過大位移就可能使橋梁發(fā)生損壞，尤其是拱橋，將導(dǎo)致整拱塌陷。二、橫向荷載下樁的微分方程式又故有式中都是基樁單位長(zhǎng)度的荷載強(qiáng)度代入上式得第二節(jié)樁受橫向荷載計(jì)算方法分類根據(jù)對(duì)地基反力的假定不同，橫向受力樁的分析方法亦不同，大致可分為以下四大類：1極限地基反力法(極限平衡法)2.彈性地基反力法3.復(fù)合地基反力法(p—y曲線法)4.彈性理論法1.極限地基反力法(極限平衡法)該法早先常用于剛性短樁的計(jì)算，其認(rèn)為地基反力僅是深度z的函數(shù)，而與樁的撓度x無(wú)關(guān)，即極限地基反力法最初由雷滋(Rase.1936

6、年)提出，岡都、Broms等均進(jìn)行了發(fā)展，其適用于埋入深度較小的剛性樁，不能用于彈性長(zhǎng)樁和含有斜樁的樁結(jié)構(gòu)物的計(jì)算。根據(jù)各種不同的土反力分布規(guī)律假定，如土反力的直線分布和任意分布等，又有多種不同的計(jì)算方法。2.彈性地基反力法彈性地基反力法將土體假定為彈性體，用梁的彎曲理論求解樁的橫向抗力。其假定地基反力與樁的位移x的m次方成比例，即式中k是由土的彈性性質(zhì)所決定的系數(shù)，其與指數(shù)m、n(n≥0，1≥m>0)的取法有關(guān)，上式z與x的冪方形式也可表示成為與z的任意函數(shù)k(z)乘積的形式：根據(jù)指數(shù)m的取值不同，彈性地基反力法又可分為m=1時(shí)的線彈

7、性地基反力法和m≠l時(shí)的非線性彈性地基反力法。1)線彈性地基反力法在線彈性地基反力法中，地基系數(shù)k(z)表示單位面積土在彈性限度內(nèi)產(chǎn)生單位變形時(shí)所需加的力，其值是通過對(duì)試樁在不同類別土質(zhì)及不同深度進(jìn)行實(shí)測(cè)x及q后反算得到的。大量的試驗(yàn)表明，地基系數(shù)k(z)值不僅與土的類別及其性質(zhì)有關(guān)，而且也隨著深度而變化。k(z)隨深度的變化情況，長(zhǎng)期以來一直成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者們所爭(zhēng)論和研究的課題，直到現(xiàn)在仍在不斷探討中。為簡(jiǎn)化計(jì)算，一般指定k(z)中的兩個(gè)參數(shù)成為單一參數(shù)，由于指定的參數(shù)不同，也就有了常用的張氏法、k法，m法和C法。為了使k(z)值能較準(zhǔn)

8、確地反映實(shí)際情況，我國(guó)學(xué)者吳恒立還提出了綜合剛度原理和雙參數(shù)法，完成了解析解，并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。線彈性地基反力法假定地基為服從虎克定律的彈性體，地基反力q與樁上任一點(diǎn)的位移x成正比，即符合文克爾(E·Win