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桩顶作用效应

已有 8823 次阅读 2009-8-26 08:32 |个人分类:岩土工程|系统分类:科普集锦

一、桩顶作用效应

        1、调整内容

        主要规定了桩顶作用效应的计算方法,相对于旧规范而言,明确了规范方法的适用范围,即适用于计算柱、墙、核心筒群桩中的基桩或复合基桩的桩顶作用效应,而非整个建筑物下的桩顶作用效应。进行以上调整的原因是桩顶作用效应与承台刚度、上部结构刚度、群桩的相互作用影响等因素有关,而非简单的平均分配。

        2、桩顶作用效应的计算规定

        桩顶作用效应是上部结构荷载传递给每根桩的荷载,规范规定对于一般建筑物和受水平力(包括力矩与水平剪力)较小的高层建筑群桩基础,应按下列公式计算柱、墙、核心筒群桩内基桩或复合基桩的桩顶作用效应:

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        3、影响桩顶作用效应的因素及具体计算

        影响桩顶作用效应的因素如下:

        1)基桩刚度

        桩顶的荷载作用效应和基桩的刚度有关,在一定条件下,荷载作用效应是按基桩的刚度分配的。影响基桩的刚度的因素有以下几点:

        (1)桩的截面积。桩的截面积越大,基桩的刚度越大,特别是当桩端支撑在基岩时,基桩的刚度取决于桩的截面积。

        (2)桩侧、桩端土的性质。桩侧、桩端土的性质越好,基桩的刚度越大。

        (3)桩与桩侧、桩端土的结合状态。桩体与桩侧土的结合状态越好,基桩的刚度越大,在实际工程中,结合状态一般表现在泥浆护壁钻孔灌注桩桩底沉渣、桩侧泥皮对桩土结合状态的影响。

        (4)群桩作用效应。群桩作用效应的影响主要表现在对摩擦型桩的影响,而对端承桩,特别是桩端支撑在基岩上的桩的影响则很小,可以忽略。在摩擦型的群桩基础中,基桩的刚度是变化的,越靠近群桩中心,基桩的刚度越低。这主要是由于群桩荷载传递的相互影响,使桩侧、桩端土的刚度降低,越靠近群桩中心部分,受群桩效应的影响越大。这就是实际工程中,群桩基础中间部位基桩的承载力偏低的原因。

        2)基础和上部结构刚度

        这里讲的基础刚度主要指承台或基础筏板的刚度,基础和上部结构刚度越大,桩顶荷载作用效应越均匀。

        因此,对于建筑物基础下每个桩的桩顶作用效应计算,应采用上部结构和地基基础共同作用方法进行计算。

二、桩基竖向承载力计算

        1、调整的主要内容

        本节最大的调整内容是复合桩基的承载力计算,表现在以下几方面:

        1)取消了旧规范中侧阻、端阻、侧阻和端阻群桩效应系数。这主要是根据旧规范公式计算,某些条件下,桩的承载力群桩效应系数大于1,而实际的群桩基础中,基桩的承载力是非均匀的,表现在受群桩效应影响最大的中间部位,桩的承载力小于平均值。如中国建筑科学研究院地基所和河北省建科院联合试验表明,中间桩的承载力可比平均值低30%左右。另外原因见规范条文说明。

        2)取消了内区和外区群桩效应系数,采用单一承台效应系数。

        旧规范在计算承台效应时,考虑内区和外区,即群桩外包线内和外两个区。外区承台效应系数高,内区承台效应系数低。这和实测结果是一致的,从概念上讲也是正确的。但实际工程中,一般外区所占总面积的比例不大,一般外扩0.5倍桩径,因此,对总的承载力影响小。如人为地扩大外区面积,对于一些结构,如框架-核心筒、框架-剪力墙、框架结构,易造成基础内外较大的差异沉降,增大基础底板的整体弯矩。因此新规范取消了内外区群桩效应系数的区别。

        3)将承台效应系数从单一值改为范围值

        承台效应系数除受Sa/d、Bc/l的影响外,还受其他因素的影响,如成桩工艺、承台下土的性质、荷载大小、沉降量和时间等,因此,承台效应系数不应是单一值,而应是范围值。此调整反映了规范编制的科学态度。

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        3、基桩的竖向承载力特征值计算

        基桩的竖向承载力特征值用R表示,分为不考虑承台底土承载力发挥和考虑承台底土承载力发挥两种情况,即是否考虑承台效应。

        1)不考虑承台效应

        当不考虑承台效应时,基桩竖向承载力特征值R等于单桩的竖向承载力特征值Ra,按式(7.2-2)计算,即上部结构荷载全部由桩承担,承台土不承担任何荷载。对于不考虑承台效应的条件,规范5.2.3条规定“对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基、或由于地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时,基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值”。对于以上规定理解如下:

        (1)“端承型桩基”,这里的端承型桩基主要指桩基沉降很小,造成承台底土的承载力发挥低,在计算中可给予忽略。

        (2)“桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基”,主要是承台的面积小,考虑承台效应对提高基桩的承载力影响有限,可忽略。

        (3)“或由于地层土性、使用条件等因素”,地层土性、使用条件等因素可能造成承台和承台底土的脱离,承台底土不能发挥作用,因此不能考虑承台效应。存在以下情况时不能考虑承台底土的作用:

         a、可液化土;b、湿陷性土;c、高灵敏度软土;d、新填土;e、欠固结土;f、沉桩挤土引起土体隆起。

 

 2)考虑承台效应

         1)考虑承台效应的条件

        考虑承台效应的基本条件是确保在上部荷载作用下,承台底土能永久地发挥承载力,因此考虑承台效应的前提必须是摩擦型桩基,且必须有一定的沉降。在满足以上要求的情况下,以下4种情况可在计算基桩承载力时考虑承台效应。

         a、上部结构整体刚度较好、体型简单的建(构)筑物;

         b、对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物;

         c、按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区;

         d、软土地基的减沉复合疏桩基础。

        由于考虑承台效应一般会增加沉降,因此对于以上规定的前3条可分别理解为:结构刚度好、体型简单利于抵抗差异沉降;对变形适应性强,能承受变形产生的不利影响;为减小差异沉降,需增大沉降的部分。第4条对于减沉复合疏桩基础,很大一部分荷载由承台承担,因此必须考虑承台效应。

        2)复合桩基承载力计算

        复合桩基的承载力特征值,就是将基桩所对应的承台净面积地基承载力特征值乘以承台效应系数,加到单桩承载力特征值上。

        考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值可按下列公式确定:

 

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