特種基礎(chǔ)：樁筏基礎(chǔ)-閱讀頁(yè)
2025-05-27 18:53本頁(yè)面
【正文】 建立考慮基礎(chǔ) 地基共同作用的有限元分析模型的關(guān)鍵點(diǎn)在于樁 土支撐體系剛度矩陣的建立，也是決定計(jì)算結(jié)果是否準(zhǔn)確的控制因素。當(dāng)假定樁 土符合線彈性或理想彈塑性模型時(shí)，可以以下方法建立樁土支撐體系的剛度矩陣。有限元方程為以下形式： 其中， {W}為樁土支承體系的節(jié)點(diǎn)豎向位移向量， {R}為相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的反力向量， {δ}為樁土支承體系的柔度矩陣，可以用分塊矩陣表示： δp：樁對(duì)樁（包括樁自身）的位移影響系數(shù)矩陣，可以用明德林公式積分求得； δsp：樁對(duì)土的位移影響系數(shù)矩陣，用明德林公式求得； δps：土對(duì)樁的位移影響系數(shù)矩陣，根據(jù)位移互等定理， δps=δsp ； δs：土對(duì)土的位移影響系數(shù)矩陣，一般用布辛奈斯克公式求解，當(dāng)埋深與寬度比超過(guò)一定值時(shí)，可以用明德林公式計(jì)算。 樁筏基礎(chǔ)的驗(yàn)算 樁筏（箱）基礎(chǔ)的驗(yàn)算主要包括基礎(chǔ)的豎向承載力驗(yàn)算、水平荷載驗(yàn)算、基礎(chǔ)底板的抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算、底板抗沖切承載力驗(yàn)算、局部承壓強(qiáng)度驗(yàn)算及基礎(chǔ)沉降計(jì)算等。 ???????? ?ssppspspsp KKKKKK ][][][ 1 ，?? 抗水平滑移驗(yàn)算 主要驗(yàn)算樁筏（箱）基礎(chǔ)在水平荷載作用下底板的抗水平滑移的安全性。由于承臺(tái)底與土可能脫開(kāi)，筏底摩擦力可不予考慮。 PRKH ni ui ??? ?1樁筏基礎(chǔ)抗水平滑移驗(yàn)算 樁箱基礎(chǔ)抗水平滑移驗(yàn)算 ? 樁頂荷載分配 對(duì)于總的水平荷載和力矩的分配，常用簡(jiǎn)化方法進(jìn)行荷載分配，假定底板的剛度遠(yuǎn)大于樁的剛度，在各單樁條件相同的情況下，每根樁承受的水平荷載相等。若樁頂為鉸接，總水平荷載按各樁平均分配計(jì)算，而力矩則轉(zhuǎn)換為樁頂豎向荷載，按下式計(jì)算： nMMnHH ii /,/ ??2iiyi xxMnGFN????③ 滿堂布樁 對(duì)于樁筏（箱）基礎(chǔ)，需分配的總水平為： （為安全起見(jiàn)，無(wú)論 P為多大， H’必須大于 ），當(dāng)?shù)装迤矫鎯?nèi)無(wú)扭矩作用（總水平力通過(guò)底板平面的形心）時(shí)，可沿水平力作用方向?qū)⒒A(chǔ)分為若干縱向樁排，然后按上述排樁的方法再作進(jìn)一步的分配。 ? 樁頂彎矩在底板局部區(qū)域引起的剪力 底板在樁頂豎向力 N的作用下（ N為扣除底板自重的樁頂凈反力）可能的斜向破裂面為一環(huán)繞柱的棱柱體面。樁頂周?chē)装宓募羟杏?jì)算簡(jiǎn)圖 (a) 樁頂周?chē)钗ｋU(xiǎn)剪切面示意圖； (b) 豎向力引起的剪應(yīng)力分布 (c) 部分彎矩引起的剪應(yīng)力； (d) 剪應(yīng)力疊加后的結(jié)果 這種破壞一般作為沖切剪力考慮，破壞面可以假定垂直于板面，平均周長(zhǎng)為 um，每邊距樁邊距離為 h0/2，剪應(yīng)力沿圖中的中截面（ Ⅰ Ⅰ 、 Ⅱ Ⅱ ）均布。 01 huNm??0201232111,hchcIMxvpv?????? ???c c2為順彎矩方向與垂直于彎矩方向的柱邊長(zhǎng)度， x為剪切面上（ Ⅰ Ⅰ ）計(jì)算點(diǎn)距剪切面中心的距離，其最大值為 c， Ip為剪切面對(duì)其形心的極慣性矩。 (3) 底板的抗沖切驗(yàn)算 平板式樁筏基礎(chǔ)的底板抗沖切驗(yàn)算主要是板上結(jié)構(gòu)柱和板下樁對(duì)底板的沖切驗(yàn)算。 ? 受基樁沖切 樁筏基礎(chǔ)底板受基樁沖切的承載力驗(yàn)算公式為： 其中， Nl 為 不計(jì)承臺(tái)和其上土重，在荷載效應(yīng)基本組合下，基樁或復(fù)合基樁的凈反力設(shè)計(jì)值。 ? 受群樁沖切驗(yàn)算 樁筏基礎(chǔ)底板受群樁沖切的承載力驗(yàn)算公式為： 其中， ΣNl 為 不計(jì)承臺(tái)和其上土重，在荷載效應(yīng)基本組合下，沖切錐體內(nèi)各基樁或復(fù)合基樁反力設(shè)計(jì)值之和。 當(dāng)柱荷載較大，等厚度的底板難于滿足沖切承載力要求時(shí)，可以在底板上增設(shè)柱墩或在底板下局部增厚來(lái)提高底板的抗沖切承載力。 Fl≤ Aln lb AA /??局部受壓計(jì)算底面積 Ab 的確定 樁筏（箱）基礎(chǔ)的沉降計(jì)算 樁筏（箱）基礎(chǔ)的整體沉降計(jì)算主要有兩類(lèi)方法：一類(lèi)是從樁筏（箱）基礎(chǔ)的受力機(jī)理得到的簡(jiǎn)易理論方法，另一類(lèi)是從彈性理論著手，結(jié)合實(shí)測(cè)結(jié)果的得到的半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法。設(shè)樁箱基礎(chǔ)沿長(zhǎng)、寬周邊深度方向土體的剪應(yīng)力為 τz，則總阻抗力 T為： 式中 U為箱基平面周長(zhǎng)。 ① PT的實(shí)體深基礎(chǔ)模式 當(dāng)外荷載 P大于總的土抗力 T時(shí)，樁箱基礎(chǔ)四周將會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)變，使樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的土體的的整體性受到破壞，此時(shí)可以忽略群樁周?chē)馏w的作用，采用等代實(shí)體深基礎(chǔ)模式計(jì)算樁箱（筏）基礎(chǔ)的最終沉降量。 ② P≤T的復(fù)合地基模式 當(dāng)外荷載 P小于等于總抗力 T時(shí)，群樁樁長(zhǎng)范圍外的周?chē)馏w同樣具備抵抗外荷載的能力，使樁箱基礎(chǔ)的沉降收到約束。由于樁的彈性模量遠(yuǎn)大于土的彈性模量，樁的設(shè)置使樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土體的變形大為減小，根據(jù)共同作用原理，樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土體的壓縮量可以用樁的彈性變形等代。 ? 總抗力 T的確定 對(duì)于選擇何種計(jì)算模式來(lái)計(jì)算樁箱（筏）基礎(chǔ)的沉降量，與樁箱（筏）基礎(chǔ)的總阻力 T密切相關(guān)，即屬于 PT還是屬于 P≤T的情況。 根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度理論： 側(cè)阻力可以寫(xiě)成以下形式： σcx為水平向土的自重應(yīng)力。 (2) 半經(jīng)驗(yàn)方法 研究表明，在計(jì)算樁箱基礎(chǔ)沉降時(shí)，整個(gè)基礎(chǔ)的縱向彎曲不大，可以將基礎(chǔ)作為剛性體考慮，此時(shí)，基礎(chǔ)沉降量 s可用下式近似計(jì)算（按淺基礎(chǔ)彈性力學(xué)公式計(jì)算）： cczz ?? ??? tan? ??? ? ?? ?? ni iiicxini h iicxi hcUdzcUT i 110)t a n()t a n( ????cxi?021EpBsse ???則作用在基礎(chǔ)上的總壓力為： 式中， Be為基礎(chǔ)的等效寬度， ， A為基礎(chǔ)面積， E0、μs分別為樁土共同作用的彈性模量和泊桑比。 )1( 20seBsEp???ABe ?dnEIRPs sgg0?IRndEsPsgg0?I 與 L/d 的關(guān)系 R1 R25與 L/d、 s/d的關(guān)系 Rs為群樁的沉降影響系數(shù)，根據(jù)長(zhǎng)徑比 L/d和距徑比 sa/d由 上圖及以下關(guān)系確定： 式中， R1 R25分別為 16根樁和 25根樁時(shí)的影響系數(shù)。 )1()1(202sesessendBIRAIREPBs???????)1()1(202sesesseccndBIRAIREPBms??????? 如果不考慮基底土對(duì)荷載的分擔(dān)作用，則基礎(chǔ)的沉降量直接取群樁的沉降量： 將兩者相比，可以得到： 其比值大于 1，由此可知不考慮基底土的荷載分擔(dān)作用，建筑物沉降將增大，結(jié)果偏于安全。 dnEIPRs sc039。2seseccn dBIRAss????(3) 布樁與沉降的關(guān)系 研究表明，不同的布樁方式對(duì)樁筏基礎(chǔ)的沉降影響不同，常規(guī)采用均勻布樁的形式，一般情況下基礎(chǔ)沉降呈中間大周邊小的趨勢(shì)。因此對(duì)于上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)剛度較大的情況采用“外強(qiáng)內(nèi)弱”這種布樁形式可能是合理的。采用“內(nèi)強(qiáng)外弱”的布樁形式時(shí)，總體沉降量會(huì)有少量增加，但差異沉降和基礎(chǔ)彎矩大大減小，因此當(dāng)對(duì)總體沉降量要求不太嚴(yán)格時(shí)，采用“內(nèi)強(qiáng)外弱”布樁是比較合理的。
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