如何计算单桩的极限承载能力

承载能力

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评估单桩的极限承载能力是桩设计最重要的方面之一, 有时可能很复杂. 本文将介绍单桩设计的控制方程以及一个示例.

轻松理解单桩的荷载传递机制, 想象一个长度为 L、直径为 D 的混凝土桩, 如图 1.

数字 1: 桩的荷载传递机构

施加在桩上的荷载 Q 应直接传递到桩底的土壤上. 这种负载的一部分将由桩的侧面使用一种叫做的东西来抵抗 “皮肤摩擦” 沿轴发展 (问_s), 其余的将被桩所承受的土壤抵抗 (问_p). 因此, 其余的将被桩所承受的土壤抵抗 (Qu) 其余的将被桩所承受的土壤抵抗 (1). 其余的将被桩所承受的土壤抵抗_p 其余的将被桩所承受的土壤抵抗_s.

\( {问}_{ü} = {问}_{p} + {问}_{s} \) (1)

问_ü =极限承载能力

问_p =轴承的承载能力

问_s =皮肤摩擦阻力

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基础设计计算器

其余的将被桩所承受的土壤抵抗, 问_p

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其余的将被桩所承受的土壤抵抗, 其余的将被桩所承受的土壤抵抗. 其余的将被桩所承受的土壤抵抗, 其余的将被桩所承受的土壤抵抗, 其余的将被桩所承受的土壤抵抗. 其余的将被桩所承受的土壤抵抗:

\( {q}_{ü} = (其余的将被桩所承受的土壤抵抗 {ñ}_{C}) + (其余的将被桩所承受的土壤抵抗 {ñ}_{q}) + (\压裂{1}{2} 其余的将被桩所承受的土壤抵抗 {ñ}_{C}) \) (2)

q_ü 其余的将被桩所承受的土壤抵抗

其余的将被桩所承受的土壤抵抗

其余的将被桩所承受的土壤抵抗

其余的将被桩所承受的土壤抵抗

B = 横截面深度或直径

ñ_C, ñ_q, ñ_C B = 横截面深度或直径

B = 横截面深度或直径_ü B = 横截面深度或直径, B = 横截面深度或直径 (问_p) B = 横截面深度或直径. B = 横截面深度或直径 2 B = 横截面深度或直径, 因此, B = 横截面深度或直径. 从而, B = 横截面深度或直径 (3). B = 横截面深度或直径.

\( {问}_{p} = {一个}_{p} × [(其余的将被桩所承受的土壤抵抗 {ñ}_{C}) + (其余的将被桩所承受的土壤抵抗 {ñ}_{q}) ] \) (3)

一个_p B = 横截面深度或直径

B = 横截面深度或直径_C B = 横截面深度或直径_q B = 横截面深度或直径, B = 横截面深度或直径, B = 横截面深度或直径 (披). B = 横截面深度或直径. 桌子 1 总结了 N 的值_q 根据海军设施工程司令部 (海军陆战队DM 7.2, 1984). N的值_C 大约等于 9 用于粘土下的桩.

轴承系数 (ñq)
摩擦角 (Ø)	26	28	30	31	32	33	34	35	36	37	38	39	40
打桩	10	15	21	24	29	35	42	50	62	77	86	120	145
钻孔桩	5	8	10	12	14	17	21	25	30	38	43	60	72

桌子 1: ñ_q 来自 NAVFAC DM 的值 7.2

皮肤摩擦阻力能力, 问_s

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桩的皮肤摩擦阻力沿桩的长度发展. 通常, 桩的摩擦阻力表示为:

\( {问}_{s} = ∑ (p × ΔL × f) \) (4)

p = 桩的周长

ΔL = 取 p 和 f 的增量桩长

f = 任意深度的单位摩擦阻力

估计单位摩擦阻力的值 (F) 需要考虑几个重要因素, 例如桩安装的性质和土壤分类. 方程 (5) 和 (6) 显示了在沙质和粘土中找到桩的单位摩擦阻力的计算方法, 分别. 桌子 2 和 3 提出推荐的有效土压力系数 (ķ) 和土桩摩擦角 (δ’), 根据 NAVFAC DM7.2.

对于沙质土壤:

\( f = K × σ '× tan(δ’) \) (5)

K = 有效土压力系数

σ’ = 所考虑深度处的有效垂直应力

d’ = 土桩摩擦角

对于粘土:

\( f = α × c \) (6)

α = 经验粘附因子

土桩摩擦角 (δ’)
桩型	d’
钢桩	20º
木桩	3/4 × Φ
混凝土桩	3/4 × Φ

桌子 2: 土桩摩擦角值 (NAVFAC DM7.2, 1984)

侧向土压力系数 (ķ)
桩型	压缩桩	张力桩
驱动 H 桩	0.5-1.0	0.3-0.5
驱动位移桩 (圆形的, 长方形)	1.0-1.5	0.6-1.0
驱动位移桩 (锥)	1.5-2.0	1.0-1.3
驱动喷射桩	0.4-0.9	0.3-0.6
钻孔桩 (<24″ 直径)	0.7	0.4

桌子 3: 侧向土压力系数 (ķ) 价值观 (NAVFAC DM7.2, 1984)

粘附系数 (一种)
c/p一个	一种
≤ 0.1	1.00
0.2	0.92
0.3	0.82
0.4	0.74
0.6	0.62
0.8	0.54
1.0	0.48
1.2	0.42
1.4	0.40
1.6	0.38
1.8	0.36
2.0	0.35
2.4	0.34
2.8	0.34

注意: p_一个 = 大气压 ≈ 100 千牛/米²

桌子 4: 粘附因子值 (泰尔扎吉, 啄, 和梅斯里, 1996)

例: 计算沙中桩的​​容量

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直径为 12 米的混凝土桩 500 毫米被驱入多个没有地下水的沙层. 找到极限承载能力 (问_ü) B = 横截面深度或直径.

细节
部分
直径	500 毫米
长度	12 米
第1层土壤属性
厚度	5 米
单位重量	17.3 千牛/米3
摩擦角	30 学位
凝聚	0 千帕
地下水位	不存在
第2层土壤性质
厚度	7 米
单位重量	16.9 千牛/米3
摩擦角	32 学位
凝聚	0 千帕
地下水位	不存在

步 1: 计算端轴承承载能力 (问_p).

在桩的顶端:

一个_p = (π / 4) ×D² = (π / 4) × 0.5²

一个_p = 0.196 米²

c = 0 千帕

θ = 32º

ñ_q = 29 (从表 1)

有效土压力 (q):

q = (C₁ × t₁) + (C₂ × t₂) = (5 米× 17.3 千牛/米³) + (7 米× 16.9 千牛/米³)

q = 204.8 千帕

然后使用方程 (3) 为端轴承承载能力:

问_p = 一个_p × [(c × N_C) + (q × N_q)]

问_p = 0.196 米² × ( 204.8 千帕 × 29)

问_p = 1,164.083 千牛

步 2: 计算皮肤摩擦阻力 (问_s).

使用方程式 (4) 和 (5), 计算每个土壤层的皮肤摩擦力.

问_s = ∑ (p × ΔL × f)

p = π × D = π × 0.5 米

p = 1.571 米

层 1:

ΔL = 5 米

F₁ = K × σ’₁× 棕褐色(δ’)

ķ = 1.25 (桌子 3)

d’ = 3/4 × 30º

d’ = 22.50º

σ’₁ = γ₁ × (0.5 × t₁) = 17.3 千牛/米³ × (0.5 × 5 米)

σ’₁ = 43.25 千牛/米²

F₁ = 1.25 × 43.25 千牛/米² × 棕褐色(22.50º)

F₁ = 22.393 千牛/米²

问_s1 = p × ΔL × f₁ = 1.571 米×5米× 22.393 千牛/米²

问_s1 = 175.897 千牛

层 2:

ΔL = 7 米

F₂ = K × σ’₂× 棕褐色(δ’)

ķ = 1.25 (桌子 3)

d’ = 3/4× 32º

d’ = 24º

σ’₂ = (C₁ × t₁) + [C₂ × (0.5 × t₂)] = (17.3 千牛/米³ × 5 米) + [16.9 千牛/米³ ×(0.5 × 7 米)]

σ’₂ = 145.65 千牛/米²

F₂ = 1.25 × 145.65 千牛/米² × 棕褐色(24º)

F₂ = 81.059 千牛/米²

问_s2 = p × ΔL × f₂ = 1.571 米×7米× 81.059 千牛/米²

问_s2 = 891.406 千牛

总皮肤摩擦阻力:

问_s = Q_s1+ 问_s2 = 175.897 千牛 + 891.406 千牛

问_s = 1,067.303 千牛

步 3: 计算极限承载能力 (问_ü).

问_ü = Q_p+ 问_s = 1,164.083 千牛 + 1,067.303 千牛

问_ü = 2,231.386 千牛

例 2: 计算极限承载能力

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计算极限承载能力 406 计算极限承载能力, 计算极限承载能力. 找到极限承载能力 (问_ü) B = 横截面深度或直径.

细节
部分
直径	406 毫米
长度	30 米
第1层土壤属性
厚度	10 米
单位重量	8 千牛/米3
摩擦角	0º
凝聚	30 千帕
地下水位	5 米
第2层土壤性质
厚度	10 米
单位重量	19.6 千牛/米3
摩擦角	0º
凝聚	0 千帕
地下水位	计算极限承载能力

步 1: 计算端轴承承载能力 (问_p).

在桩的顶端:

一个_p = (π / 4) ×D²= (π / 4) × 0.406²

一个_p = 0.129 米²

c = 100 千帕

ñ_C = 9 (计算极限承载能力)

问_p = (c × N_C) 计算极限承载能力_p = (100 计算极限承载能力 9) × 0.129 米²

问_p = 116.1 千牛

步 2: 计算皮肤摩擦阻力 (问_s).

使用方程式 (4) 和 (6), 计算每个土壤层的皮肤摩擦力.

问_s = ∑ (p × ΔL × f)

p = π × D = π × 0.406 米

p = 1.275 米

层 1:

ΔL = 10 米

一种₁ = 0.82 (桌子 4)

C₁ = 30 千帕

F₁计算极限承载能力₁ ×c₁ = 0.82 × 30 千帕

F₁ = 24.6 千牛/米²

问_s1 = p × ΔL × f₁ = 1.275 米× 10 米× 24.6 千牛/米²

问_s1 = 313.65 千牛/米²

层 2:

ΔL = 20 米

一种₂= 0.48 (桌子 4)

C₂ = 100 千帕

F₂ 计算极限承载能力₂ ×c₂ = 0.48 × 100 千帕

F₂ = 48 千牛/米²

问_s2 = p × ΔL × f₂ = 1.275 米× 20 米× 48 千牛/米²

问_s2 = 1,224 千牛/米²

总皮肤摩擦阻力:

问_s = Q_s1+ 问_s2 = 313.65 千牛 + 1224 千牛

问_s = 1,537.65 千牛

步 3: 计算极限承载能力 (问_ü).

问_ü = Q_p+ 问_s = 116.1 千牛 + 1537.65 千牛

问_ü = 1,653.75 千牛

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基础设计计算器

参考资料:

• 计算极限承载能力, 计算极限承载能力. (2007). 计算极限承载能力 (7第版). 计算极限承载能力
• 计算极限承载能力, [R. (2016). 计算极限承载能力 (2nd版). 计算极限承载能力.
• 计算极限承载能力, 计算极限承载能力. (2004). 计算极限承载能力 (4第版). Ë & 计算极限承载能力.