如何计算单桩的极限承载能力
承载能力
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.
\( 问_{ü} = Q_{p} + 问_{s} \) (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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其余的将被桩所承受的土壤抵抗, 问p
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)
qü 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
ñC, ñq, ñC 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 (f°) | 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: ñq 来自 NAVFAC DM 的值 7.2
皮肤摩擦阻力能力, 问s
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 | 20° |
| 木桩 | 3/4 × f |
| 混凝土桩 | 3/4 × f |
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
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.
| 部分 | |
|---|---|
| 直径 | 500 毫米 |
| 长度 | 12 米 |
| 层 1 – 土壤特性 | |
| 厚度 | 5 米 |
| 单位重量 | 17.3 千牛/米3 |
| 摩擦角 | 30° |
| 凝聚 | 0 千帕 |
| 地下水位 | 不存在 |
| 层 2 – 土壤特性 | |
| 厚度 | 7 米 |
| 单位重量 | 16.9 千牛/米3 |
| 摩擦角 | 32° |
| 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
ñq = 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 × NC) + (q × Nq)]
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 = Qs1+ 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 = Qp+ 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
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.
| 部分 | |
|---|---|
| 直径 | 406 毫米 |
| 长度 | 30 米 |
| 层 1 – 土壤特性 | |
| 厚度 | 10 米 |
| 单位重量 | 8 千牛/米3 |
| 摩擦角 | 0° |
| 凝聚 | 30 千帕 |
| 地下水位 | 5 米 |
| 层 2 – 土壤特性 | |
| 厚度 | 10 米 |
| 单位重量 | 19.6 千牛/米3 |
| 摩擦角 | 0° |
| 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
ñC = 9 (计算极限承载能力)
问p = (c × NC) 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
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
总皮肤摩擦阻力:
问s = Qs1+ 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 = Qp+ 问s = 116.1 千牛 + 1537.65 千牛
问ü = 1,653.75 千牛
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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.
