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  2. 桩的承载能力

桩的承载能力

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.

图形加载机制

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)

ü =极限承载能力

p =轴承的承载能力

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 (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: 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 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


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

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:

p = 一个p × [(c × NC) + (q × Nq)]

p = 0.196 米2 × ( 204.8 千帕 × 29)

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.

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

s1 = p × ΔL × f1 = 1.571 米×5米× 22.393 千牛/米2

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

s2 = p × ΔL × f2 = 1.571 米×7米× 81.059 千牛/米2

s2 = 891.406 千牛

总皮肤摩擦阻力:

s = Qs1+ 问s2 = 175.897 千牛 + 891.406 千牛

s = 1,067.303 千牛

步 3: 计算极限承载能力 (问ü).

ü = Qp+ 问s = 1,164.083 千牛 + 1,067.303 千牛

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.

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
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
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)

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

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.

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

s1 = p × ΔL × f1 = 1.275 米× 10 米× 24.6 千牛/米2

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

s2 = p × ΔL × f2 = 1.275 米× 20 米× 48 千牛/米2

s2 = 1,224 千牛/米2

总皮肤摩擦阻力:

s = Qs1+ 问s2 = 313.65 千牛 + 1224 千牛

s = 1,537.65 千牛

步 3: 计算极限承载能力 (问ü).

ü = Qp+ 问s = 116.1 千牛 + 1537.65 千牛

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.
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