樁基礎(chǔ)課件-單樁水平承載力與位移

樁基礎(chǔ)課件——單樁水平承載力與位移課程目標了解單樁水平承載力的基本概念、計算方法和影響因素掌握單樁水平承載力計算的常用方法，并能夠進行簡單的計算分析單樁水平承載力與位移的相互關(guān)系，以及影響因素的分析樁基礎(chǔ)概述樁基礎(chǔ)是一種重要的基礎(chǔ)形式，廣泛應(yīng)用于各種建筑工程，包括高層建筑、橋梁、碼頭等。樁基礎(chǔ)主要由樁和樁帽組成，樁通過其端部和（或）側(cè)部與土體產(chǎn)生摩擦力或承載力，將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地基中。樁的形式與材料預(yù)制混凝土樁經(jīng)濟實惠，應(yīng)用廣泛。鋼筋混凝土灌注樁適應(yīng)性強，可根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整樁徑和長度。鋼管樁承載力高，適用于軟弱地基。樁的受力特性1軸向荷載樁體承受來自上部結(jié)構(gòu)的垂直壓力或拉力。2水平荷載樁體承受來自上部結(jié)構(gòu)的水平推力或拉力。3彎矩荷載樁體承受來自上部結(jié)構(gòu)的彎矩力。4扭矩荷載樁體承受來自上部結(jié)構(gòu)的扭矩力。單樁水平承載力的計算方法1理論計算方法基于土體和樁體的力學(xué)性質(zhì)2經(jīng)驗公式法基于大量的試驗數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗3數(shù)值模擬法利用有限元或邊界元等數(shù)值方法單樁水平承載力的影響因素樁的幾何尺寸樁的長度、直徑、截面形狀和樁端形式對水平承載力有顯著影響。長樁和粗樁的水平承載力通常高于短樁和細樁。樁材力學(xué)性能樁的材料強度、彈性模量、抗拉強度和抗剪強度等力學(xué)性能決定了樁的承載能力。強度較高的樁材料一般具有更高的水平承載力。土質(zhì)條件土的類型、密度、含水量、強度和地基承載力等因素對水平承載力有很大影響。密實土和高強度土的水平承載力通常較高。受力工況樁的受力方式、荷載大小、荷載方向和荷載持續(xù)時間等因素也會影響水平承載力。例如，水平荷載的周期性變化會影響樁的耐久性。巖土參數(shù)的確定土層參數(shù)包括土的密度、孔隙比、含水率、剪切強度等樁身參數(shù)包括樁的材料、截面尺寸、強度等單樁水平承載力的試驗檢測現(xiàn)場試驗通過模擬實際荷載情況，直接測量樁的水平承載力。實驗室試驗對土樣進行試驗，獲得土的力學(xué)參數(shù)，用于計算樁的水平承載力。數(shù)值模擬利用有限元等數(shù)值方法，模擬樁土相互作用，評估樁的水平承載力。現(xiàn)場垂直荷載試驗1步驟一準備試驗場地和設(shè)備2步驟二安裝荷載傳遞裝置3步驟三施加荷載并測量沉降4步驟四分析試驗結(jié)果單樁水平承載力的理論計算模型1彈性-完全彈塑性模型假設(shè)樁土接觸面為完全彈塑性，忽略樁身變形2雙曲線模型采用雙曲線方程描述樁土相互作用，考慮樁身變形3無量綱分析法利用無量綱參數(shù)，建立模型，簡化計算過程荷載-變形關(guān)系的理論模型單樁水平荷載-變形關(guān)系是樁基設(shè)計中重要的考慮因素，它反映了樁基在水平荷載作用下的承載能力和變形特性。為了準確地預(yù)測樁基的水平承載力和變形，需要建立合理的理論模型。目前常用的單樁水平荷載-變形關(guān)系理論模型主要包括彈性-完全彈塑性模型、雙曲線模型和無量綱分析法等。彈性-完全彈塑性模型彈性階段樁體在水平荷載作用下發(fā)生彈性變形，荷載與變形呈線性關(guān)系。完全彈塑性階段當荷載達到屈服強度時，樁體進入完全彈塑性階段，荷載不再增加，變形繼續(xù)增大。雙曲線模型雙曲線模型是一種常用的單樁水平承載力計算模型，它基于彈性理論和塑性理論的結(jié)合。該模型假設(shè)樁土之間存在非線性關(guān)系，并采用雙曲線函數(shù)來描述樁的水平位移和荷載之間的關(guān)系。雙曲線模型考慮了樁土相互作用的復(fù)雜性，能夠更好地模擬樁的非線性受力行為。無量綱分析法概念通過引入特征長度、特征荷載、特征剛度等參數(shù)，將影響單樁水平承載力的因素轉(zhuǎn)化為無量綱參數(shù)，從而簡化計算，方便工程應(yīng)用。優(yōu)點可以更好地揭示各因素對承載力的影響規(guī)律，并可以用于不同地質(zhì)條件下承載力的預(yù)測。水平承載力的影響因素分析樁基幾何尺寸的影響樁的直徑、長度、樁身截面形狀等幾何參數(shù)會影響水平承載力。例如，樁徑越大，水平承載力就越大。樁材力學(xué)性能的影響樁材的強度、彈性模量、抗剪強度等力學(xué)性能也會影響水平承載力。例如，強度更高的樁材，水平承載力就越大。土質(zhì)條件的影響土層的類型、密度、強度、水位等因素都會影響水平承載力。例如，砂土的水平承載力通常比黏土的水平承載力更大。受力工況的影響水平荷載的大小、方向、作用時間等因素都會影響水平承載力。例如，荷載越大，水平承載力就越小。樁基幾何尺寸的影響樁長對水平承載力影響顯著，樁長增加，水平承載力也隨之增加。樁徑越大，水平承載力越大，但增幅逐漸減小。樁型對水平承載力有一定影響，例如方形樁比圓形樁的承載力稍低。樁材力學(xué)性能的影響強度樁材的強度直接影響單樁的承載能力，強度越高，承載力也越高。彈性模量樁材的彈性模量影響樁的變形程度，彈性模量越高，變形程度越小。抗剪強度樁材的抗剪強度影響樁的抗剪切能力，抗剪強度越高，抗剪切能力越強。土質(zhì)條件的影響1土的類型不同類型土壤的強度、剛度和變形特性差異顯著，影響樁水平承載力的大小和變形規(guī)律。2土的密度密度較高的土壤通常具有較高的強度，從而提高樁的水平承載力。3土的含水量含水量增加會導(dǎo)致土壤強度下降，進而影響樁水平承載力。受力工況的影響水平荷載的大小和方向都會影響單樁水平承載力。荷載類型，如靜力荷載或動力荷載，也會影響承載力的計算。荷載的重復(fù)次數(shù)和循環(huán)頻率對承載力的影響較大。位移計算的考慮因素樁身剛度樁身的材料和截面尺寸會影響其剛度。土體性質(zhì)土體的壓縮性和摩擦力會影響樁的變形。荷載類型水平荷載的性質(zhì)和大小會影響樁的位移。不同理論模型的適用性分析彈性-完全彈塑性模型適用于樁土相互作用較弱的條件，例如松散砂土或飽和軟粘土。雙曲線模型適用于樁土相互作用較強的條件，例如密實砂土或硬粘土。無量綱分析法適用于各種土層條件，可通過調(diào)整參數(shù)來適應(yīng)不同的土質(zhì)。樁基水平承載能力的設(shè)計驗算1確定計算方法根據(jù)樁基類型、土層條件和荷載工況選擇合適的計算方法。2計算單樁水平承載力根據(jù)選定的計算方法和相關(guān)參數(shù)計算單樁的水平承載力。3驗算承載力將計算得到的單樁水平承載力與設(shè)計荷載進行比較，確保滿足安全要求。4設(shè)計樁基尺寸根據(jù)驗算結(jié)果確定樁基的尺寸，包括樁徑、樁長和樁間距。單樁承載力計算實例1輸入?yún)?shù)樁徑、樁長、樁的材料強度、土層參數(shù)等2計算步驟根據(jù)公式和模型進行計算，得到單樁承載力3結(jié)果分析分析計算結(jié)果，評估單樁承載力是否滿足設(shè)計要求設(shè)計中的安全性考慮承載力安全確保單樁水平承載力滿足設(shè)計要求，避免樁基失效。位移控制控制樁基水平位移，避免結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生過大的變形和傾斜。施工質(zhì)量嚴格控制施工質(zhì)量，確保樁基的質(zhì)量符合設(shè)計要求。樁基水平承載能力的試驗檢測1現(xiàn)場試驗2靜載試驗3動載試驗試驗方法及結(jié)果分析靜載試驗通過施加逐步增加的水平載荷，測量樁的位移和承載力。動力觸探試驗利用錘擊或振動設(shè)備，測量樁的貫入深度和阻力，評估樁的承載能力。聲波透射試驗利用聲波信號，檢測樁身完整性和樁土接觸情況，評估樁的質(zhì)量。試驗數(shù)據(jù)的應(yīng)用驗證計算模型將試驗數(shù)據(jù)與理論計算模型進行比較，驗證模型的準確性和適用性。優(yōu)化設(shè)計參數(shù)根據(jù)試驗結(jié)果調(diào)整樁基的設(shè)計參數(shù)，確保樁基的安全性、經(jīng)濟性和可靠性。指導(dǎo)施工過程利用試驗數(shù)據(jù)對施工過程進行監(jiān)控和指導(dǎo)，確保樁基的質(zhì)量。總結(jié)與評