利用格氏法求解高桩码头基桩内力方法的探讨

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1、http://www.paper.edu.cn利用格氏法求解高桩码头基桩内力方法的探讨殷昕，管人地河海大学交通学院，南京（210098）E-mail：yrfr2003@yahoo.com.cn摘要：根据高桩码头排架布置，判别约束条件，利用格氏分析法，编写相应的计算程序，可分析计算含有多叉桩或多根不同斜度的斜桩以及叉桩的铰接点不位于横梁中性轴上的基桩受力情况，计算过程较简单，计算成果与实际情况接近，具有一定的实用价值。关键词：桩台，基桩，格氏法1.引言[1]高桩码头是一种常见的码头型式，在设计过程中，基桩内力计算是关键环节之一，目[2][5][2]前计算桩内力的方法有m

2、法、“K”值法以及P-Y曲线法等，这些方法对码头排架进行简化、假设，只能分析单桩状况下桩的变形及内力。原排架计算方法考虑到叉桩的铰接点位于横梁中性轴上，在计算桩力时将梁跨简化为简支梁来计算，没有考虑横梁转角变形条件，对于横梁中只含单斜桩或只有一对叉桩的桩台型式能够得出较好的计算成果，但对于排架上含有多对叉桩或多根不同斜度的斜桩以及叉桩的铰接点不在横梁中性轴上的桩台型式，利用m法等方法来计算与实际情况有较大差距。利用格氏法可综合考虑排架在竖向力和水平力作用下横梁产生的桩台位移和转角对桩力的影[3]响，计算出的桩力与实际情况比较接近，以下对格氏法求解基桩内力进行介绍，供工

3、程设计时参考。2.格氏法根据桩的受力特点、约束条件、桩的相对刚度、入土深度以及地基土性质确定桩端固定性质，桩端分别按两端嵌固、上端铰接下端嵌固、上下两端均为铰接三种连接情况来考虑。由于篇幅原因，本文仅以桩两端嵌固为例说明（图1）：基桩为非对称布置，且有斜桩，其座标选择以桩台底面为x轴，最右排桩的桩顶为座标原点O。PXPa0xHO0φ0b0iLMαi0LNLtMtihQiNi图1桩两端为嵌固时计算图式-1-http://www.paper.edu.cn考虑全部基桩作用力的平衡，得出桩台位移正则方程式如下：ar+br+ϕr−H=0oaa0ab0aϕar+br+ϕr−P=0

4、oba0bb0bϕ}（1）ar+br+ϕr−Px=0oϕa0ϕb0ϕϕp式中：nnEiAi2EiIi2raa=∑sinαi+12∑3cosαii=1LNii=1LMinEAiirab=rba=∑sinαicosαii=1LNinEAnEIiiiiraϕ=rϕa=∑xisinαicosαi−6∑2cosαii=1LNii=1LMinEAii2rbb=∑cosαii=1LNinEAii2rbϕ=rϕb=∑xicosαii=1LNinEAnEIii22iirϕϕ=∑xicosαi+4∑i=1LNii=1LMi其中：LN—桩受压长度（m）对于支承桩（桩尖支承在坚硬岩层上），L

5、N等于桩全长（横梁底至桩尖）。12L=l+hL=l+hN0N0对于摩擦桩，中密细粉砂，则2；软塑地基，3。L=l+tLM—受挠长度M0l式中：0—桩的自由长度；h—桩的入土长度；t—桩的嵌固深度；ϕ按正则方程式求得桩台位移a0、b0和转角0后，即可用下列各式求得内力。任一桩所受的轴向力Ni为：EAiiN=(asinα+bcosα+ϕxcosα)i0i0i0iiLNi任一桩所受的剪力Qi为：12EIEIiiiiQ=(acosα−bsinα−ϕxsinα)−6ϕi30i0i0ii20LLMiMi任一桩桩顶弯矩Mdi为：EIEIiiiiM=6(acosα−bsinα−ϕxs

6、inα)−4ϕdi20i0i0ii0LLMiMi任一桩下端（嵌固点处）弯矩Mti为：-2-http://www.paper.edu.cnEIEIiiiiM=6(acosα−bsinα−ϕxsinα)−2ϕti20i0i0ii0LLMiMi式中：P及H—作用在横梁底的竖向力及水平力；a,b,ϕ000—分别为在外力作用下横梁原点O的水平位移、竖向位移和横梁底面转角；E,A,Iiii—分别为任一桩的弹性模量、横截面面积及其截面惯性矩；xP—竖向力P至座标原点O的水平距离；xi—任一桩桩顶至座标原点O的水平距离；αi—任一桩的倾斜角度。3.计算机流程图由于公式计算量较大，手工

7、计算十分繁琐，而用有关计算机语言编制程序则能准确的计算出结果。流程图见图2。开始输入已知数据调用子程序计算t值计算桩的LN、LM值按正则方程式求得桩台位移ϕa0、b0和转角0求出任一桩的Ni、Qi、Mdi和Mti输入结果结束图2计算机流程图4.算例本例取长江沿岸某高桩码头工程，由于桩主筋进入横梁，整体性好；桩受轴向力影响，-3-http://www.paper.edu.cn桩长是桩径的30倍以上，桩底端作用在密砂层中，因此假设基桩为两端嵌固进行桩力计算[4]。4.1资料长江沿岸某油码头，桩台基桩为Φ1000PHC管桩，结构如图3所示，桩的自由长度、入