横向荷载下桩的内力

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1、第四章横向荷载下桩的内力和位移分析在桥梁工程中，基桩除了需承受较大的竖向荷载外，往往由于制动力、离心力、波浪力、风力、震动力、船舶的撞击力以及车辆荷载的冲击力等使基桩承受较大的横向荷载，从而导致基桩的受力更为复杂，尤其是大跨径桥梁更是如此。第一节横向荷载下桩的受力特性一、横向荷载下桩的工作性能及其破坏性状二、横向荷载下桩的微分方程式第二节受横向荷载桩的计算方法分类1.极限地基反力法(极限平衡法)2.弹性地基反力法3.复合地基反力法(p—y曲线法)4．弹性理论法第三节线弹性地基反力法—“m”法解答第四节线弹性地基反力法的幂级数通解第五节

2、弹性地基反力法的数值分析解第六节提高基桩水平承载力的措施计算理论发展概况(1)《桥规》推荐的m法、C法都可使用。但是，根据国内外对嵌岩桩的试验，岩层对桩的水平抗力系数为常数。(2)所有的m法、C法、K法都是在文克尔弹性地基理论的基础上得来的。(3)推导了刚性桩、变截面桩、高桩承台、低桩承台计算的全部公式，使桩基水平力计算达到了高度的统一化、系统化和完善化。第一节横向荷载下桩的受力特性一、横向荷载下桩的工作性能及其破坏性状在横向荷载的作用下，桩侧土体受到挤压而产生抗力,桩的挠曲变形沿桩轴而变，导致桩侧土体所发挥的横向抗力也随深度而变化。当

3、桩顶未受约束时，桩头的横向荷载首先由靠近地面处的土体承担。荷载较小时，上部土体处于弹性压缩阶段，随着荷载的增加，上部土体逐步产生塑性变形，并将所受横向荷载传递到更大的深度。当变形增大到桩身材料所不能容许的程度或桩侧土失去稳定时，桩土体系便趋于破坏。1．刚性短桩(ah<=2.5)的破坏当横向荷载达到一定值时，桩侧土体开始屈服，随着荷载增加，逐渐向下发展，直至刚性短桩因转动而破坏。对于桩顶自由的刚性短桩，当桩身抗剪强度满足要求时，桩体本身一般不发生破坏，故其水平承载力主要由桩侧土的强度控制。但桩径较大时，尚需考虑桩底土偏心受压时的承载能力。

4、2．弹性桩(ah>2.5)的破坏在横向荷载作用下桩将发生挠曲变形(水平位移和转角)，在桩全长范围的水平方向上地基土不会同时出现屈服，而是沿桩轴从地表向下逐渐地出现屈服，在桩体及连接构件上产生的内力随着地基的逐渐屈服而增加。当桩身某点弯矩超过其截面抵抗矩或桩侧土体屈服失去稳定时，弹性长桩便趋于破坏。其水平承载力由桩身材料的抗弯强度和侧向土抗力所控制。（ah≥4.0），桩下段的土抗力可视为无限大，亦即桩下段可视为嵌固于土中而不能转动，如图4-2a)所示桩体发生转动或破坏之前，桩顶将产生一可观的水平位移，而该水平位移往往使所支承结构物的位移量

5、超出容许范围或使结构不能正常使用。例如桥梁基础的过大位移就可能使桥梁发生损坏，尤其是拱桥，将导致整拱塌陷。二、横向荷载下桩的微分方程式又故有式中都是基桩单位长度的荷载强度代入上式得第二节桩受横向荷载计算方法分类根据对地基反力的假定不同，横向受力桩的分析方法亦不同，大致可分为以下四大类：1极限地基反力法(极限平衡法)2.弹性地基反力法3.复合地基反力法(p—y曲线法)4.弹性理论法1.极限地基反力法(极限平衡法)该法早先常用于刚性短桩的计算，其认为地基反力仅是深度z的函数，而与桩的挠度x无关，即极限地基反力法最初由雷滋(Rase.1936

6、年)提出，冈都、Broms等均进行了发展，其适用于埋入深度较小的刚性桩，不能用于弹性长桩和含有斜桩的桩结构物的计算。根据各种不同的土反力分布规律假定，如土反力的直线分布和任意分布等，又有多种不同的计算方法。2.弹性地基反力法弹性地基反力法将土体假定为弹性体，用梁的弯曲理论求解桩的横向抗力。其假定地基反力与桩的位移x的m次方成比例，即式中k是由土的弹性性质所决定的系数，其与指数m、n(n≥0，1≥m>0)的取法有关，上式z与x的幂方形式也可表示成为与z的任意函数k(z)乘积的形式：根据指数m的取值不同，弹性地基反力法又可分为m=1时的线弹

7、性地基反力法和m≠l时的非线性弹性地基反力法。1)线弹性地基反力法在线弹性地基反力法中，地基系数k(z)表示单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所需加的力，其值是通过对试桩在不同类别土质及不同深度进行实测x及q后反算得到的。大量的试验表明，地基系数k(z)值不仅与土的类别及其性质有关，而且也随着深度而变化。k(z)随深度的变化情况，长期以来一直成为国内外学者们所争论和研究的课题，直到现在仍在不断探讨中。为简化计算，一般指定k(z)中的两个参数成为单一参数，由于指定的参数不同，也就有了常用的张氏法、k法，m法和C法。为了使k(z)值能较准

8、确地反映实际情况，我国学者吴恒立还提出了综合刚度原理和双参数法，完成了解析解，并进行了数值计算。线弹性地基反力法假定地基为服从虎克定律的弹性体，地基反力q与桩上任一点的位移x成正比，即符合文克尔(E·Win