CN102720185A - h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法 - Google Patents

h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法 Download PDF

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柴贺军
王羽
唐胜传
陶丽娜
阎宗岭
贾学明
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Abstract

本发明公开了一种h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法，包括以下步骤：首先按照常规方法计算作用在后排桩的滑坡推力和前排桩桩前的抗力，然后根据桩—土变形协调条件计算出桩间土与前、后排桩的相互作用力；接着根据滑动面位置将h型抗滑桩划分为受荷段和锚固段；将受荷段前、后排桩视为固定端支座下的三次超静定结构，采用图乘法加以计算；然后根据计算出的滑面处内力值和地层条件，对锚固段前、后排桩弹性桩与刚性桩进行计算判别，接着采用相应方法进行计算。本发明提出了h型抗滑桩具体的结构计算步骤和方法，弥补了h型抗滑桩目前暂无合理结构计算方法的情况，此计算方法与实际受力情况接近，计算结果精确。

Description

h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法
技术领域
本发明涉及一种应用于滑坡或边坡治理中的抗滑桩受力分析方法，特别涉及一种h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法。
背景技术
抗滑桩是穿过滑坡体嵌入滑床的钢筋混凝土构件，用以支挡滑体的滑动力，起稳定边坡的作用，适用于滑体加固。相比其他抗滑支撑结构，抗滑桩具有土方量开挖量小、工期短等优点，是广泛采用的一种抗滑措施。抗滑桩对滑坡体的加固作用是利用抗滑桩嵌入滑动面以下的稳定地层使得作用在抗滑桩上的滑体推力传递到稳定的地层，从而增加滑体的稳定性。当滑坡体下滑时受到抗滑桩的阻抗力，使桩前滑体达到稳定状态。
h型抗滑桩是设置前、后两排钢筋混凝土桩，并用刚性连梁把前排桩桩顶与后排桩桩身联结起来，形成一个双排支护的空间结构。h型抗滑桩作为空间组合式抗滑桩，结构形式复杂，如何在考虑整体受力效应下前排桩、后排桩与连系梁的结构内力的计算科学、合理是非常关键的问题。h型抗滑桩目前暂无完整的桩身结构计算方法。
因此急需一种h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的一种h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法，包括以下步骤：
S1：计算后排桩承受的滑坡推力和前排桩承受的桩前抗力；
S2：计算前排桩和后排桩桩间土压力；
S3：计算h型抗滑桩的前排桩和后排桩受荷段桩身与滑面处的内力值和位移值；
S4：计算连系梁的内力值与水平位移值；
S5：计算h型抗滑桩锚固段前排桩和后排桩的内力值。
进一步，所述桩间土压力计算，具体包括以下步骤：
S21：建立分布荷载作用下的位移计算公式；
S22：运用结构力学方法得出h型抗滑桩在分布荷载作用下的刚性结点的转角和水平位移量；
S23：计算出刚性结点的水平位移值；
S24：计算出前、后排桩及桩间土水平位移；
S25：计算桩间土压力。
进一步，所述h型抗滑桩受荷段采用三次超静定结构图乘法计算内力值及位移值。
进一步，所述计算h型抗滑桩锚固段前排桩和后排桩的内力值包括计算h型抗滑桩锚固段前、后排桩弹性桩内力值；所述计算h型抗滑桩锚固段前、后排桩弹性桩内力值采用p-y曲线法计算来确定滑面以下桩身弯矩M、剪力Q、水平位移                                                
Figure 506285DEST_PATH_IMAGE001
和转角
Figure 807954DEST_PATH_IMAGE002
。
进一步，所述计算h型抗滑桩锚固段前排桩和后排桩的内力值包括计算h型抗滑桩锚固段前、后排桩刚性桩内力值；所述计算h型抗滑桩锚固段前、后排桩刚性桩内力值采用刚性桩法计算来确定滑面以下桩身弯矩M、剪力Q、水平位移和转角
Figure 422224DEST_PATH_IMAGE002
。
本发明的优点在于：本发明采用的方法有如下优点：
（1）明确了h型抗滑桩的滑坡推力的分布问题，在得出前、后排桩的滑坡推力分布形式和规律上，通过建立变形协调方程，计算出后排桩与桩间土的相互作用力、以及桩间土与前排桩的作用力的量化关系。
（2）对于h型抗滑桩上部受荷段的计算，将h型抗滑桩可以看做一个由前、后排桩与连系梁共同组成的整体刚性抗滑结构来考虑，建立基于三次超静定图乘法的计算方法，导出h型抗滑桩受荷段结构内力及位移。
（3）对于h型抗滑桩下部锚固段的计算，根据桩的类别，分别应用弹性桩P-y曲线法和刚性桩法进行计算。
（4）h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法保证了此种抗滑桩结构的计算更接近实际受力情况，科学可靠。
本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明实施例提供的h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法流程图；
图2为本发明实施例提供的h型抗滑桩前、后排桩推力分配计算模型示意图；
图3为本发明实施例提供的h型抗滑桩受荷段结构分析示意图I；
图4为本发明实施例提供的h型抗滑桩受荷段结构分析示意图II；
图5为本发明实施例提供的h型抗滑桩锚固段p-y曲线法桩身有限差分划分示意图I；
图6为本发明实施例提供的h型抗滑桩锚固段p-y曲线法桩身有限差分划分示意图II。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图2为本发明实施例提供的h型抗滑桩前、后排桩推力分配计算模型示意图，如图所示，根据h型抗滑桩桩身结构的滑动面位置，将h型抗滑桩划分为上部受荷段和下部锚固段分别进行，把滑面以上的上部受荷段看做一个刚性整体，其承受的所有桩土作用力看做外力，即将滑坡推力、桩间土作用力、滑面上端桩前土抗力等作为外荷载，通过结构力学方法计算受荷段的剪力、弯矩、位移。对于h型抗滑桩下部锚固段计算，可根据桩周岩土条件，采用弹性桩p-y曲线法或刚性桩法进行计算。
图1为本发明实施例提供的h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法流程图，如图所示：本发明提供的一种h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法，包括以下步骤：
S1：计算后排桩承受的滑坡推力和前排桩承受的桩前抗力；
S2：计算前排桩和后排桩桩间土压力，具体包括以下步骤：
S21：建立分布荷载作用下的位移计算公式；
S22：运用结构力学方法得出h型抗滑桩在分布荷载作用下的刚性结点的转角和水平位移量；
S23：计算出刚性结点的水平位移值；
S24：计算出前、后排桩及桩间土水平位移；
S25：计算桩间土压力。
S3：计算h型抗滑桩的前排桩和后排桩受荷段桩身与滑面处的内力值和位移值；
所述h型抗滑桩受荷段采用三次超静定结构图乘法计算内力值及位移值。
S4：计算连系梁的内力值与水平位移值；
图3为本发明实施例提供的h型抗滑桩受荷段结构分析示意图I；图4为本发明实施例提供的h型抗滑桩受荷段结构分析示意图II；图5为本发明实施例提供的h型抗滑桩锚固段p-y曲线法桩身有限差分划分示意图I；图6为本发明实施例提供的h型抗滑桩锚固段p-y曲线法桩身有限差分划分示意图II，即为锚固段的挠曲微分方程的中心差分形式示意图，如图所示：
S5：计算h型抗滑桩锚固段前排桩和后排桩的内力值。
所述计算h型抗滑桩锚固段前排桩和后排桩的内力值包括计算h型抗滑桩锚固段前、后排桩弹性桩内力值；所述计算h型抗滑桩锚固段前、后排桩弹性桩内力值采用p-y曲线法计算来确定滑面以下桩身弯矩M、剪力Q、水平位移
Figure 729708DEST_PATH_IMAGE001
和转角。
所述计算h型抗滑桩锚固段前排桩和后排桩的内力值包括计算h型抗滑桩锚固段前、后排桩刚性桩内力值；所述计算h型抗滑桩锚固段前、后排桩刚性桩内力值采用刚性桩法计算来确定滑面以下桩身弯矩M、剪力Q、水平位移
Figure 355042DEST_PATH_IMAGE001
和转角
Figure 901561DEST_PATH_IMAGE002
。
下面结合附图具体说明计算方法步骤：
（1）后排桩的滑坡推力及前排桩的桩前抗力可以采用常规方法的计算得到。然后构建计算模型，计算后排桩与桩间土的相互作用力A1、以及桩间土与前排桩的作用力A2，
（2）由于前排桩、后排桩处于一个平面，在纵向滑坡推力的作用下，将后排桩身承受滑坡推力产生的主动土压力q和桩间土产生的被动土压力A1进行叠加；前排桩承受桩间土压力A2和桩前抗力q1进行叠加，最终确定出使用在前排桩和后排桩上的荷载。
（3）将h型抗滑桩受荷段简化成一个两边为固定端的刚架来计算。将2n+3次超静定结构转化为一个受2n+3个未知外力的静定结构，根据位移条件，可以写出力法典型方程： 
Figure 75053DEST_PATH_IMAGE003
，
，
Figure 929057DEST_PATH_IMAGE005
，
其中，表示
Figure 674476DEST_PATH_IMAGE007
单独作用时，基本结构对应点沿X1,X2,X3方向的位移，
Figure 539664DEST_PATH_IMAGE008
表示
Figure 613274DEST_PATH_IMAGE009
单独作用时，基本结构对应点沿X1,X2,X3方向的位移，
Figure 196703DEST_PATH_IMAGE010
表示
Figure 384101DEST_PATH_IMAGE011
单独作用时，基本结构对应点沿X1,X2,X3方向的位移，
Figure 307058DEST_PATH_IMAGE012
表示荷载单独作用下，基本结构对应点沿X1,X2,X3方向的位移，分别作出M1, M2 ,M3, MP图，求得上式中的未知数。
（4）计算得出h型抗滑桩的前排桩和后排桩受荷段桩身与滑面处的内力值M、Q，同时计算出连系梁的内力值M、Q与水平位移值
Figure 554500DEST_PATH_IMAGE001
、转角
Figure 562907DEST_PATH_IMAGE013
。
（5）h型抗滑桩锚固段前、后排桩弹性桩与刚性桩判别计算。如为锚固段弹性桩类型则采用步骤（6）计算，如为锚固段刚性桩类型则采用步骤（7）计算。
（6）h型抗滑桩前排桩、后排桩锚固段挠曲微分方程的中心差分形式可以写为下面方程：
Figure 616314DEST_PATH_IMAGE014
，
，
其中，
Figure 812120DEST_PATH_IMAGE016
表示前排桩桩身位移有限差分，
Figure 42244DEST_PATH_IMAGE017
表示后排桩桩身位移有限差分，
Figure 899342DEST_PATH_IMAGE018
表示桩的抗弯刚度，
Figure 534241DEST_PATH_IMAGE019
表示桩变形系数的微分形式，
Figure 185802DEST_PATH_IMAGE020
表示等量分段长度，h1表示受荷段长度，
Figure 168802DEST_PATH_IMAGE021
分别表示桩顶和滑面处线荷载分布集度。
根据滑动面处内力变形连续条件，可写出前、后排桩方程组的矩阵表达式：
后排桩：
Figure 564011DEST_PATH_IMAGE022
，
其中
Figure 50487DEST_PATH_IMAGE023
=
Figure 76212DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 343245DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 479828DEST_PATH_IMAGE026
，
前排桩：
Figure 883128DEST_PATH_IMAGE027
，
其中
Figure 79754DEST_PATH_IMAGE028
=
Figure 834083DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 508778DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 969847DEST_PATH_IMAGE031
，
其中：
Figure 399691DEST_PATH_IMAGE032
是由锚固段计算出的前、后排桩在滑动面处A及紧邻的其他4个点的位移量；
Figure 310491DEST_PATH_IMAGE033
是由锚固段计算出的前、后排桩在滑动面处A及紧邻的其他4个点的位移量。
根据边界条件提供的2
Figure 851193DEST_PATH_IMAGE034
4个补充方程，结合已有的2（n+1）个方程组，可以解得2（n+5）个未知量，从而得到前、后排桩桩身任一截面的位移值。利用有限差分法，根据以上推导迭代求解，在得到各节点的位移值
Figure 432347DEST_PATH_IMAGE035
，运用p-y曲线计算出个节点的作用力
Figure 705197DEST_PATH_IMAGE036
，最终求得前、后排桩桩身的弯矩M、剪力Q、转角
Figure 309485DEST_PATH_IMAGE002
和土体侧向应力及变形。
（7）h型抗滑桩前排桩与后排桩锚固段运用刚性桩法计算。把前排桩和后排桩桩周岩土视为弹性体计算侧向应力和土的抗力，最终得到前、后排桩锚固段土体的侧向位移Δx，侧向应力
Figure 388299DEST_PATH_IMAGE037
，及锚固段任一截面深度处桩的弯矩M和剪力Q。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1. 一种h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：计算后排桩承受的滑坡推力和前排桩承受的桩前抗力；
S2：计算前排桩和后排桩桩间土压力；
S3：计算h型抗滑桩的前排桩和后排桩受荷段桩身与滑面处的内力值和位移值；
S4：计算连系梁的内力值与水平位移值；
S5：计算h型抗滑桩锚固段前排桩和后排桩的内力值。
2.  根据权利要求1所述的h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法，其特征在于：所述桩间土压力计算，具体包括以下步骤：
S21：建立分布荷载作用下的位移计算公式；
S22：运用结构力学方法得出h型抗滑桩在分布荷载作用下的刚性结点的转角和水平位移量；
S23：计算出刚性结点的水平位移值；
S24：计算出前、后排桩及桩间土水平位移；
S25：计算桩间土压力。
3.  根据权利要求1所述的h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法，其特征在于：所述h型抗滑桩受荷段采用三次超静定结构图乘法计算内力值及位移值。
4.  根据权利要求1所述的h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法，其特征在于：所述计算h型抗滑桩锚固段前排桩和后排桩的内力值包括计算h型抗滑桩锚固段前、后排桩弹性桩内力值；所述计算h型抗滑桩锚固段前、后排桩弹性桩内力值采用p-y曲线法计算来确定滑面以下桩身弯矩M、剪力Q、水平位移                                                
Figure 510360DEST_PATH_IMAGE001
和转角。
5.  根据权利要求1所述的h型抗滑桩桩身结构段分式计算方法，其特征在于：所述计算h型抗滑桩锚固段前排桩和后排桩的内力值包括计算h型抗滑桩锚固段前、后排桩刚性桩内力值；所述计算h型抗滑桩锚固段前、后排桩刚性桩内力值采用刚性桩法计算来确定滑面以下桩身弯矩M、剪力Q、水平位移
Figure 828526DEST_PATH_IMAGE001
和转角
Figure 186826DEST_PATH_IMAGE002
。
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