CN108897971B

CN108897971B - 一种桥梁桩基础钢筋截断位置的确定方法

Info

Publication number: CN108897971B
Application number: CN201810801911.2A
Authority: CN
Inventors: 康俊涛; 齐凯凯; 林光毅; 刘开; 秦世强; 邵光强; 曹鸿猷
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: CN108897971A

Abstract

本发明公开了一种桥梁桩基础钢筋截断位置的确定方法，该方法包括以下步骤：1)根据桥梁桩已有的上部结构及桥梁桩参数，确定桥梁桩的属性值；2)根据步骤1)获得的桥梁桩的属性值，确定第二次截断位置：3)根据桩身的内力分布规律，确定第一次截断位置。本发明通过对桩基础受力时桩身内力随深度变化曲线的研究，并结合现有的桩基础设计规范，给出了一种桥梁桩基础钢筋截断位置的确定方法，依据该方法可以科学合理的确定桥梁桩基础钢筋截断位置，使其满足结构受力要求，并且可以最大程度的减少材料用量，节约项目投资，提高经济效益。

Description

一种桥梁桩基础钢筋截断位置的确定方法

技术领域

本发明涉及桥梁桩设计技术，尤其涉及一种桥梁桩基础钢筋截断位置的确定方法。

背景技术

桩基础作为深基础的一种主要形式，具有承载力高、稳定性好、便于机械化施工、沉降量小而均匀等突出特点，历史悠久，应用广泛。20世纪50年代以后，桩基础在我国公、铁路桥梁、港口码头、房屋建筑以及重型厂房等工程中有了广泛的应用和发展，我国在重大工程尤其是桥梁工程建设中开始普遍采用桩基础。

随着桥梁桩基础设计的不断深入和施工技术的日臻完善，现在桩基主要有两种纵向钢筋布置方式：根据最大弯矩处进行配筋即长短筋布置；将基桩主筋一直伸到桩底即通长筋布置。对于受水平荷载的摩擦桩，由于其桩长一般较大，通长配筋并非受力所需，也不便于施工，根据桩身内力的情况，可以将桩沿桩长方向分成3个区段：上段桩身弯矩较大，为钢筋混凝土圆形截面偏心受压构件；中段桩身弯矩很小，为少筋混凝土或钢筋混凝土圆形截面轴心受压构件；下段桩身仅受轴力，为素混凝土圆形截面轴心受压构件。桩基配筋采用长短筋即两次截断的布置形式，在满足受力要求的基础，可以极大的节省材料，降低施工成本。

目前相关规范中只提到了钻(挖)孔桩应按桩身内力大小分段配筋。当内力计算表明不需配筋时，应在桩顶3.0～5.0m内设构造钢筋，并没有给出具体桩基钢筋截断位置的确定方法。通过对设计院里桩基设计过程的调研发现，都是根据相关的经验来确定截断位置，没有具体的计算桩基钢筋截断位置，因此给出的截断位置不一定能保证截断钢筋后的桩基满足受力要求；许多设计院为满足结构受力要求，确定的截断位置都过于保守，造成了材料的浪费，增加了项目的投资。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种桥梁桩基础钢筋截断位置的确定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种桥梁桩基础钢筋截断位置的确定方法，包括以下步骤：

1)根据桥梁桩已有的上部结构及已知参数，确定桥梁桩的以下属性值：桩基直径d、地基土比例系数m、桩基混凝土的弹性模量E、桩顶弯矩M_max、桩顶竖向荷载P；

2)根据步骤1)获得的桥梁桩的属性值，确定第二次截断位置：

2.1)计算桩的截面计算宽度b₁：

其中，k_f为桩的形状系数，方形截面桩取1.0，圆形截面桩取0.9；d为桩的直径或边长，圆形截面时为桩的直径，方形截面时为桩的边长；

2.2)计算桩的水平变形系数α：

其中，m为地基水平抗力系数的比例系数，参照规范JTG D63-2007《公路桥涵地基与基础设计规范》查表取值；桩身抗弯刚度EI对于钢筋混凝土桩，可取EI＝0.85E_CI₀,其中E_C为混凝土的弹性模型；I₀为桩身换算截面惯性矩；

2.3)确定桩的第二次截断位置Z₂：

依据桩身的内力分布规律得到第二次截断位置Z₂为：

Z₂＝4/α；

3)根据桩身的内力分布规律，确定第一次截断位置Z₁：

确定了桩顶弯矩M_max、桩顶竖向荷载P后，接下来，通过减小桩顶弯矩M，并逐渐增大桩顶水平力H，使得桩身某一位置Z1的计算配筋为As，并计算此时桩身截面计算配筋为As/2的截面的位置。反复循环上述过程，直到桩顶弯矩M减少到0，桩顶的水平力H到达最大，这样可以计算得到一系列的Z1和Z2值，并可求出其中的最大值。

3.1)计算不同组合下对应的桩顶弯矩、水平荷载等：

计算中分12次将M值从Mmax递减至0，也即M(0)＝Mmax,M(12)＝0；H(0)＝0，H(i)为与M(i)共同作用能使桩身的最大配筋达到给定配筋As的桩顶水平荷载。确定了桩顶荷载P、M(i)、H(i)后，采用m法进行桩身内力分析，可以计算得到桩身配筋为As/2的位置Z1，将各种桩径对应的Z1的最大值找出就可得到相应桩径下的桩基钢筋的截断位置。

依据以下12种组合下的桩身最大弯矩系数、最大弯矩截面系数、换算深度，计算得到每种组合对应的桩顶弯矩M₀、最大弯矩截面深度z₀、水平荷载H₀；

M₀＝P/k₁；

z₀＝k₂/α；

H₀＝M₀×α/k₃；

其中：M₀为桩顶弯矩，H₀为水平荷载，P为桩顶竖向荷载，k₁为桩身最大弯矩系数，k₂为换算深度，K₃为最大弯矩截面系数，z₀为最大弯矩截面深度，α为桩的水平变形系数。

3.2)计算12种组合下对应的桩身弯矩随深度的变化曲线：

确定每一种组合下的桩顶弯矩和与其对应的桩顶水平荷载后，依据长桩的内力和变形计算系数表格以及弯矩公式：

便可得到各个桩深处的弯矩值，然后绘制桩身弯矩随深度的变化曲线，

其中，A_M与B_M为桩基础内力与变形计算参数；

实际深度z＝换算深度/α；

由桩身弯矩随深度的变化曲线图可以得到桩身最大弯矩处对应的桩身位置Z_max，以及M_max/2的位置对应的桩身位置Z₁；

3.3)确定桩的第一次截断位置Z₁：

得到12种组合下的桩身弯矩随深度的变化曲线图后，便可得出每一种组个下的桩身最大弯矩/2对应的桩身位置z₁，取12种组合下z₁的最大值，即为钢筋第一次截断的位置Z₁。

本发明产生的有益效果是：

本发明通过对桩基础受力时桩身内力随深度变化曲线的研究，并结合现有的桩基础设计规范，给出了一种桥梁桩基础钢筋截断位置的确定方法。依据该方法可以科学合理的确定桥梁桩基础钢筋截断位置，使其满足结构受力要求，并且可以最大程度的减少材料用量，节约项目投资，提高经济效益。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2是本发明实施例的桩身弯矩随深度的变化曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明主要是针对现有规范和设计院在进行桩基础设计时，对桩基钢筋两次截断位置没有科学准确的确定方法，只是依据经验来确定截断位置这一不足，提出了一种桥梁桩基础钢筋截断位置的确定方法。所用方法不但可以保证截断后的桩基能够满足受力要求，还可以最大程度的减少材料用量，节省项目投资，提高经济效益。

本发明提出的一种桥梁桩基础钢筋截断位置的确定方法主要通过以下步骤实现：

1)根据桥梁桩已有的上部结构及已知条件，确定桥梁桩的以下数据：桩基直径d、地基土比例系数m、桩基混凝土的弹性模量E、桩顶弯矩M_max、桩顶竖向荷载P；

2)根据采集的变量，确定第二次截断位置：

2.1)计算桩的截面计算宽度b₁：

其中，

k_f为桩的形状系数，方形截面桩取1.0，圆形截面桩取0.9；

d为桩的直径，方形截面时为桩的边长b。

2.2)计算桩的水平变形系数α：

其中，

m为地基水平抗力系数的比例系数，参照规范JTG D63-2007《公路桥涵地基与基础设计规范》查表取值；

桩身抗弯刚度EI对于钢筋混凝土桩，可取EI＝0.85E_CI₀,其中E_C为混凝土的弹性模型；I₀为桩身换算截面惯性矩；

2.3)确定桩的第二次截断位置Z₂：

依据桩身的内力分布规律得到第二次截断位置Z₂为：

Z₂＝4/α；

3)根据桩身的内力分布规律，确定第一次截断位置Z₁：

3.1)计算不同组合下对应的桩顶弯矩、水平荷载等：

依据以下12种组合下的桩身最大弯矩系数、最大弯矩截面系数、换算深度，计算得到每种组合对应的桩顶弯矩M₀、最大弯矩截面深度z₀、水平荷载H₀。

表1

其中，

桩顶弯矩M₀＝桩顶竖向荷载P/桩身最大弯矩系数；

最大弯矩截面深度z₀＝换算深度/桩的水平变形系数α；

水平荷载H₀＝桩顶弯矩M₀×桩的水平变形系数α/最大弯矩截面系数。

3.2)计算12种组合下对应的桩身弯矩随深度的变化曲线：

确定每一种组合下的桩顶弯矩和与其对应的桩顶水平荷载后，依据长桩的内力和变形计算系数表格以及公式：

便可得到各个桩深处的弯矩值，得到桩身弯矩随深度的变化曲线，其中A_M参数与B_M参数表如下：

表2

其中，

弯矩

实际深度z＝换算深度/α。

有了以上的表格便可以绘制桩身弯矩随深度的变化曲线图，如图2；

由桩身弯矩随深度的变化曲线图可以得到桩身最大弯矩处对应的桩身位置Z_max与M_max/2的位置对应的桩身位置Z₁。

3.3)确定桩的第一次截断位置Z₁：

得到12种组合下的桩身弯矩随深度的变化曲线图后，便可得出每一种组个下的桩身最大弯矩/2对应的桩身位置Z₁，取12种组合下Z₁的最大值，即为钢筋第一次截断的位置。

按照上面的计算步骤一一计算后，取12种组合下的Z₁的最大值，即为第一次截断的位置。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种桥梁桩基础钢筋截断位置的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据桥梁桩已有的上部结构及桥梁桩参数，确定桥梁桩的以下属性值：桩基直径d、地基土比例系数m、桩基混凝土的弹性模量E、桩顶弯矩M_max、桩顶竖向荷载P；

2)根据步骤1)获得的桥梁桩的属性值，确定第二次截断位置：

2.1)计算桩的截面计算宽度b₁：

其中，k_f为桩的形状系数，d为桩的直径或边长；

2.2)计算桩的水平变形系数α：

其中，m为地基水平抗力系数的比例系数；EI为桩身抗弯刚度；

2.3)确定桩的第二次截断位置Z₂：

依据桩身的内力分布规律得到第二次截断位置Z₂为：

Z₂＝4/α；

3)根据桩身的内力分布规律，确定第一次截断位置Z₁：

3.1)计算不同组合下对应的桩顶弯矩、水平荷载：

依据12种组合下的桩身最大弯矩系数、最大弯矩截面系数、换算深度，计算得到每种组合对应的桩顶弯矩M₀、最大弯矩截面深度z₀、水平荷载H₀；

每种组合计算方式如下，

M₀＝P/k₁；

z₀＝k₂/α；

H₀＝M₀×α/k₃；

其中：M₀为桩顶弯矩，H₀为水平荷载，P为桩顶竖向荷载，k₁为桩身最大弯矩系数，k₂为换算深度，K₃为最大弯矩截面系数，z₀为最大弯矩截面深度，α为桩的水平变形系数；

3.2)计算12种组合下对应的桩身弯矩随深度的变化曲线：

便可得到各个桩深处的弯矩值M，得到桩身弯矩随深度的变化曲线；

其中，A_M与B_M为桩基础内力与变形计算参数；

实际深度z＝换算深度/α；

3.3)确定桩的第一次截断位置Z₁：

得到12种组合下的桩身弯矩随深度的变化曲线图后，便可得出每一种组合下的桩身最大弯矩/2对应的桩身位置z₁，取12种组合下z₁的最大值，即为钢筋第一次截断的位置Z₁。

2.根据权利要求1所述的桥梁桩基础钢筋截断位置的确定方法，其特征在于，所述步骤2.2)中，

EI＝0.85E_CI₀,

其中，E_C为混凝土的弹性模型；I₀为桩身换算截面惯性矩。