CN113158291A - 一种桥墩在地震作用下摩擦桩桩长的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种桥墩在地震作用下摩擦桩桩长的计算方法，包括以下步骤：不考虑地震作用计算桥墩基顶外力；由基顶外力计算初始桩长；由桩长和桩底土反算基顶刚度；由基顶刚度计算桥墩地震力；计算考虑地震作用下的桥墩基顶外力；检算该桩长是否满足此基顶外力；如果满足要求则桩长计算完成，否则增加桩长并返回步骤C。本发明的针对地震作用下的桥墩桩基，认为桥墩地震力与基础刚度相互影响，桩长和桩底土的竖向地基系数对基础刚度起决定作用，为了节省迭代时间，首先，不考虑地震作用计算初始桩长，然后，按照一定的步长计算基础刚度，最后，根据基础刚度计算地震力。每次计算一遍后需要检算桩长是否满足承载力要求，如果满足则计算停止。

Description

一种桥墩在地震作用下摩擦桩桩长的计算方法
技术领域
本发明属于交通运输业桥梁工程技术领域，具体涉及一种桥墩在地震作用下摩擦桩桩长的计算方法。
背景技术
在桥墩桩基计算中，地震力对桩基的影响较大，桥墩地震力与基础刚度成正比，而基础刚度不但与基础结构有关，还与基础所处的地质情况有关。设计者在基础计算时，往往只输入初始桩长，桩底因为事先不知道落在哪一层，往往保守设计，竖向地基系数按所有土层中最大值输入，而计算过程一般认为竖向地基系数对桩长影响较小，不会在试算桩长时对该值进行修改，因此计算的桩长往往偏大。
针对上述地震作用下桥墩桩基计算中存在的实际问题，亟需一种思路清晰操作简便的方法来解决桥墩桩长试算的计算问题。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种桥墩在地震作用下摩擦桩桩长的计算方法。
本发明的技术方案是：一种桥墩在地震作用下摩擦桩桩长的计算方法，包括以下步骤：
A.不考虑地震作用计算桥墩基顶外力
计算桥墩基顶外力，先只考虑主力、附加力、特殊荷载，不考虑地震作用，计算各种作用后进行荷载组合；
B.由基顶外力计算初始桩长
采用m值法将基顶外力从群桩分配到单桩，然后根据单桩外力与摩阻力和端阻力平衡，求解初始桩长；
C.由桩长和桩底土反算基顶刚度
桩长确定后，桩周边土的区域已确定，就能够准确计算基顶刚度；
D.由基顶刚度计算桥墩地震力
基顶刚度越大，计算的桥墩地震力越大；
E.计算考虑地震作用下的桥墩基顶外力
考虑地震作用的桥墩基顶外力＝步骤A计算的基顶外力+地震力；
F.检算该桩长是否满足此基顶外力
由此基顶外力计算群桩基底应力、单桩承载力，看是否满足要求；
G.如果满足要求则桩长计算完成，否则增加桩长并返回步骤C。
更进一步的，步骤A和步骤B能够快速得到初始计算桩长，节省迭代时间。
更进一步的，步骤C中基顶刚度随着桩长增加而增加，但是受桩底土的影响更大，单桩竖向刚度ρ1可以写为：
Figure BDA0002956705690000021
其中，l0+ξh为等效桩长，EA为桩身的受压弹性模量和横截面积，C0为桩底土的竖向地基系数，A0为桩底土的扩散面积。
更进一步的，步骤G中迭代计算桩长时，步长不能跳跃，可以按照0.5m一级慢慢往上涨。
更进一步的，每迭代计算桩长一次都需要重新确定桩底土的情况，修改桩底土的竖向地基系数C0。
本发明有益效果如下：
本发明的针对地震作用下的桥墩桩基，认为桥墩地震力与基础刚度相互影响，桩长和桩底土的竖向地基系数对基础刚度起决定作用，因此设计了一套迭代计算方法。为了节省迭代时间，首先，不考虑地震作用计算初始桩长，然后，按照一定的步长计算基础刚度，最后，根据基础刚度计算地震力。每次计算一遍后需要检算桩长是否满足承载力要求，如果满足则计算停止。
本发明能够针对交通运输领域如铁路、公路、市政、轻轨等不同类型的桥墩桩基计算，能够正确考虑地震作用的影响，该方法不仅能够快速获得初始桩长节省迭代时间，而且可以适时修改桩底土的竖向基底系数，从而能够减少计算桩长。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明桥墩桩基的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1～2所示，一种桥墩在地震作用下摩擦桩桩长的计算方法，包括以下步骤：
A.不考虑地震作用计算桥墩基顶外力
计算桥墩基顶外力时，先只考虑主力、附加力、特殊荷载，不考虑地震作用，计算各种作用后进行荷载组合；
B.由基顶外力计算初始桩长
采用m值法将基顶外力从群桩分配到单桩，然后根据单桩外力与摩阻力和端阻力平衡，求解初始桩长；
C.由桩长和桩底土反算基顶刚度
桩长确定后，桩周边土的区域已确定，就能够准确计算基顶刚度；
D.由基顶刚度计算桥墩地震力
基顶刚度越大，计算的桥墩地震力越大；
E.计算考虑地震作用下的桥墩基顶外力
考虑地震作用的桥墩基顶外力＝步骤A计算的基顶外力+地震力；
F.检算该桩长是否满足此基顶外力
由此基顶外力计算群桩基底应力、单桩承载力，看是否满足要求；
G.如果满足则桩长计算完成，否则增加桩长回到步骤C。
桩长迭代计算非常费时间，步骤A和B能够快速得到初始计算桩长，节省迭代时间。
步骤C中基顶刚度随着桩长增加而增加，但是受桩底土的影响更大，单桩竖向刚度ρ1可以写为：
Figure BDA0002956705690000041
注：l0+ξh为等效桩长，EA为桩身的受压弹性模量和横截面积，C0为桩底土的竖向地基系数，A0为桩底土的扩散面积。
步骤D中基顶刚度可作为墩底的边界条件，采用单墩力学模型求解出桥墩的地震力。
步骤F中检算时，单桩承载力需要按单桩轴向拉力和单桩轴向压力分别考虑，此外，沉降控制时也应增加桩长。
步骤G中迭代计算桩长时，步长不能跳跃，可以按照0.5m一级慢慢往上涨，地震设防烈度较小时，一般在4步以内，地震设防烈度较大时，需要步数较多。
以上步骤中，每迭代一次都需要重新确定桩底土的情况，修改桩底土的竖向地基系数C0。
实施例一
12根1m的桥墩桩基础，设计地震加速度Ag＝0.2g，该基础所处的地质情况见图2。
设计者在计算时，由于事先不知道桩底落在哪层土上，采用包络设计的思想，选择碎石土，地基基本承载力σ0＝800kPa作为桩底土，这样计算的桥墩地震力较保守，结果计算桩长为41m，如附图2所示。
采用本发明的方法，计算该基础的初始桩长28m，桩底落在碎石土，σ0＝800kPa上，经过迭代计算，最终桩长为35m，桩底落在碎石土，σ0＝450kPa上。因为桩底土较以前小，计算的桥墩地震力小，所以桩长也减少了。
综合得到，经过本发明的优化，该基础的桩长优化了7m，如果在地震区使用，将会节省成本，降低工程造价。
本发明的针对地震作用下的桥墩桩基，认为桥墩地震力与基础刚度相互影响，桩长和桩底土的竖向地基系数对基础刚度起决定作用，因此设计了一套迭代计算方法。为了节省迭代时间，首先，不考虑地震作用计算初始桩长，然后，按照一定的步长计算基础刚度，最后，根据基础刚度计算地震力。每次计算一遍后需要检算桩长是否满足承载力要求，如果满足则计算停止。
本发明能够针对交通运输领域如铁路、公路、市政、轻轨等不同类型的桥墩桩基计算，能够正确考虑地震作用的影响，该方法不仅能够快速获得初始桩长节省迭代时间，而且可以适时修改桩底土的竖向基底系数，从而能够减少计算桩长。

Claims (5)

1.一种桥墩在地震作用下摩擦桩桩长的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
(A)不考虑地震作用计算桥墩基顶外力
计算桥墩基顶外力，先只考虑主力、附加力、特殊荷载，不考虑地震作用，计算各种作用后进行荷载组合；
(B)由基顶外力计算初始桩长
采用m值法将基顶外力从群桩分配到单桩，然后根据单桩外力与摩阻力和端阻力平衡，求解初始桩长；
(C)由桩长和桩底土反算基顶刚度
桩长确定后，桩周边土的区域已确定，就能够准确计算基顶刚度；
(D)由基顶刚度计算桥墩地震力
基顶刚度越大，计算的桥墩地震力越大；
(E)计算考虑地震作用下的桥墩基顶外力
考虑地震作用的桥墩基顶外力＝步骤A计算的基顶外力+地震力；
(F)检算该桩长是否满足此基顶外力
由此基顶外力计算群桩基底应力、单桩承载力，看是否满足要求；
(G)如果满足要求则桩长计算完成，否则增加桩长并返回步骤(C)。
2.根据权利要求1所述的一种桥墩在地震作用下摩擦桩桩长的计算方法，其特征在于：步骤(A)和步骤(B)能够快速得到初始计算桩长，节省迭代时间。
3.根据权利要求1所述的一种桥墩在地震作用下摩擦桩桩长的计算方法，其特征在于：步骤(C)中基顶刚度随着桩长增加而增加，但是受桩底土的影响更大，单桩竖向刚度ρ1可以写为：
Figure FDA0002956705680000021
其中，l0+ξh为等效桩长，EA为桩身的受压弹性模量和横截面积，C0为桩底土的竖向地基系数，A0为桩底土的扩散面积。
4.根据权利要求1所述的一种桥墩在地震作用下摩擦桩桩长的计算方法，其特征在于：步骤(G)中迭代计算桩长时，步长不能跳跃，可以按照0.5m一级慢慢往上涨。
5.根据权利要求4所述的一种桥墩在地震作用下摩擦桩桩长的计算方法，其特征在于：每迭代计算桩长一次都需要重新确定桩底土的情况，修改桩底土的竖向地基系数C0。
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