用户在使用GEO5的单桩设计模块时,在【分析设置】界面的“分析方法”栏可以选择不同的方法来分析竖向承载力,如下图所示,下面就给大家详细介绍这两种方法,希望有助于大家对GEO5单桩设计模块的使用。
一、解析法
解析法假设桩基的竖向承载力Rc为其总端阻力Rb和总侧阻力Rs(桩身侧表面岩土对桩产生的摩擦阻力)之和。软件中提供了以下几种解析法:
(1)Tomlinson法
(2)有效应力法
(3)美国规范NAVFAC DM 7.2
(4)捷克规范CSN 73 1002
这边重点给大家介绍比较常用的Tomlinson法和有效应力法,其他两种方法做简单介绍。
1.Tomlinson法
Tomlinson法在全世界范围内被工程师广泛采用。该法利用土体的不排水抗剪强度来计算桩基的承载力,因此,非常适合计算不排水条件下的桩基承载力,特别适用于软土地区。同时,该法还假设基桩的侧摩阻力受上覆超载的影响。
桩侧摩阻力由下式计算得到:
桩与桩周土间粘结系数α可以通过软件自动计算得到,也可以在“添加岩土材料”对话框中手动输入α的值。
桩端阻力由下式计算得到:
2.有效应力法
黏性土或无黏性土中的单桩竖向承载力都可以通过有效应力法计算。该法适用于排水条件,即施工结束足够长的时间后土体已经基本排水固结时的条件。
桩侧摩阻力由下式计算得到:
桩端阻力由下式计算得到:
3.美国规范NAVFAC DM 7.2
桩基竖向承载力的计算基于以下规范:NAVFAC DM 7.2, Foundation and Earth Structures, U.S. Department ofthe Navy 1984。该规范对桩基竖向承载力的计算进行了详细地说明。竖向承载力由桩端阻力Rb和桩侧摩阻力Rs组成。
对于无黏性土中的桩基,软件将考虑临界深度的影响。
4.捷克规范CSN 73 1002
根据捷克规范CSN 73 1002"Pile foundation"的条文说明,当选择捷克规范时,软件提供了以下两种计算桩基竖向承载力的方法:采用极限状态理论验算竖向承载力或按照端承桩验算竖向承载力。
二、弹性法
“单桩设计 – 弹性法”为“单桩设计”软件中的一个子模块。它可以计算任意土层中单桩的竖向承载力,并给出荷载-沉降曲线,桩身轴力和侧摩阻力沿桩身的分布,侧摩阻力和桩土相对位移的关系曲线。相对于其他有限元方法,弹性法子模块的最大优势在于其所需的桩周土参数都可以轻易获得。使用弹性法时,用户需要输入土体的内摩擦角、黏聚力、重度和变形模量(或压缩模量)。
“单桩设计 – 弹性法”子模块采用半解析法来进行分析。桩周土采用著名的Winkler-Pasternak模型。该模型可以很好地模拟桩土之间的相互作用。桩周土的弹性、刚性和塑性剪切变形假设是沿桩土接触面发生的,并满足Mohr-Coulomb破坏准则。作用在桩侧法向的正应力取决于地应力和静止土压力。
整个分析过程包括以下几步:
(1)首先将桩划分为几段,每段均满足其长度和直径之比不大于2.5,且最小分段数目为10。
(2)每个分段都由一根弹簧来模拟其与桩周土的相互作用。弹簧刚度即为相应的桩周土抗剪刚度和桩端土抗压刚度。
(3)对于每个分段,其极限侧摩阻力Tlim是确定的。
(4)分析时,不断增加作用在桩顶的竖向荷载。不同荷载将对应不同的弹簧反力,但是桩侧弹簧反力不能超过对应分段的极限侧摩阻力Tlim。因此,当荷载增加到一定程度时,桩侧弹簧反力将不再增大,继续增加的荷载将由桩底弹簧全部承担。桩底弹簧假设可以承受无限大的作用力。
(5)最后,给出的分析结果包括荷载-沉降曲线,桩身轴力和侧摩阻力沿桩身的分布,给定深度处侧摩阻力和桩土相对位移的关系曲线。
关于更多更详细的GEO5中单桩设计模块竖向承载力分析方法的介绍,大家可以查阅GEO5的“用户手册/理论/单桩设计/竖向承载力”章节。
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