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【GEO5】群桩计算方法介绍 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2015-07-09

   简要介绍了GEO5群桩设计模块中提供的群桩承载力计算方法

  启动“群桩设计”模块,在“分析设置”中需要用户选择分析类型,GEO5提供了两种分析群桩的方法,如下图所示:1)解析法—计算黏性土和无黏性土中群桩的竖向承载力,以及沉降;2)弹性法—分析群桩的变形、内力,并根据内力对群桩进行配筋验算。下面我就对这两种方法进行简单的介绍。

分析类型设置界面
一、解析法
  群桩竖向承载力分析分为两种情况:无黏性土 (排水条件) 分析和黏性土 (不排水条件) 分析,验算方法可以选择安全系数法、极限状态法或欧洲规范EN 1997。解析法只能分析群桩的竖向承载力,因此分析时只考虑竖向荷载,不考虑弯矩和水平荷载的作用。如果想要考虑水平荷载、弯矩的作用,需要在“分析设置”界面中选择“分析类型”为“弹性法”。

  无黏性土(排水)条件下的群桩竖向承载力分析采用和单桩竖向承载力分析一样的方法:1)美国规范NAVFAC DM 7.2;2)有效应力法;3)捷克规范CSN 73 1002。
  得到单桩的竖向承载力后,群桩的竖向承载力最终由下式计算得到:
其中: n - 群桩中的桩数
Rc - 单桩竖向承载力
ηg - 群桩效应系数,可以参考帮助文件来确定
  
  黏性土( 不排水)条件下的群桩采用等代实体基础法分析承载力,等代实体基础的承载力按下式计算:
其中: l - 桩长
bx,by - 等代实体基础的基底平面尺寸
cus - 桩周土不排水抗剪强度平均值 ( )
cub - 桩底地基土不排水抗剪强度
Ncg - 黏性土中的群桩承载力系数
其中:
当:
                       当:
其中:bx - 群桩宽度(承台短边长度)

注:等代实体基础法将桩和桩间土一起作为一个实体基础。基础底面包含了所有的基桩基底,基础侧面距离最外侧桩的中心为一倍桩径。群桩所受荷载由实体基础侧面与土体的摩擦力和实体基础基底的承载力共同承担。

  上述两种条件下的群桩承载力验算方法可以选择安全系数法、极限状态法或欧洲规范EN 1997。

  1)安全系数法
当采用安全系数法验算群桩的竖向承载力时,其验算公式如下:

其中: Rg - 群桩的竖向承载力
Vd - 最大竖向作用力(包括承台自重)
Wp - 桩身自重(只有当勾选了“考虑桩自重”时才考虑)
SFcp - 群桩竖向承载力安全系数
  2)极限状态法
当采用极限状态法验算群桩的竖向承载力时,对于无黏性土,其验算公式如下:
其中: Rg - 群桩的竖向承载力
n - 群桩中的桩数
Rc - 单桩的竖向承载力 (Rb + Rs)
γt 竖向承载力的分项系数
ηg - 群桩效应系数
Vd - 最大竖向作用力(包括承台自重)
Wp - 桩身自重(只有当勾选了“考虑桩自重”时才考虑)
  
  当采用极限状态法验算群桩的竖向承载力时,对于黏性土,其验算公式如下:
其中: Rg - 群桩的竖向承载力
Vd - 最大竖向作用力(包括承台自重)
Wp - 桩身自重(只有当勾选了“考虑桩自重”时才考虑)
γt – 竖向承载力分项系数
  
  当采用欧洲规范EN 1997-1作为验算方法来验算黏性土中群桩的竖向承载力时,竖向承载力的分项系数采用桩端阻力的分项系数(γt=γb)。

二、弹性法
  弹性法即采用有限元方法对群桩进行分析。分析时,假设承台完全刚性。输入的荷载作用于承台中心,且软件支持直接导入由其他结构软件计算得到上部荷载。
  计算模型可以分为以下几种,如图所示:

群桩计算模型

“分析设置”界面中可以选择以下四种不同的桩型:
1. 摩擦桩 – 根据岩土材料参数计算弹簧刚度
2. 摩擦桩 – 输入弹簧刚度
3. 端承桩(不嵌岩)
4. 嵌岩桩(嵌岩)

  无论选择哪种桩型,都需要输入“土的水平反力系数”,用以确定桩土之间水平方向的相互作用。摩擦桩还需要输入竖向弹簧的刚度。竖向弹簧刚度可以由岩土材料参数和相应的荷载计算得到,也可以在“竖向弹簧”界面中自定义其刚度。
桩与承台的连接方式可以选择固结或铰接

桩与承台的连接方式(“分析设置”界面中设置)

  弹性本质上为有限元方法。分析时,将每根桩都分为10段,然后计算出与每个分段对应的水平弹簧和竖向弹簧的大小。为了考虑群桩效应的影响,同时也为了和单桩分析进行区别,对外侧桩和内侧桩对应的弹簧刚度进行折减 – 外侧桩和内侧桩的水平弹簧刚度(水平反力系数)折减系数分别为0.5和0.25;外侧桩和内侧桩的竖向弹簧刚度(剪切模量)折减系数分别为0.5和0.1;这些折减系数可以很好的反应群桩效应的影响,并得到真实的群桩承载力和变形。桩底的竖向弹簧不进行折减。

关于更多更详细的GEO5中群桩设计的使用介绍,大家可以查阅GEO5的“帮助手册/竖向承载力_解析法”章节。

GEO用户手册官网下载地址:http://www.geo5.cn/a/jiaochengziliao/wdjc/
云盘下载地址:http://pan.baidu.com/s/1dDGp2md

关注GEO5官方微信公众号“GEO5岩土设计”,关注更多GEO5使用技巧和计算理论

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