桩筏基础外挑筏板受力计算方法技术

本发明专利技术提供了一种桩筏基础外挑筏板受力计算方法。所述计算方法包括：(1)简化计算模型；(2)根据计算模型计算外挑筏板顶部均布荷载系数；(3)根据计算模型计算外挑筏板底部均布荷载系数；(4)外挑筏板等效均布荷载计算；(5)外挑筏板的受力计算。本发明专利技术通过假定外挑筏板是一个线弹性体，将该结构简化为一悬臂结构，利用结构力学进行求解，本发明专利技术通过建立桩筏基础外挑筏板内力简化计算模型对外挑筏板的受力进行计算，简化了计算过程，能够在基础沉降允许范围内，推算外挑筏板的受力状态，从而判断外挑筏板的配筋能否满足受力要求。而判断外挑筏板的配筋能否满足受力要求。而判断外挑筏板的配筋能否满足受力要求。

【技术实现步骤摘要】
桩筏基础外挑筏板受力计算方法


[0001]本专利技术专利涉及岩土工程领域，具体为一种基于地基压缩理论的桩筏基础外挑筏板受力计算方法。

技术介绍

[0002]桩筏基础由于具有良好的整体性、抗不均匀沉降能力，在高层建筑中被广泛采用。桩筏基础设计时，往往使筏板在最外侧桩基外侧外挑一定的长度，通过外挑板的设置增大了筏板的面积，以增强抗不均匀沉降能力。但是外挑一定长度后，由于该段外挑结构上部覆土，受到土压力的作用，下部支撑于土体之上，桩基发生沉降后，筏板底部受力将发生变化，所以在外挑板的设计过程中需要考虑其受力情况，根据其受力情况来判断外挑筏板配筋是否满足受力要求，以防止筏板发生破坏，从而保证整个桩筏基础的稳定性。但是，建筑桩基沉降是一个缓慢的动态过程，桩基发生沉降过程中，外挑筏板下部土体将压缩，压缩的过程也是一个动态的过程，随着土体压缩，外挑筏板的受力也是一个动态的过程，因此，针对外挑板的受力情况的计算求解较为复杂，目前可以建立有限元模型进行计算，其过程比较复杂；如何简化计算，利用建筑物的沉降计算结果或规范规定的建筑物最大沉降量允许值来计算该外挑筏板的内力，从而判断外挑筏板配筋是否满足受力要求，以防止筏板发生破坏，是一个有待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有桩筏基础外挑板受力计算问题提供一种基于地基土压缩理论的桩筏基础外挑筏板简化受力计算方法，该计算方法通过建立桩筏基础外挑筏板内力简化计算模型对外挑板的受力进行计算，简化计算过程，能够在在沉降允许范围内，推算外挑筏板的受力状态，从而判断外挑筏板配筋是否满足受力要求，以防止筏板发生破坏。
[0004]为了达到上述技术目的，本专利技术提供了一种桩筏基础外挑筏板受力计算方法，其特征在于包括以下步骤：
[0005](1)简化计算模型：假定外挑筏板是一个线弹性体，筏板与桩基及建筑物外墙刚接，所处地质条件水平分层，筏板下方基岩以上存在n层土；该结构简化为一悬臂结构，将外挑筏板顶部荷载简化为均布线荷载，荷载大小为土体的竖向自重应力，并将外挑筏板底部荷载简化为一组弹簧；建筑物基础的沉降量等效于筏板以下各层土体的压缩量之和；
[0006](2)根据步骤(1)中的计算模型计算外挑筏板顶部均布荷载系数；筏板顶面所受的均布荷载即为筏板上所覆填土的竖向自重应力，则筏板顶面所受的均布荷载系数即为筏板上所覆填土的竖向自重应力σ
z
，其计算公式如下：
[0007]σ
z
＝γh
①
[0008]式中：γ为外挑筏板上方填土重度；h为外挑筏板上方填土厚度；
[0009](3)根据步骤(1)中的计算模型计算外挑筏板底部均布荷载系数；
[0010]假定外挑筏板底部所受的力f与筏板下方各层土体压缩量之和S存在线性关系，便
将外挑筏板底部土体简化为一组弹簧，该组弹簧的线弹性系数k即为外挑筏板底部均布荷载系数，根据胡克定律，建立了筏板底部所受的力f与筏板下方各层土体压缩量之和S之间的关系：
[0011]f＝ks
②
[0012]根据土体固结沉降理论，筏板下方各层土体压缩量之和为S，即得到：
[0013][0014]式中：S
i
为外挑筏板下方第i层土体的压缩量；即
[0015]H
i
为外挑筏板下方第i层土体的厚度；
[0016]e
1i
为外挑筏板下方第i层土体压缩前的孔隙比；
[0017]e
2i
为外挑筏板下方第i层土体压缩后的孔隙比；
[0018]将公式
③
代入公式
②
得到外挑筏板底部所受的力f与外挑筏板下方第i层土体的厚度、第i层土体压缩前后的孔隙比的关系：
[0019][0020]式中：H
i
为外挑筏板下方第i层土体的厚度；
[0021]e
1i
为外挑筏板下方第i层土体压缩前的孔隙比；
[0022]e
2i
为外挑筏板下方第i层土体压缩后的孔隙比；
[0023]当筏板下方各层土体的空隙完全消失，即e
2i
＝0，此时筏板下方各层土体压缩量之和最大，即S＝S
max
，带入公式
③
得到：
[0024][0025]当外挑筏板下方各层土体压缩量之和最大时，即S＝S
max
，外挑筏板底部所受的力最大，即f＝f
max
；所受的力最大f
max
取此时筏板下方各土层的极限承载力P
u
中的最小值，即得到：
[0026]f＝ks
max
＝p
u
⑥
[0027]将公式
⑤
代入公式
⑥
得：
[0028][0029]在已知外挑筏板以下各土层的极限承载力p
u
中的最小值，外挑筏板以下第i层土压缩前的孔隙比e
1i
，外挑筏板以下第i层土的厚度H
i
，即可按照公式
⑦
确定土体对外挑筏板底部均布荷载系数k；
[0030](4)外挑筏板等效均布荷载计算；
[0031]以竖直向下为正，外挑筏板等效均布荷载为外挑筏板顶部均布荷载与外挑筏板底部均布荷载叠加，即有：
[0032][0033]将
①
、
⑦
式代入
⑧
式，得公式：
[0034][0035]按照公式
⑨
计算出外挑筏板等效均布荷载；
[0036](5)外挑筏板的受力计算；
[0037]由结构力学得到外挑筏板的弯矩M、剪力值V的计算公式：
[0038][0039][0040]将公式
⑨
带入公式
⑩
、式得到：
[0041][0042][0043]上式中：M为外挑筏板的弯矩；V为外挑筏板的剪力；
[0044]S为外挑筏板下方各层土体压缩量之和；
[0045]p
u
为外挑筏板以下各土层中极限承载力最小的值；
[0046]γ为外挑筏板上方填土重度，h为外挑筏板上方填土厚度；
[0047]l为筏板外挑的长度；H
i
为外挑筏板下方第i层土体的厚度；
[0048]e
1i
为外挑筏板下方第i层土体压缩前的孔隙比；
[0049]按照上述公式建立了筏板外挑结构内力与筏板下方各层土体压缩量之和的简化计算。
[0050]本专利技术进一步的技术方案：所述步骤(3)中由于基础发生沉降后，外挑筏板底部所受荷载为土体对外挑筏板底部的力，而土体压缩是一个随基础沉降的动态过程；假定基础的沉降量等于筏板下方各层土体压缩量之和；设筏板下方各层土体压缩量之和为s，外挑筏板底部所受的力f与筏板下方各层土体压缩量之和s有以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桩筏基础外挑筏板受力计算方法，其特征在于包括以下步骤：(1)简化计算模型：假定外挑筏板是一个线弹性体，筏板与桩基及建筑物外墙刚接，所处地质条件水平分层，筏板下方基岩以上存在n层土；该结构简化为一悬臂结构，将外挑筏板顶部荷载简化为均布线荷载，荷载大小为土体的竖向自重应力，并将外挑筏板底部荷载简化为一组弹簧；建筑物基础的沉降量等效于筏板以下各层土体的压缩量之和；(2)根据步骤(1)中的计算模型计算外挑筏板顶部均布荷载系数；筏板顶面所受的均布荷载即为筏板上所覆填土的竖向自重应力，则筏板顶面所受的均布荷载系数即为筏板上所覆填土的竖向自重应力σ
z
，其计算公式如下：σ
z
＝γh
①
式中：γ为外挑筏板上方填土重度；h为外挑筏板上方填土厚度；(3)根据步骤(1)中的计算模型计算外挑筏板底部均布荷载系数；假定外挑筏板底部所受的力f与筏板下方各层土体压缩量之和S存在线性关系，便将外挑筏板底部土体简化为一组弹簧，该组弹簧的线弹性系数k即为外挑筏板底部均布荷载系数，根据胡克定律，建立了筏板底部所受的力f与筏板下方各层土体压缩量之和S之间的关系：f＝ks
②
根据土体固结沉降理论，筏板下方各层土体压缩量之和为S，即得到：式中：S
i
为外挑筏板下方第i层土体的压缩量；即H
i
为外挑筏板下方第i层土体的厚度；e
1i
为外挑筏板下方第i层土体压缩前的孔隙比；e
2i
为外挑筏板下方第i层土体压缩后的孔隙比；将公式
③
代入公式
②
得到外挑筏板底部所受的力f与外挑筏板下方第i层土体的厚度、第i层土体压缩前后的孔隙比的关系：式中：H
i
为外挑筏板下方第i层土体的厚度；e
1i
为外挑筏板下方第i层土体压缩前的孔隙比；e
2i
为外挑筏板下方第i层土体压缩后的孔隙比；当筏板下方各层土体的空隙完全消失，即e
2i
＝0，此时筏板下方各层土体压缩量之和最大，即S＝S
max
，带入公式
③
得到：当外挑筏板下方各层土体压缩量之和最大时，即S＝S
max
，外挑筏板底部所受的力最大，即f＝f
max
；所受的力最大f
max
取此时筏板下方各土层的极限承载力P
u
中的最小值，即得到：
f＝ks
max
＝p
u
⑥
将公式
⑤
代入公式
⑥
得：在已知外挑筏板以下各土层的极限承载力p
u

【专利技术属性】
技术研发人员：朱胜祥，郑晓静，崔智勇，余小龙，王海林，肖锐，
申请(专利权)人：甘肃省公路交通建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：