连续配筋混凝土路面混凝土灌注桩锚固分析

连续配筋混凝土路面混凝土灌注桩锚固分析 连续配筋混凝土路面混凝土灌注桩锚固分 析 张洪亮等:连续配筋混凝土路面混凝土灌注桩锚固分析?7? 连续配筋混凝土路面混凝土灌注桩锚固分析水 张洪亮方锐 (长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710064)(杭州市公路管 理局浙江杭州310004) 摘要混凝土灌注桩是连续配筋混凝土路面常用的端部锚回结构之一,将其视作群 桩,考虑桩 的相互影响效应和桩预约束效应,用分项综合效应系数法计算其横向承载力.最后, 提出了混凝土灌 注桩的设计方法和设计步骤. 关键词连续配筋混凝土路面端部锚固灌注桩设计 连续配筋混凝土路面(简称CRCP)指面层内配 置纵向连续钢筋和横向钢筋,横向不设缩缝的水泥混 凝土路面,在国外已广泛用于高速公路.截至1998 年,美国的CRCP总里程超过了4.5万km.在 CRCP与桥头或其它种类路面相接处,必须设置锚固 结构.如图1所示的混凝土灌注桩是CRCP常用的端 部锚固结构之一. 连续配筋混凝土路面普通混凝土路面 JA:..A/l一一——一—— fI一一——,——j1]I..... A—A断面大样 图1混凝土灌注桩示意图 本文将CRCP端部混凝土灌注桩视作群桩,考虑 群桩效应计算横向承载力,并对其设计方法进行研究. 1边界条件假定 (1)路面自重,车辆荷载等全部由路面下路基 承担,即桩顶不承受竖向荷载. (2)忽略桩底摩阻力的影响,桩底边界条件视 为弹性支承. (3)端部锚固区域内路面与路基之间的摩阻力 忽略不计. 2单桩横向承载力确定 ,可按式(1) 当桩顶水平位移的允许值为u.时 计算桩顶自由时单桩横向承载力 Ho=0.4lotE0—0.665otMo(1) 式中为桩顶承受的弯矩,kN?m;Ot为桩的变形 系数,:6/;E为桩身材料的弹性模量, MPa;,为桩身截面惯性矩,,='rrd/64,d为桩径, m;m为"m"法中土的m值,MPa/m;b.为桩的计 算宽度,bl=j}r?k0?k?d,:0.9,k0=1+1/d,k 爿c国家自然科学基金项目"连续配筋混凝土路面设计理论与方法 研究"(59778047). 张洪亮,男,副教授,博士后. :1[. 若Mo=0,式(1)可简化为 Ho=0.4lot剧0(2) 配筋率较低的钻孔灌注桩往往在桩头位移较小 (3,6mm)时,桩身已开裂.出于安全考虑,u. 可取为3mill,也可以通过试验确定. 3群桩效应 3.1桩的相互影响 CRCP端部灌注桩由于在垂直于荷载(指CRCP 端部锚固力)方向间距较宽(大于2.5d),而且该方 向对桩间的相互影响不大,所以可忽略垂直荷载方向 桩间的相互影响,桩的相互影响效应系数按式 (3)计算 ( …r/ i ' 式中s/d为沿荷载方向桩的中心距与桩直径之比; n为沿荷载方向每排桩的桩数. 3.2桩顶约束效应 桩顶与路面之间的连接为介于嵌固与铰接(自 由)之间的有限约束.若桩顶自由与桩顶非完全嵌固 状态下位移均为Yo,自由状态下剪力为,最大弯 矩为;非完全约束状态下剪力为,最大弯矩 为.设桩顶约束效应系数叼=,,to/Co,弯矩比 R=/.按m法求得叼,,R值,见表1[43. 表1桩顶约束效应影响表 注:换算深度h=,h为桩的入土深度,Ot为桩的变形系数 3.3综合群桩效应系数和横向承载力 综合群桩效应系数计算公式如下 =叩i?,r/(4) 则群桩横向承载力H为 H=r/H?/7,?Ht(5) 式中为单桩横向承载力. 4设计方法与步骤 混凝土灌注桩端部锚固设计可按以下步骤进行: (1)按单车道计算端部锚固力F. (2)拟定桩径,桩长,桩距.CRCP端部锚固桩 ? 8?路基工程2009年第4期(总第145期) 路基沉降计算中的邓肯双曲线模型推导木 毕庆涛'丁树云,. (1,河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098; 2,华北水利水电学院资源与环境系河南郑州450011;3,南京水利科学研究院土工研究所江苏南京210024) 摘要邓肯模型能较好地反映土体的非线性特征,且概念清楚,参数测定容易,被广泛应用于路 基沉降预测领域.模型中的应力应变关系表达式是双曲线形式.很多工程实践者从应力应变表达式上看 不出其双曲线性关系,理解上出现困难.论文对这一问题进行了探讨,推导出模型的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 双曲线方程. 关键词邓肯模型双曲线路基沉降 0引言 邓肯依据常规三轴试验结果提出了双曲线模型. 经过大量的工程实践证明,模型能较好地反映土体的 非线性特征,且概念清楚,参数测定容易.在岩土工 程特别是路基沉降预测中,邓肯模型得到了广泛 应用…一. 模型中比较重要的概念就是用双曲线拟合轴向应 力差与轴向应变的关系表达式.关于(or一cr3)一 8.的表达见式(1),除了张学言教授在文献[2]中 提到通过坐标变换可将其化为标准双曲线形式外,其 具体过程并未给出,一般土力学和塑性力学教材中也 是一笔带过,有些人在理解时出现了困难:式(1) 怎么会是双曲线形式呢?为何坐标变换能得到标准的 双曲线方程呢?查阅了大量文献,未见回答.问题的 答案虽然简单,但如不加以推导,初学者很难想像. 有鉴于此,笔者从数学的角度对其公式进行了推导, 通过坐标变换,将公式化为标准的双曲线形式,以期 解决工程实践者的困惑. 国家自然科学基金雅砻江重点项目(50639050). 毕庆涛,男,博士研究生. 1邓肯模型简介 邓肯模型建模的大致思路是,将主应力差.一 or,与轴向应变的关系拟合为 O"l一,:(1)一,L 因为 结合式(1),式(2)可得 E= d(orl—or3)0 d1一(t/.+be1)一 (2) 一 , Ikl1一b(,一3)l(3) t/, 式(3)表明,只要知道了a,b,模型表达式就 可确定了.又因为o,b与围压有关,所以a,b的确 定还需要进一步分解,具体的分析可参考土力学教 材,这里就不详叙了. 邓肯模型中最基础的关系就是式(1),这个关系 是借用RobertL.Kondner于1963年发表在JSMFD上的 一 篇文章中总结的应力应变关系式.这个关系式几何 桩径一般为40cm左右,钻(挖)孑L桩的摩擦桩中心 距不得小于2.5倍的成孔直径,支承或嵌固在岩层的 柱桩不得小于2.0倍的成孔直径(矩形桩为边长), 桩的最大中心距一般也不超过5,6倍桩径.桩的 有效深度z=4.0/or,所以取桩长Z为z收尾以后得到 的整数值. (3)由允许位移确定单桩横向承载力. (4)确定群桩的根数.先假定单车道群桩的根 数,计算群桩承载力日,最终试算确定出满足日?, 的单车道群桩的最少根数n. (5)计算单桩承受的弯矩.群桩中离CRCP端部 最近的那根桩承受的剪力近似为.此时单桩的边界 条件为:上部仅承受横向荷载,下部为弹性支承, 桩底弯矩 M^:一?C010(6) 式中为桩底转角;Io为桩底面积对其重心轴的 惯性矩;C.为基底土的竖向地基系数.根据文献[5] 求出桩底自由时桩身的最大弯矩进而可求出非 完全约束时的最大弯矩 (6)依据进行单桩配筋设计.为施工与计算 方便,各桩均可根据进行相同的配筋设计. 5结论 作为CRCP常用的端部锚固结构之一的混凝土灌 注桩可视作群桩,并考虑桩的相互影响效应和桩顶约 束效应,用分项综合效应系数法计算其横向承载力. 设计方法简便实用,有助于推动CRCP在我国公路工 程的应用. 参考文献: [1]NCHRP1—37A.Guideformechanistic—empiricaldesignofnewandreha. bilitatedstructures.Finalreport,2004. [2]顾晓鲁,钱鸿缙,刘惠珊等.地基与基础[M].中国建筑工业出版社, 2005.6. [3]徐和,徐敏若,郑春生.单桩横向承载力试验研究[J].岩土工程学 报,1992,14(3):20—25. [4]刘金砺.群桩横向承载力的分项综合效应系数计算法[J].岩土工程学 报,1992,14(3):9—19. [5]凌治平.基础工程[M].人民交通出版社,1997.10. 收稿日期:2008—06—04