两种水平地震作用下基桩受力的比较分析
桩基水平承载力分析
桩基水平承载力分析孔繁力场地地勘成果场地地层上部主要由素填土组成，其下为粉质粘土、风化花岗岩。
推荐各层地基土的承载力特征值如下：①压实素填土，中密、密实。
f ak=200kPa；厚度1m①1压实素填土稍密。
f ak=120kPa；厚度0.50m①2压实素填土，松散。
f ak=80kPa；厚度0.50m②粉质粘土，可塑，f ak=160kPa；厚度3m③粉质粘土，硬塑f ak=200kPa；厚度5m④花岗岩，全风化，f ak=300kPa；厚度3m⑤花岗岩，强风化，f ak=500kPa；厚度5m⑥花岗岩，中风化，f ak=1500kPa；一、微型桩桩基水平承载力计算原则上需要进行桩基水平承载力工程桩实验，进行确定桩基水平承载力特征值。
但是，由于本课题需要进行普适性研究，所以采用规范计算法，计算确定单桩水平承载力特征值。
根据《建筑桩基技术规范》JGJ 94－2008第5.7.3条，群桩基础（不含水平力垂直于单排桩基纵向轴线和力矩较大的情况）的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应，可按下列公式确定：R h＝ηh R ha（5.7.3-1）考虑地震作用且 s a/d≤6 时：ηh＝ηiηr＋ηl（5.7.3-2）（5.7.3-3）其中，ηl——承台侧向土抗力效应系数ηr桩顶约束效应系数（桩顶嵌入承台长度 50～100mm 时），按表 5.7.3-1 取2.05表 5.7.3-1 桩顶约束效应系数ηr按9桩承台、桩距1m 考虑，n1=n2=3 沿水平荷载方向的距径比s a /d=3.333 代入后经计算，群桩效应综合系数ηh =2.089（5.7.2-1）α——桩的水平变形系数，按规范第 5.7.5 条确定（5.7.5）式中 m ——桩侧土水平抗力系数的比例系数；按100取值。
b 0——桩身的计算宽度(m)；圆形桩：当边宽 d ≤1m 时，b 0＝0.9*(1.5*d+0.5)=0.855x 0a ——桩顶（承台）的水平位移允许值，当以位移控制时，可取 x 0a ＝10mm （对水平位移敏感的结构物取 x 0a ＝6mm ）这里取10mm表 5.7.5 地基土水平抗力系数的比例系数 m 值注：1当桩顶水平位移大于表列数值或灌注桩配筋率较高（≥0.65%）时，m 值应适当降低；当预制桩的水平向位移小于 10mm 时，m 值可适当提高；2当水平荷载为长期或经常出现的荷载时，应将表列数值乘以 0.4 降低采用；3当地基为可液化土层时，应将表列数值乘以本规范表 5.3.12 中相应的系数ψl。
桩土相互作用论文：桩基础水平承载力性能研究
桩土相互作用论文：桩基础水平承载力性能研究【中文摘要】随着人类社会的不断进步、经济的高速发展,资源和环境问题也就日益凸现,如何更加有效地利用有限的资源和空间也就摆在了工程设计者的面前。
正因为如此,人类也在不断地突破原有建筑物的高度,各种高层和超高层建筑更如雨后春笋般出现,这就对高层和超高层建筑的基础提出了更高的要求。
一般的浅基础难以满足承载力和变形的要求,再加上有些软弱土层又难以提供足够的承载力。
桩基础以其优异的承载力性能,正成为越来越多建筑物首选的基础形式。
以往工程设计者们只是把桩作为一种受压构件看待而忽略了桩体做为一种受弯构件在建筑物中的所起的作用。
然而,在实际工程实践中,有很多桩基础会受到很大的水平推力,在某些情况下水平力甚至会成为控制性因素。
例如:地震荷载作用下的桩基础、承受风浪作用的码头桩基、公路桩基础、上部结构起拱、堆土产生的水平推力等。
桩基础在横向荷载作用下的承载力性能实质上是桩土之间的相互作用。
近年来,桩基础水平承载力不足造成的重大工程事故更是层出不穷,这些工程事故让人们不得不开始审视和反思现有的设计模式。
本文将依托一个因上部结构起拱而对桩基础产生很大水平推力的桩基础实际工程和针对这种情况而进行的单桩水平静载试验。
笔者运用ANSYS有限元软件模拟单桩和群桩在水平荷载作用下的工作性能,找出影响单桩和群桩水平承载力的因素。
本文关注的影响因素主要有:不同的水平荷载、桩长、桩径、桩体弹性模量、土体弹性模量、土体泊松比、土体粘聚力、土体摩擦角、桩头自由和约束、竖向荷载等。
在实际工程实践中桩基础的水平静载试验是确定桩基础水平承载力最可靠的方法,然而由于技术条件所限和试验经费过高等原因工程设计者往往进行的是单桩水平静载试验而很少采用群桩水平承载试验,然而实际工程中高层和超高层建筑的基础一般都是以群桩的形式出现,如何根据单桩水平静载试验结果求出群桩的水平承载力是每个工程设计者必须面对的问题,同时也是进行群桩设计的重要依据,本文正是基于解决这一工程实践问题和矛盾。
地震作用下混凝土灌注桩受力性能分析
地震作用下混凝土灌注桩受力性能分析桩基础使用历史久远，早在新石器时代，人们就使用木桩在湖泊沼泽修筑房屋。
有关桩基础的理论研究也有近百年的时间，而随着城市发展，城市用地日益紧缺，各种高、深建筑物的不断出现，对地基基础提出了更高的要求。
混凝土桩是埋入土层的柱型构件，桩的地震反应既与桩周、桩端土层地震反应有关，也与上部结构自身的动力反应有关，因此，研究地震作用下桩基础的动力特性变得十分复杂和困难。
近几十年来，通过对历次强震观测和震害调查表明，桩基础的破坏主要有液化破坏、剪切破坏和桩帽脱落破坏三种基本形式。
而现行设计规范对于桩基础的抗震设计，主要依赖于经验，有待于进一步分析研究，因此，地震作用下桩土承台的动力特性已成为桩基研究的新方向。
2 分析方法与基本理论传统桩基抗震计算都是将地基假定为刚性，作用在基底的地震荷载视为静定力，进行基础验算。
此种方法沿用静定分析方法，忽略上部结构、桩、土之间的相互作用。
地震作用下桩——土——结构的动力相互作用分析是桩基抗震研究的主要内容。
有限元法（FEM）数值分析方法已成为科学研究和工程设计人员在分析解决复杂问题时主要使用的方法。
目前比较流行的商业有限元专业软件主要有ANSYS、SAP、ADINA、FLAC、PLAXIS、CRISP、MARC 以及我国自行开发的在线有限元程序自动生成软件FEPG等，它们各有各的优缺点和适用领域，而ANSYS是其中世界公认的应用最广泛功能最强大的有限元软件。
ANSYS提供了强大的动力计算分析功能、结构非线性静力，包括几何非线性、状态非线性和材料非线性计算模块。
在本文的有限元分析模型中，就考虑混凝土、桩周土层等材料的非线性和桩土接触状态的非线性。
在ANSYS中建模时，首先要对所研究的对象选择能够准确反映其本构关系的单元类型。
群桩的研究对象是由钢筋混凝土承台和桩以及周围的土体构成的。
基桩和土体皆选用*****（轴对称）四节点单元，在建立模型时起到辅助作用，*****单元用于桩、土、承台单元，用TARGE 170和*****4接触单元来建立桩土之间非线性接触。
桩的水平承载力与位移全文
精选全文完整版（可编辑修改）8.5 桩的水平承载力与位移建筑工程中的桩基础大多以承受竖向荷载为主，但在风荷载，地震荷载，机械制动荷载或土压力、水压力等作用下，也将承受一定的水平荷载。
尤其是桥梁工程中的桩基，除了满足桩基的竖向承载力之外，还必须对桩基的水平荷载进行验算。
8.5.1 水平荷载下基础的受力特性在水平荷载和弯矩的作用下，桩身产生挠曲变形，并挤压桩侧土体，土体对桩侧产生水平抗力，而桩周土体水平抗力的大小则控制着竖直桩的水平承载力，起大小和分布与桩的变形、土质条件以及桩的入土深度等因素有关。
在出现破坏以前，桩身的水平位移与土的变形是协调的，相应地，桩身产生内里。
随着内里与位移的增大，对于低配筋率的灌注桩而言，通常桩身首先出现裂缝，然后断裂破坏；对于抗弯性能好的混凝土预制桩，桩身虽未断裂，但桩侧土体明显的开裂与隆起，桩的水平位移将超出建筑物的容许变形值，使桩处于破坏状态。
影响桩水平承载力的因素很多，但桩的断面尺寸、刚度、材料强度、入土深度、间距、桩顶嵌固程度以及土质条件以及上部结构的水平位移容许值等。
实践证明，桩的水平承载力远比竖向承载力要低。
桩的刚度与入土深度不同，其受力及破坏状态也不同。
根据桩的无量纲入土深度αh（α为桩的水平变形系数，见式（8.28）），通常可将桩分为刚性桩（αh ≤2.5）和柔性桩（αh≥2.5）。
刚性桩入土较浅，而表层土的性质一般较差，桩的刚度远大于土层强度，桩周土体的水平抗力较低，水平荷载作用下整个桩身易被推倒或发生倾斜（图8.15（a）），故桩的水平承载力主要由桩的水平位移和桩身倾斜控制。
桩的入土深度愈大，土的水平抗力也就愈大。
柔性桩为细长的杆件，在水平荷载作用下，将想成一段嵌固的地基梁，桩的变形如图8.15（b）所示。
如果水平荷载过大，桩身土中某处将产生较大的弯矩值而出现桩身屈服。
因此，桩的水平承载力将由桩身水平位移和最大弯矩值所控制。
确定单桩水平承载力的方法，以水平静载荷试验最能反映实际情况，所得到的承载力和地基土的水平抗力系数最符合实际情况，若预先埋设量测元件，还能放映出加荷过程中桩身截面的内里与位移。
[最新]水平承载力与位移,群桩基算
![[最新]水平承载力与位移,群桩基算](https://img.taocdn.com/s3/m/004c8053168884868762d685.png)
当各桩的荷载相同、 沉降相等、且桩距 大于3～3.5倍桩径 时，群桩的沉降量 几乎等于单桩的沉 降量。
端承型群桩基础
2.摩擦型群桩基础
摩擦桩在竖向荷载作用下群桩的作用与孤立单桩 是有显著差别的。作用在摩擦桩上的荷载是通过桩侧 阻力传递的。由于摩擦阻力的扩散作用，群桩中各桩 传递的应力互相重迭，以致桩端平面处的附加应力大 大超过孤立的单桩，且附加应力影响的深度和范围也 比孤立的单桩大得多，群桩的桩数越多，这种影响越 显著。因此摩擦桩中各桩所受荷载与孤立单桩相同时， 群桩的沉降量比单桩要大。如果不允许群桩的沉降量 大于单桩的沉降量，则群桩中的每一根桩的平均承载 力将小于单桩的承载力。这种基桩的承载力和沉降性 状与相同地质条件和设置方法同样的单桩有明显差别 的现象称为群桩效应。由上述可见，群桩效应主要针 对摩擦桩而言。
桩基，宜考虑桩群、土、承台的相 互作用效应，其复合基桩竖向承载 力设计值为：
R Q Q Q s sk s p pk p c ck c
R sp Quk sp c Qck c
Qck qck Ac n
R—单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值； QCK—相应于任意一基桩的承台底地基土 的总极限阻力 标准值； qck—承台 底下等于承台半宽的深度（≤5m）范围内地 基的极限阻力标 准值； Ac—承台底地基土的净面积； γs 、γP 、γsP 、γ c —桩侧 阻、桩端阻 、桩侧阻端阻综合抗力及 承 台 底地基土的抗力分项系数，表8-16值； ηs 、η
按加荷方式的不同，试验方法有多循环加卸载法和分 级连续加载法两种，前者用于承受反复作用水平荷载的桩 基，后者用于承受长期水平荷载的桩基。详见《建筑桩基 技术规范》（JGJ94-94）。
地震荷载下桩土相互作用简化计算方法及参数分析
1 简化模型及分析方法
1. 1 分析模型 在 以往的研究中, 桩土相互作用的分析模型
主要有 3 种: 动力W ink ler 地基上的梁模型、梁和 波动场模型以及有限元模型[3]. 3 种模型中由于 动力W ink ler 地基上的梁模型力学概念清楚, 简 单 实用, 易于被工程人员接受而被广泛运用. 本 文拟采用这一模型, 将桩离散为梁单元, 在节点处 考虑水平位移和转角, 将桩体的质量集中在节点 处. 土体由离散的弹簧 2阻尼器系统代替, 简化模 型见图 1.
地震荷载下桩土动力相互作用的动力反应由 于涉及到场地条件、桩体本身的特性以及输入的 地震动特性等, 属于多因素多水平问题, 因此就不 同的参数进行敏感性分析是有必要的. 针对此问 题 Gazeta s 曾在频域内进行了详细的研究[9], 本文 的工作则在时域内进行.
仍 取端承单桩为研究对象, 选择桩土弹模比 E p E s、桩的长径比 L D 和输入地震动水平 ai g
肖 晓 春1, 迟 世 春1, 林 皋1, 约翰·艾法罗2
( 1. 大连理工大学 土木工程系, 辽宁 大连 116024; 2. 康乃尔大学 土木与环境工程系, 纽约 伊萨卡 10543 )
摘要: 针对水平地震荷载下桩土相互作用体系, 建立了简化计算模型. 与有限元分析结果对
比验证了简化模型的有效性, 并运用此模型就桩土弹模比、地震动输入以及桩的几何特性进 行了参数敏感性分析. 对计算结果的统计分析表明, 桩土弹模比对桩土动力相互作用的影响 较为显著.
(7)
i = 1, 2, …, 8; Νi, Γi, Φi = ± 1
P 1 = 1 - Ν2, P 2 = 1 - Γ2, P 3 = 1 - Φ2 (8) 在单元刚度组装为总刚度矩阵前将内部节点自由
地震作用下桩基础简化计算方法
计算地震作用下桩基所受荷载的方法有两种： 加在上部结构的侧向力引起的 静载荷载地震作用下地面运动引起沿桩长度方向的动载， 这里假设上部结构所受 惯性力为零。这些简化方法虽然适用于弹性阶段和弹塑性阶段桩基的抗弯性评 价，但不适用于耦合荷载条件下对桩基作用的影响。因此，在本文中，通过静态 加载或侧向土压力对单桩或群桩的作用分析得到的基于“p-y”地基反应的简化 模型。 该数学模型是由 Liyanapathirana 和 Poulos 在 2005 年提出的一个简化静态分 析方法的基础上推导出来的， 该模型考虑了单桩的作用包括桩基对上部结构的作 用和桩于土体的相互作用的影响。 该问题在原理上于静载诱发地面运动相类似（图 1） ，即使有其他复杂的特 殊情况也应该与其相一致（Poulos 2006） 。
图 3 群桩下 p-y 效应
p( z )
y p ( z) y ( z) 1 p Esi ( z ) plim ( z )
（1）
其中，Esi 表示水平面地基反应初始模量，y p 表示桩的横向挠曲[L]，p 和 plim 分别表示运动时和沿桩长每单位长度的水平土体反映 FL1 。因此，每个单元的
影 响 （ Gazetas 1984; Tazoh et al.1988;Masayuki and Shoichi 1991; Kavvadas and Gazetas 1993;Mylonakis 2001） 。依据欧洲规范第五部分，桩的设计应满足两种加 载条件： （a）上部结构的惯性力以轴力、剪力和弯矩的形式作用在桩顶上。 （b）土体的变形由地震波引起，地震波可影响桩身的弯曲和横向变形。 现已有丰富的经验规范利用等效静态分析分析静载作用下桩的响应（a 类） ， 没有明确可行的方法或程序计算预测动载作用下桩的变形和弯矩（b 类） 。 考虑到这两种荷载形式的来源，Abghari 和 Chai(1995)提出了一种基于沿桩 身每个节点的自由场地土体位移分析方法。 这些位移通过单独的自由场地的响应 分析得到。 通过上部结构质量和加速度反应谱得到作用于桩上的惯性力。这些力 作为静载施加在桩顶上。 同样的，Tabesh 和 Poulos(2001)提出了桩受水平向地震作用时估计所受最大 内力的简单分析方法。 该方法需要估计由地震作用引起的自由场地土体位移的最 大值，例如，著名的计算机程序 SHAKE（Schnalbel et al.1972）或相似的程序并 分析在桩顶加上一个静载作用下桩的自由场地土体静位移响应（图 2） ，这取决 于结构的最大加速度反应谱。
不同地震力作用方向下结构内力比较
不同地震力作用方向下结构内力比较发表时间：2015-11-06T17:24:18.980Z 来源：《基层建设》2015年16期作者：范玲吴凤珍付增[导读] 1.新加坡林同棪国际有限公司郑州代表处2.河南化工职业学院2.中铁隧道勘测设计院有限公司在地震分析设计中，地震输入角度不同，结构的内力反应也不同，地震的作用方向对于结构的分析设计尤为重要。
1.范玲新加坡林同棪国际有限公司郑州代表处2.吴凤珍河南化工职业学院2.付增中铁隧道勘测设计院有限公司 450008摘要：在地震分析设计中，地震输入角度不同，结构的内力反应也不同，地震的作用方向对于结构的分析设计尤为重要。
本文通过实际模型，对模型输入不同方向的地震力，得到相同位置的构件内力，并进行比较，得出内力最大的地震输入角度。
关键词：地震力输入角度；地震波；地震作用；振型分解反应谱1．引言近几年地震不断的出现，对人们的生活和工作带了不可扭转的破坏，地震的发生具有不确定性，是不可预见的。
在地震中，地震波的扭转效应得不到有效的记录，这对地震设计及预防带来一定的难度。
到目前为止，地震的设计还没有完全做到科学、准确，那么在地震分析时要采用不同的设计分析方法，尽可能的做到合理、科学，地震力的设计不能盲目的依赖于计算，概念设计也非常重要，确定地震力最大方向也是非常重要的。
地震力沿着不同的作用方向，结构的地震反应也各不同，大小不一，那么也必然存在着某个角度使结构的地震反应最大，即结构的最不利的地震作用方向。
结构的地震反应是一个关于地震的作用方向角的函数，存在着某个角度使结构的地震反应最大。
对于进行地震作用分析的结构，只要求出了各振型纯X方向地震效应值Six，以及纯Y方向地震效应值Siy，便可由此得到矩阵S，得到任意 方向的地震效应组合值S( )[1], 从而找出构件地震作用的最大方向。
地震分析中，常用的地震方法主要有静力分析法、反应谱分析法、弹性时程分析法、弹塑性时程分析法和地震试验台模拟分析法。