PKPM的樁剛度是怎么確定的

1、一樁剛度的確定樁剛度是樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中一個(gè)極其重要的參數(shù)，這個(gè)參數(shù)直接影響著筏板底的反力的分布，進(jìn)而影響筏板和樁的內(nèi)力。沒有樁剛度這個(gè)參數(shù)，基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)是無法進(jìn)行的。筏板和樁的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，我們才可以使用有限元算法計(jì)算得到筏板的位移、內(nèi)力、配筋，進(jìn)而完成整個(gè)基礎(chǔ)模型的設(shè)計(jì)工作。（這段話非常重要，如果不捋清楚，設(shè)計(jì)師容易進(jìn)入“先有雞還是先有蛋”的矛盾）二手工指定樁剛度在設(shè)計(jì)工作中，樁的承載力、樁型、樁徑需要設(shè)計(jì)師根據(jù)地勘和建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理的樁，兼顧施工工藝、施工的方便性。對于樁剛度而言，現(xiàn)階段許多設(shè)計(jì)單位的經(jīng)驗(yàn)是取樁承載力的50100倍，與之對應(yīng)的，程序最容易理解的樁剛度輸入方法就

2、是手工指定?，F(xiàn)場具備條件的工程，可以根據(jù)試樁報(bào)告中的Q-S曲線計(jì)算，即“樁剛度=樁豎向承載力特征值（kN）/對應(yīng)的樁頂沉降（m）”，對于有經(jīng)驗(yàn)的工程師可以根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)指定樁剛度。手工指定的方式是唯一不需要輸入地質(zhì)資料確定樁剛度的方法，其他的兩種方法都涉及工程的地質(zhì)資料。注：本文提到的樁基規(guī)范皆指建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ 94-2008）三沉降反推樁剛度無論怎么講，“樁剛度=樁豎向承載力特征值（kN）/對應(yīng)的樁頂沉降（m）”這個(gè)等式是恒成立的，樁剛度沉降反推的估算方法也是根據(jù)這個(gè)式子，使用相應(yīng)的假定估算“樁豎向承載力特征值（kN）”和“樁頂沉降（m）”，進(jìn)而得到樁剛度。圖 1 “沉降反推”的

3、選項(xiàng)沉降反推，可以選擇樁頂壓力“整體平均”或“按樁承載力相對比例”（如圖1）。由于樁頂?shù)暮奢d分布情況在有限元計(jì)算之前是未知的，但無論如何，樁頂荷載都是上部結(jié)構(gòu)導(dǎo)下來的，所有樁的樁頂荷載之和就是上部荷載匯總的值。那假定這些樁均分了上部傳下來的荷載，也就是“整體平均”。用這個(gè)假定的荷載算出因此而產(chǎn)生的沉降；用假定的荷載/因此產(chǎn)生的沉降，即為樁的剛度?；谶@個(gè)假定，我們用假定下的荷載結(jié)合明德林算法得到沉降。具體的計(jì)算方法在之前的公眾號文章“ HYPERLINK /s?_biz=MzU4MDc2NzUzNw=&mid=2247487358&idx=1&sn=1d902e65bae3cd860f5639

4、6d0cf366d3&chksm=fd509520ca271c36aea1569f9605328be087e1883724c2098d6f87aab66adb00d6dcc2ec946f&scene=21 l wechat_redirect t _blank 單樁明德林算法，沉降為什么會是0？”詳細(xì)闡述了，這里建了一個(gè)簡單模型（如圖2），我們再過一遍。驗(yàn)證的模型定義了兩個(gè)樁，就是為了驗(yàn)證荷載的“整體平均”，單個(gè)樁沒有平均的說法。（a）（b）圖 2 （a）模型簡圖 （b）上部荷載情況附加荷載的計(jì)算（其實(shí)在參數(shù)里也可以選擇總荷載計(jì)算）m1=土重度被挖去土的體積=土重度基礎(chǔ)底標(biāo)高基礎(chǔ)底面積=203.

5、8（3.73.7）= 1040.44kNm2=1.0恒+0.5活 =587.93+287.9+（0.53.73.725）+10.9*4*0.5= 2244.5kN附加荷載：2244.5-1040.44=1204.06kN整體平均之后，每個(gè)樁的樁頂荷載就是1204.06/2=602.03kN用這個(gè)樁頂荷載計(jì)算配合明德林算法（如圖3），可以得到樁的沉降S=12.34mm（注意，這個(gè)沉降在程序中是看不到的，和計(jì)算結(jié)果中的沉降是兩碼事。這屬于沉降反推樁剛度的中間過程，畢竟在生成數(shù)據(jù)的時(shí)候就已經(jīng)出來了，而計(jì)算結(jié)果中的沉降需要完成受力分析和有限元計(jì)算，確定樁頂?shù)氖芰蠓娇傻贸?。）圖 3 明德林沉降計(jì)算器的

6、結(jié)果樁的剛度為“總荷載/樁數(shù)/沉降”= 2244.5/2/12.34 = 90944 kN/m（注意，樁剛度要用樁總的豎向承載力特征值而不是附加荷載，計(jì)算沉降才用附加荷載）與程序計(jì)算的基本一致（如圖4），誤差一般是程序數(shù)據(jù)類型差異導(dǎo)致的。圖 4 沉降反推樁剛度的計(jì)算結(jié)果樁頂壓力按樁承載力相對比例和“整體平均”唯一區(qū)別就是荷載的分布，整體平均假定所有樁均勻分配上部傳來的荷載，該方法則是按樁承載力相對比例分配上部傳來的荷載。關(guān)于沉降和樁剛度的計(jì)算方法是一樣的，這種情況的樁剛度計(jì)算就不再展開了。四附錄C計(jì)算樁剛度先說理論，樁基規(guī)范5.7.4、5.7.5和附錄C都是圍繞m法進(jìn)行水平承載力與位移的計(jì)算，

7、這個(gè)方法全稱是“采用地基系數(shù)進(jìn)行分析的冪級數(shù)法”。我們國家胡人禮教授較早系統(tǒng)求解和整理了這個(gè)方法，思路是假定土體為彈性變形介質(zhì)，且有沿深度成正比增長的地基系數(shù)，再采用冪級數(shù)解法求解樁的彈性變形微分方程，進(jìn)而求解水平承載力與位移。關(guān)于m法詳盡的推導(dǎo)和計(jì)算過程在胡人禮教授的著作橋梁樁基礎(chǔ)分析和設(shè)計(jì)中有闡述，完全讀懂這本書需要非常扎實(shí)的數(shù)學(xué)基本功和強(qiáng)大的計(jì)算能力，進(jìn)行m法的推導(dǎo)也有同樣的要求，這里不展開。我只是想說，樁基規(guī)范的這段計(jì)算在使用起來繁瑣不堪是有原因的，前輩總結(jié)推導(dǎo)的理論確實(shí)很難用簡單寥寥幾句概括。這截圖書里一小段推導(dǎo)過程（如圖5），大家可以感受一下理論的硬度。除了m法之外，這本書對樁基礎(chǔ)

8、的其他樁基的理論都有很好很強(qiáng)的分析，如果有時(shí)間也推薦大家看看。圖 5 橋梁樁基礎(chǔ)分析和設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)計(jì)師作為規(guī)范的使用者可以直接使用或者是參考規(guī)范的計(jì)算方法，這次也展開闡述程序是怎么用附錄C計(jì)算樁剛度的。還是這個(gè)簡單的模型（如圖6），地質(zhì)資料仍然全是填土，這次只布置一個(gè)36.5米的樁方便計(jì)算。根據(jù)樁基規(guī)范5.7.4和132頁的附表C.0.3-2，我們可以得到拉壓剛度和抗彎剛度的計(jì)算式（發(fā)生單位豎向位移時(shí)，對應(yīng)的豎向力既是受壓剛度；發(fā)生單位轉(zhuǎn)角時(shí)，對應(yīng)的彎矩既是彎曲剛度）。剩下的問題就是各個(gè)參數(shù)的確定了。圖 6 樁剛度按附錄C計(jì)算的試算模型圖 7 樁基規(guī)范附錄C.表C.0.3-2五拉壓剛度計(jì)算E=

9、30000 N/mm2 h=36.5 m A=A_0=d2/4 =0.1963 m2 _N 是查表得到的0.75，根據(jù)樁基規(guī)范附錄C.0.2-6， m 的計(jì)算參看樁基規(guī)范附錄C.0.2-3和附錄C.0.2-1，因?yàn)檫@個(gè)模型每層土都是一樣的，相當(dāng)于沒有分層土，所以參照5.7.5取35100的中間值m=67.5 。 C_0=mh =67.5 36.5 =2463.75將各個(gè)參數(shù)帶入公式，可以得到樁的拉壓剛度_NN=227.690 MPa計(jì)算結(jié)果與程序一致。圖 8 拉壓剛度的計(jì)算結(jié)果六抗彎剛度計(jì)算抗彎剛度的計(jì)算稍復(fù)雜，但也是根據(jù)規(guī)范一步一腳印推導(dǎo)得到的。圖 9 樁基規(guī)范附錄C.表C.0.3-1_MM

10、、_HH、_MH 的計(jì)算原理在橋梁樁基礎(chǔ)分析和設(shè)計(jì)中詳細(xì)闡述了，這里只聊計(jì)算過程。 的計(jì)算：根據(jù)樁基規(guī)范的5.7.5-1得到其中EI需要參考樁基規(guī)范5.7.2-4、5.7.2-6_E 是鋼筋的彈性模量與混凝土彈性模量的比值、_g是樁身配筋率默認(rèn)取0.4%由于h=36.52.5/=2.5/0.988，所以K_h=0根據(jù)續(xù)表C.0.3-5 及其注釋，取h =4.0，即可得到（B2D4-B4D3）等各項(xiàng)查表值帶入計(jì)算之后，_MM=118.069MPa，與程序吻合。圖 10 抗彎剛度的計(jì)算結(jié)果圖 11 程序拉壓剛度、抗彎剛度根據(jù)附錄C的計(jì)算結(jié)果七結(jié)論我們明確樁剛度的重要作用，最好的確定樁剛度的方式肯定是現(xiàn)場試樁實(shí)驗(yàn)；程序也也尊重工程經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)師具備經(jīng)驗(yàn)時(shí)可以手動確定樁剛度的值并輸入。最后，程序也提供了依靠明德林沉降和樁基規(guī)范附錄C的兩種計(jì)算方法，這兩種