一种h型桩荷载计算方法与流程

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种h型桩荷载计算方法。

背景技术：

h型桩是排架桩进一步发展的成果，差别仅在于门型桩后桩横梁上部多增加了悬臂段，通常滑坡推力不变情况下，该悬臂段传递给下部结构的内力、位移是恒定不变的。

现有关于h型桩的研究主要集中于以下几个方面，包括抗滑作用机理、结构抗推性能、受荷段桩土作用、结构与桩间土参数敏感性分析、结构解析解计算理论、空间土拱效应等。

在受荷段桩土作用研究中，桩间土对前后桩作用力的大小和分布形状是研究的重中之重，就目前提出的就有三角形分布、正/倒梯形分布、矩形分布等几种结论，各学者结论多基于所研究的特定模型提出，缺乏较一致性的结论。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种h型桩荷载计算方法，本发明所述计算方法直接提出了h型桩的荷载结构技术模型，可直接用于h型桩结构设计。

本发明通过下述技术方案实现：

一种h型桩荷载计算方法，包括以下步骤：

1)、h型桩受力分解：将h型桩的荷载分解为后桩前侧土压力t21、前桩后侧土压力t22、前桩前侧土压力t3和后桩后侧土压力t1；

2)、将分解后的土压力单独进行分布形状分析：将土压力t21的分布形状简化为三角形和梯形分布，其中三角形分布高度0.2h12，0.2h12为后桩的锚固面至横梁的高度，将土压力t22的分布形状简化为三角形和梯形分布，其中三角形分布高度0.2h1，h1为前桩的悬臂高度，将前桩前侧土压力t3的分布形状简化为三角形和矩形分布，其中三角形分布高度0.3h1，h1为前桩的受荷段高度；将后桩后侧土压力t1的分布形状简化为矩形分布或三角形分布。

在本领域中，前桩的悬臂高度与前桩的受荷段高度是同一个概念，如图5所示。

本发明所述计算方法具有可行性和普遍性，通过将h型桩的荷载进行受力分解，将各个受力部分的分布形状简化分析，直接提出了h型桩的荷载结构技术模型，可直接用于h型桩结构设计，有利于h型桩这一新型结构的推广应用，具有较好的经济社会效益。

进一步地，根据土压力t21的分布形状，得出后桩前侧抗力强度σhq(z)的数学表达式：

式中为库伦被动土压力系数；

α为桩体面壁的倾斜角度，桩身一般竖直α取0；β为桩后土体面的倾角度；δ为土体对桩壁的外摩擦角；γ为土体重度，为土体内摩擦角。

k0——静止土压力系数，为土体的有效内摩擦角。

进一步地，根据土压力t22的分布形状，得出后桩前侧抗力强度σqh(z)的数学表达式：

式中为库伦被动土压力系数；

为库伦主动土压力系数；

α为桩体面壁的倾斜角度，桩身一般竖直α取0；β为桩后土体面的倾角度；δ为土体土桩壁的外摩擦角；γ为土体重度，为土体内摩擦角。

进一步地，根据土压力t3的分布形状，得出后桩前侧抗力强度σqq(z)的数学表达式：

式中为库伦被动土压力系数；

α为桩体面壁的倾斜角度，桩身一般竖直α取0；β为桩后土体面的倾角度；δ为土体对桩壁的外摩擦角；γ为土体重度，为土体内摩擦角。

进一步地，后桩后侧的抗力强度采用传递系数法或库伦主动土压力理论计算。

后桩后侧的抗力强度是根据本行业有关规定设计。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明所述计算方法具有可行性和普遍性，通过将h型桩的荷载进行受力分解，将各个受力部分的分布形状简化分析，直接提出了h型桩的荷载结构技术模型，可直接用于h型桩结构设计，有利于h型桩这一新型结构的推广应用，具有较好的经济社会效益。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是h型桩的结构示意图；

图2是后桩前侧桩前抗力简化图形；

图3是前桩后侧桩后推力简化图形；

图4是前桩前侧桩前抗力简化图形；

图5是h型桩几何参数示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-前桩，2-横梁，3-后桩，4-滑移面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图4所示，图1是h型桩的结构示意图，在图1中，h型桩包括前桩1和后桩3，所述前桩1和后桩3之间通过横梁连接，使用时，将整个h型桩插入土体内，所述土体通过滑移面4分成上下两部分，上部为不稳定土体，下部分为嵌固段地层，将h型桩的底部插入嵌固段地层内，上部的不稳定土体对h型桩施加力。

一种h型桩荷载计算方法，包括以下步骤：

1)、h型桩受力分解：将h型桩的荷载分解为后桩前侧土压力t21、前桩后侧土压力t22、前桩前侧土压力t3和后桩后侧土压力t1；

2)、2)、将分解后的土压力单独进行分布形状分析：将土压力t21的分布形状简化为三角形和梯形分布，其中三角形分布高度0.2h12，0.2h12为后桩3的锚固面至横梁2的高度，将土压力t22的分布形状简化为三角形和梯形分布，其中三角形分布高度0.2h1，h1为前桩1的悬臂高度，将前桩前侧土压力t3的分布形状简化为三角形和矩形分布，其中三角形分布高度0.3h1，h1为前桩1的受荷段高度；将后桩后侧土压力t1的分布形状简化为矩形分布或三角形分布；

具体地，滑移面4上部为理想散粒体(c＝0)，且桩后土体为倾斜面，角度为β时，结合库伦土压力理论，即可以得出简化图形中后桩前侧抗力强度σhq(z)的数学表达式：

式中为库伦被动土压力系数；

α为桩体面壁的倾斜角度，桩身一般竖直α取0；β为桩后土体面的倾角度；δ为土体对桩壁的外摩擦角；γ为土体重度，为土体内摩擦角。

k0——静止土压力系数，为土体的有效内摩擦角。

滑移面4上部为理想散粒体(c＝0)，且桩后土体为倾斜面，角度为β时，结合库伦土压力理论，即可以得出简化图形中后桩前侧抗力强度σqh(z)的数学表达式：

式中为库伦被动土压力系数；

为库伦主动土压力系数；

α为桩体面壁的倾斜角度，桩身一般竖直α取0；β为桩后土体面的倾角度；δ为土体土桩壁的外摩擦角；γ为土体重度，为土体内摩擦角。

滑移面4上部为理想散粒体(c＝0)，且桩后土体为倾斜面，角度为β时，结合库伦土压力理论，即可以得出简化图形中后桩前侧抗力强度σqq(z)的数学表达式：

式中为库伦被动土压力系数；

α为桩体面壁的倾斜角度，桩身一般竖直α取0；β为桩后土体面的倾角度；δ为土体对桩壁的外摩擦角；γ为土体重度，为土体内摩擦角。

后桩后侧土压力t1为根据坡体地质情况和变形情况，采用矩形分布或三角形分布，其值采用传递系数法或库伦主动土压力理论计算。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。