摘要：傳統(tǒng)樁基承臺(tái)的內(nèi)力計(jì)算都是建立在梁、板受彎計(jì)算理論基礎(chǔ)之上，對(duì)承臺(tái)的受剪、受沖切、局部受壓承載力的驗(yàn)算基本套用一般梁、板等受彎構(gòu)件的計(jì)算方法。

　　關(guān)鍵詞：五樁承臺(tái)，承載力計(jì)算

　　以我國(guó)承臺(tái)規(guī)范為例，承臺(tái)的承載力計(jì)算包括抗彎、抗沖切、抗剪切及局部抗壓計(jì)算，其中受彎計(jì)算按懸臂板破壞模式，即以柱邊截面為最大彎矩進(jìn)行承臺(tái)下部配筋，并將受力鋼筋均勻布置;抗沖切計(jì)算主要在試驗(yàn)資料和以往經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定沖切錐體，抗沖切承載力與沖切錐體上的混凝土抗拉強(qiáng)度成正比，與受力筋無(wú)關(guān);抗剪驗(yàn)算以梁式破壞模式為基礎(chǔ)，剪切破壞面為通過(guò)柱邊和樁邊連線形成的斜截面。這種設(shè)計(jì)方法只考慮承臺(tái)某一特殊截面上的受力，而沒(méi)有考慮承臺(tái)內(nèi)部的完整力流;規(guī)范抗沖切計(jì)算的有關(guān)假定與承臺(tái)的實(shí)際應(yīng)力分布及受力狀態(tài)也不盡相符。隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)承臺(tái)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)平截面假定對(duì)承臺(tái)尤其是厚承臺(tái)不適用，于是提出了各種厚承臺(tái)的傳力模型，如拉壓桿模型、空間析架模型以及空腹式模型。下面談?wù)劜煌�厚度下五樁承臺(tái)的承載力計(jì)算。

　　1、應(yīng)力分布分析

　　通過(guò)在承臺(tái)頂面施加逐級(jí)荷載，直至破壞，本文繪制了五樁承臺(tái)在屈服破壞時(shí)的應(yīng)力分布圖1。從圖1可以看出，五樁承臺(tái)的壓應(yīng)力主要沿樁和柱的連線方向傳遞，這說(shuō)明力是沿最簡(jiǎn)單最直接的路徑傳遞。柱子傳向中間樁的力約為傳向角樁的2-3倍，而且在中間樁和角樁之間同樣形成“拱”，在樁和承臺(tái)的交接部位存在應(yīng)力集中的現(xiàn)象。由于五樁承臺(tái)的受力比較復(fù)雜，這使得建立簡(jiǎn)化計(jì)算方法具有一定的難度，目前只能從試驗(yàn)過(guò)程和有限元計(jì)算進(jìn)行定性分析研究。

　　從圖中可以看出，對(duì)于較厚的五樁承臺(tái)，可以很明顯的看到柱子傳向樁的力，首先是一個(gè)擴(kuò)散的過(guò)程，象波紋一樣向四周傳遞，然后有一個(gè)向樁集中的過(guò)程。從應(yīng)力云圖的分析，得出以下幾點(diǎn)：(1)力主要沿柱子和角樁的連線方向傳遞。(2)中間樁的受力明顯大于角樁。(3)在樁和承臺(tái)的交接部位存在應(yīng)力集中的現(xiàn)象。

　　圖1 五樁承臺(tái)在屈服破壞時(shí)的應(yīng)力分布

　　2、開(kāi)裂荷載和破壞荷載

　　選取厚度為300mm的五樁承臺(tái)，計(jì)算承臺(tái)底部中間位置的位移，現(xiàn)將計(jì)算的荷載一位移曲線以及由試驗(yàn)所得到的曲線用圖2表示。從圖中看出，承臺(tái)在開(kāi)裂前位移較小，開(kāi)裂后(荷載達(dá)到1000KN左右)位移增大，但增長(zhǎng)幅度變化不大。

　　圖2 五樁承臺(tái)荷載位移曲線

　　3、五樁承臺(tái)破壞時(shí)的樁的受力分析

　　為了分析五樁承臺(tái)破壞時(shí)，中間樁和角樁受力特性，本文將中間樁和角樁計(jì)算的荷載一應(yīng)變曲線用圖3表示。從圖可看出，在峰值應(yīng)變前，中間樁的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率明顯大于角樁的;在相同荷載下，中間樁的應(yīng)力大約為角樁的3倍;角樁和中間樁在加載過(guò)程中都是受壓;

　　圖3 五樁承臺(tái)荷載位移曲線

　　由于研究的是中間樁受力特性，并考慮到實(shí)際應(yīng)用，所以計(jì)算到角樁和中間樁應(yīng)力相當(dāng)時(shí)，即停止計(jì)算。為了分析不同厚度對(duì)樁的受力的影響，本文繪制了不同厚度下角樁與中心樁的軸力比值的變化曲線圖4。

　　圖4 角樁與中心樁的軸力比值的變化曲線

　　從圖4可以看出，對(duì)同一承臺(tái)，角樁和中間樁的應(yīng)力比值隨承臺(tái)厚度的增加而增大;由五樁結(jié)果分析得出，對(duì)較薄的承臺(tái)，中間樁所承擔(dān)的荷載較大，由于中間樁的作用，承臺(tái)很難發(fā)生彎曲破壞，因此角樁對(duì)承臺(tái)的沖切成為主要的破壞形式;由于角樁所承擔(dān)的荷載減小，角樁對(duì)承臺(tái)的沖切作用也隨之減小，從而可減小承臺(tái)的厚度。如果要求樁的承載力相同，要么增大中間樁的樁徑，要么減小樁間的距離。對(duì)其它多樁承臺(tái)，比如矩形六樁承臺(tái)，其中間的兩根樁受力明顯不同于兩邊的樁，在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該考慮這一點(diǎn)，采取相應(yīng)措施。

　　4、五樁承臺(tái)受力特性分析

　　混凝土五樁承臺(tái)在整個(gè)過(guò)程中，位移很小，大部分混凝土是受壓，只是構(gòu)件快要破壞時(shí)，在底部出現(xiàn)拉應(yīng)力。當(dāng)承臺(tái)厚度較小時(shí)，還可以應(yīng)用平截面假定，而承臺(tái)厚度較大時(shí)，就不能滿(mǎn)足平截面假定;承臺(tái)的破壞主要表現(xiàn)為沖切破壞，五個(gè)樁中，中間樁首先破壞;破壞裂縫不是由塑性角引起，因此，塑性角理論也不適用于承臺(tái)的研究。由于中間樁的作用，五樁承臺(tái)表現(xiàn)出同于四樁，又不同于六樁，因此，在進(jìn)行五樁承臺(tái)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮角樁和中間樁的受力差異，采取相應(yīng)的措施加強(qiáng)中間樁的強(qiáng)度。

　　通過(guò)以上對(duì)混凝土五樁承臺(tái)中間樁受力特點(diǎn)以及它對(duì)承臺(tái)的作用研究，得出如下結(jié)論：(1)對(duì)于較薄的五樁承臺(tái)，中間樁和角樁的樁徑相同時(shí)，中間樁所承擔(dān)的荷載較大。(2)隨著承臺(tái)厚度的增加，中間樁和角樁的受力差別在減小，當(dāng)承臺(tái)厚度增加到一定時(shí)，兩者所承擔(dān)的荷載才可認(rèn)為相當(dāng)。且隨著中間樁樁徑的增大，兩者應(yīng)力差別在減小。

　　在實(shí)際工程應(yīng)用中，如果樁的承載力設(shè)計(jì)值相同且以中間樁來(lái)衡量，那么角樁的設(shè)計(jì)是偏于安全的;如果以角樁的承載力設(shè)計(jì)值來(lái)衡量，那么中間樁的設(shè)計(jì)值就偏小。我們應(yīng)該從兩方面來(lái)看待承臺(tái)柱子下方的這根樁：一方面，如果在柱子下方布樁，而沒(méi)有充分考慮到中間樁和角樁受力上存在較大差別，用角樁的設(shè)計(jì)值代替中間樁的設(shè)計(jì)值，那么，這是基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)潛在隱患。雖然對(duì)大多數(shù)基礎(chǔ)工程，這一點(diǎn)并不是很突出，但作為地下隱蔽工程，承臺(tái)的設(shè)計(jì)是不能有絲毫馬虎，一旦遇到特殊的情況，由于中間樁設(shè)計(jì)的不合理而引起承臺(tái)出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)整個(gè)建筑物的影響是相當(dāng)大的，有時(shí)甚至是致命的;另一方面是，當(dāng)承臺(tái)的樁不能滿(mǎn)足承載力要求時(shí)，在中間加一根樁后就能提高承臺(tái)的承載力，盡管這是一種很有效的方法，但是加了這根樁后，就應(yīng)該考慮中間樁和角樁的受力差別。對(duì)于多樁和群樁承臺(tái)，柱子下方難免會(huì)布樁，當(dāng)樁距不大時(shí)，可以不考慮樁的受力差別;當(dāng)樁距較大時(shí)，這種差別就不應(yīng)該忽略。

　　5、不同厚度下樁基承臺(tái)的極限承載力分析

　　(1)普通混凝土與鋼纖維混凝土樁基承臺(tái)的極限承載力均隨承臺(tái)的增加而增大。

　　(2)普通混凝土樁基承臺(tái)的承載力與承臺(tái)高度曲線前段較后段增長(zhǎng)幅度小，說(shuō)明增加普通混凝土承臺(tái)的有效高度可以顯著提高承臺(tái)的極限承載力。

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