石油化工建筑抗震设计中桩基受力的实例分析

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摘要：随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高，我国的石油化工建设取得了较大程度的进步，为我国国民经济的发展以及工业水平的提高做出重要贡献。而在石油化工建构筑物中，其设计的基础较为丰富，存在着多种形式，主要有如下几种形式的基础：复合地基＋筏板基础，钢筋混凝土灌注桩＋承台梁基础，预制桩＋承台梁基础，钢筋混凝土灌注桩＋筏板基础等。在《建筑桩基技术规范》中，明确规定在抗震设防烈度8 度及其以上的地区，不宜采用预应力混凝土管桩（PC）和预应力混凝土空心方桩（PS），采用时必须进行计算确定。本文主要针对石油化工建筑抗震设计中桩基受力的实例进行研究与分析。

关键词：石油化工建筑；抗震设计；桩基受力

中图分类号：S611 文章标识码：A文章编号：

1.地震状况下桩基破坏的特征分析

一般情况下，桩基础的桩头部分在地震时受到的弯矩以及剪力的作用能够达到最大值，这样一来，就容易产生较为严重的破坏，在承台和桩连接处是地震的主要破坏部位。产生破坏原因的可能性表现在如下几个方面：①桩头所埋入承台中的钢筋太少或者锚固的长度没有达到相应的标准；②在施工的过程中，将钢筋的焊接接头设在了桩头部位，如果剪力过大，就十分容易引起接头处的钢筋发生断裂，进而产生桩头相对于承台的滑移；③桩头埋于承台的长度不足或者根本没有埋入，致使桩头与承台间出现施工缝，使抗剪力强度发生一定程度的减弱。

当桩基受到地震的水平作用，其受力情况主要如下：①弯矩：在地震水平作用力之下，桩基由于受力而发生一定程度的弯折，一般情况下，在基桩与承台的连接面以及桩顶部位所受的弯矩达到最大值；②剪力：在地震的水平作用之下，建筑物的上部结构主要承受的是剪力作用。而对于剪力作用来说，它能够通过承台以相同的大小传递至地下的桩基础上面；③竖向轴力：地震发生时，除了地震横波会在水平方向产生振动之外，地震的竖向振动也会对结构产生竖向作用。

2.桩基础地震受力模拟分析

2.1 模型分析

国内外很多学者已对桩基础地震受力进行了研究与分析，借鉴他们的研究结果，我们可以将桩——土简化成一个二维模型。在这一二维模型之中，土体的底部采用固定边界，而对于其两侧来说，则采用自由边界，其中自由边界与桩边的距离为桩径的10倍。通过对这一简化模型进行有效的使用，可以有效的将桩周土表示为弹簧——质量，弹簧系数以常系数法为基础。这样一来，通过分析与计算就可以得出桩的不同深度所产生的相对位移峰值和绝对加速度。然后根据具体分析结果进一步进行变形与受力两方面的相互作用分析。值得注意的是，在分析时需要对场地的均匀条件以及水平成层条件进行充分的考虑。对桩基础的受力性影响主要如下：根据分析结果，我们发现剪力随着桩身深度的变化而发生一定程度的变化，一般情况下，桩底的剪力最大而桩顶的剪力最小。弯矩的变化规律为深度不同弯矩则不同，桩底的弯矩最大，而桩顶的弯矩则最小，除此之外，桩身的弯矩也会在一定程度上受到场地条件的影响。桩身的变形影响主要如下：根据分析结果显示，桩底的绝对加速度峰值与桩顶的绝对加速度峰值成反比，也就是说，当桩顶的绝对加速度峰值最大时，桩底的绝对加速度峰值最小，同样，场地条件也会在不同程度上影响着桩身加速度，场地的条件越差桩身的绝对加速度峰值较弱。

2.2 结果分析

根据分析结果，我们可以得出如下结论：桩周土能够对桩身的受力和变形产生较大程度上的影响，在分析过程中，需要对桩周土的影响进行充分的考虑。应用静力法的桩-弹簧模型进行桩的动力作用分析对桩来说不安全；桩和土体的弹塑性对桩身的动力性能会产生一定程度上的影响；除此之外，场地的土体条件对桩的也有一定的动力影响，当土体较软时，桩身的受力就会越大，桩的侧移量就会越大，桩基础的破坏也就越大。

3.实例分析

3.1 工程概况

在进行本文的研究时，本文选择了中石油位于广西钦州的一个聚丙烯项目的包装楼建筑作为研究对象。这一建筑为框架填充墙结构。在布桩方式上，主楼采用柱下布桩，采用的是桩——承台基础。在承台与承台之间，运用筏板进行一定程度上的连接，筏板的厚度约为500mm。根据相关计算结果显示：有效桩长为13.2m，采用冲孔灌注桩,桩径为800mm。

我们对这一工程进行了一定程度上的地质研究，根据研究结果显示：基地以下的土层岩性主要以两种土质为主，分别是淤泥质粘土与有机质粉质粘土，桩侧摩阻力特征值位于28~35的范围之间，而孔隙比的范围则在0.71~0.80之间。桩基的位置位于有机质粉质粘土层，其地基承载力的特征值为250kPa,平均厚度大致在5.0m左右，基底土层的地基承载力特征值为150kPa,无液化、湿限现象及其他不良地质特征。

3.2 计算分析

①基本参数计算。地基土的水平抗力系数m=9.0 MN/m4，承台底与地基土间的摩擦系数为μ=0.36。则桩的水平变形系数α为：

在上述式子中，b0=1.025 m，EI=39.39 MN/m2。

②有关抗力系数计算。

承台侧面地基土的水平抗力系数Cn=45000 kN/m3

桩底面地基土竖向抗力系数C0=144000 kN/m3

承台底地基土竖向抗力系数Cb=22 500 kN/m3

根据上述结果表明，基础埋深和桩长与抗力系数的大小呈现出正比例关系。

③桩顶单位变化所产生的内力计算。主要公式如下：

主要过程如下所示：

水平位移（L-1×F） ρNN=1.52×105

水平位移（L-1×F） ρHH=2.18×104

弯矩（F） ρMH=2.14×104

水平力ρHM= ρMH

弯矩（F） ρMM=3.04×104

根据上述数据，我们可以计算出：

发生单位竖向位移时，

竖向反力γVV=4.89×107；水力γUV=1.15×107

发生单位水平位移时，

水力γUU=8.82×106；反弯矩γβU=1.02×107

则，

水力：γβU=γUβ

反弯矩γββ：=2.01×109

因此，随着桩径的逐渐增大，桩身最大应力的部位则越接近于桩顶。

④承台和侧墙的弹性能力计算。Fc，Sc，Ic分别表示承台底面以上侧向水平抗力系数C 图形的面积、对于底面的面积距、惯性矩。计算如下：

Fc=1.125×105

Sc=1.875×105

Ic=4.688×105

而Ab 和Ib则主要表示承台与地基土的接触面积以及惯性矩，计算如下：

Ab=581.69 m2 ，B0=20 m

水平抗力HE=2 805 kN

反弯矩ME=5 194 kN·m

从上面的计算结果中，我们可以发现：侧墙面积与建筑物的倾覆弯矩和水平抗力呈现出正比例关系。

4.结束语

本文主要针对石油化工建构筑物在抗震设计中桩基础受力的实例进行研究与分析。首先对地震状况下桩基破坏的特征以及桩基础地震受力模拟进行了一定程度上的分析。然后在这一基础之上结合具体事例，并通过计算进行了深入分析。希望我们的研究分析能够给读者提供一定的参考并带来帮助。

参考文献：

[1] 黄强，刘金砺.JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] 徐培福，黄小坤.JGJ 3—2002 高层建筑混凝土结构技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3] 叶天生.论建筑工程抗震设计中的基础隔震设计[J]. 今日科苑.2010(10)

[4] 杨晓娥.浅谈对建筑抗震设计的认识[J]. 科技信息. 2011(21)

[5] 周济斌,吕宁.浅谈砖混结构墙体裂缝的防治措施及抗震设计[J]. 黑龙江科技信息. 2010(18)