框剪结构-桩筏基础-地基共同作用分析

摘要

本文利用ANSYS有限元软件建立框剪结构-桩筏基础-地基三者共同作用的三维数值有限元模型，并考虑地基土的弹塑性本构关系，分析不同地基土变形模量、不同桩长、不同桩距、不同桩径、不同筏板厚度和施工过程对共同作用的影响。由于基础的沉降差会使上部结构产生较大的次应力，故本文主要从基础沉降和上部结构内力的角度出发对共同作用进行分析。
　　 通过ANSYS有限元软件建立上部框剪结构-桩筏基础-地基共同作用的有限元模型，采用设置面-面接触单元考虑桩土之间的接触摩擦；考虑D-P准则作为地基土体的本构关系。
　　 通过数值模拟分析，论文得到的主要成果包括：
　　 ①地基模量、桩长、桩距、桩径、筏板厚度对桩筏基础的沉降、沉降差均存在一定程度的影响。其中桩长是影响基础沉降最重要的因素；筏板厚度对基础沉降差有重要影响。设计时适当增加桩长可以很好地控制基础沉降及沉降差；当地基土较均匀时，仅通过增加桩长对沉降差的控制效果不明显，应适当增加筏板厚度。同时，均匀布桩不能很好控制基础沉降差，应考虑桩筏基础变刚度调平设计。
　　 ②共同作用时，上部结构的刚度贡献是有限的。考虑三者共同作用时，上部结构内力与常规设计方法得到的内力存在较大的差异，会出现边柱加载、中柱减载的情况，与剪力墙相连的柱会分担一部分剪力墙的荷载，在实际工程中应引起重视。同时，当基础纵向相对弯曲为0.35‰～0.75‰之间时，C轴和D轴出现梁端弯矩最大值增加的现象。这些变化均会随着基础纵向相对弯曲的减小而减小。
　　 ③均匀布桩的情况下，从减小基础沉降差在上部结构产生的次应力角度出发，对于存在剪力墙的上部结构，基础纵向相对弯曲应小于0.5‰。
　　 ④从控制基础沉降差的角度出发，通过量纲分析得到了桩筏基础筏板厚度的确定公式，对于初步估计筏板厚度具有一定的指导意义。