抗浮锚杆与高层建筑地下室底板共同作用的有限元分析与优化设计

摘要

随着城市的建设和发展，高层建筑物的地下室及地下建筑物不断增多，其抗浮问题也越来越突出。尤其是在滨海地区，由于地下水位高，当结构自重不能抵抗地下水浮力时，地下建筑物的抗浮问题也随之而来。由地下水浮力造成的地下室破坏大致有2类：一类是地下建筑物整体浮起，导致梁柱结点处开裂，同时底板也破坏，这种破坏多发生在整个建筑物均在地下的情况；另一类是地下室底板隆起，导致底板破坏，这种破坏多发生在高层建筑的地下室中。地下建筑物基础的抗浮设计过去较多地采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩等形式来提供抗浮力。但灌注桩与柱子连接，使抗拔桩的间距太大，需很厚的底板才能抵抗地下水浮力产生的弯矩和剪力，因而底板较厚，造价高。近几年来，抗浮锚杆以其施工方便、操作简单、造价低廉得到了大量的应用。 现有的抗浮锚杆研究大多数是针对第一类情况开展的，而对第二类情况的抗浮锚杆研究则基本上是空白。针对现有的这种情况，该文重点研究第二类锚杆抗浮问题，采用国际上通用的有限元程序SAFE进行分析。该文首次采用有限元程序进行抗浮锚杆与地下室底板的共同作用研究，分析了锚杆布置方式、锚杆刚度、地下水浮力、地下室底板厚度和柱距等参数，对荷载在抗浮锚杆与地下室底板之间分配比例的影响，总结出它们的规律并提出了有用的建议。讨论了现在工程界有些人认为将锚杆作用处当支座处理的误差及得出了有限元计算的结论，对工程设计具有参考价值。 该文还提出了系统模拟法优化设计思想，对抗浮锚杆与地下室底板共同作用的复杂大系统问题进行了优化设计。通过优化设计，及采用现行预算定额的计算，得出了在高层建筑地下室结构的抗浮设计中，采用锚杆抗浮比增大底板厚度的方案更加经济的结论。 最后，该文对抗浮锚杆设计中地下水浮力的确定、锚杆破坏形态、锚杆锚固类型、群锚效应、锚固段长度、锚固段埋深、锚杆防腐蚀问题以及锚杆抗浮计算等关键问题进行了论述，供工程设计人员参考。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1问题的提出

1.2抗浮锚杆的研究现状综述

1.2.1抗浮锚杆应用现状分析

1.2.2抗浮锚杆抗拔试验研究

1.2.3抗浮锚杆设计方法

1.3研究目的和内容

1.4论文结构

第二章抗浮锚杆与地下室底板共同作用的理论分析

2.1概述

2.2地下室底板模型

2.3抗浮锚杆模型

2.4抗浮锚杆与地下室底板的共同作用分析

2.5本章小结

第三章抗浮锚杆与地下室底板共同作用的数值模拟与参数分析

3.1有限单元法及应用程序简介

3.1.1有限单元法概述

3.1.2有限元计算程序SAFE简介

3.2计算模型及参数选取

3.3锚杆刚度的取值

3.4参数分析

3.4.1锚杆布置方式对地下室底板弯矩的影响

3.4.2锚杆刚度对地下室底板弯矩的影响

3.4.3地下水浮力对地下室底板弯矩的影响

3.4.4地下室底板厚度对地下室底板弯矩的影响

3.4.5柱距对地下室底板弯矩的影响

3.4.6混凝土强度等级和地下室底板配筋率对地下室底板承担弯矩能力的影响

3.4.7将锚杆作用处当支座处理的误差

3.4.8地下室底板配筋的控制条件：裂缝宽度和强度

3.5本章小结

第四章抗浮锚杆与地下室底板共同作用的优化设计

4.1系统模拟法优化设计概述

4.1.1系统模拟法简介

4.1.2多目标决策技术

4.1.3近似理想点排序法

4.2抗浮锚杆与地下室底板共同作用的系统模拟法优化设计

4.2.1设计方法概述

4.2.2算例分析

4.3本章小结

第五章抗浮锚杆应用的几个关键问题

5.1地下水浮力的确定

5.2锚杆破坏形态

5.3锚杆锚固类型

5.4群锚效应

5.5锚固段长度

5.6锚固段埋深

5.7锚杆防腐蚀问题

5.8锚杆抗浮计算

5.8.1传统的计算方法

5.8.2本论文提出的计算方法

本章小结

结论

研究成果

展望

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文

致谢