考虑接触效应的土—桩筏—上部结构的有限元分析

摘要

桩筏基础在高层建筑物的基础中广泛应用，其既具桩基础的优点，承载力高，减小沉降，而且具有筏板基础能够调节不均匀沉降，扩大地下空间的使用的优点。常规设计中一般把上部结构、桩筏、地基分别计算，只考虑力的平衡条件，但是实际工程中三者相互作用，还存在位移平衡，即位移协调，而且实际结构的变形引起结构的内力重分布。桩筏基础与土体是不同的材料，在交界面上存在着接触，接触分析则能真实反映桩与土、筏板与土的工作性状。
　　本文主要包括理论分析和有限元分析方面。在查阅了大量国内外文献和工程、实验数据的基础上，总结了土的本构关系、桩土接触计算的发展，单独分析了一个桩土模型与一个框架-筏板-Winkler模型，最后设计了考虑与不考虑共同作用的土-桩筏-上部结构的模型，并利用ANSYS有限元分析软件进行建模和分析（有限元分析增加了接触问题，分析了群桩桩侧与桩底、筏板底与土的接触），分析比较了梁柱内力；筏板的沉降、弯矩；桩基沉降差异，最后比较了并探讨各种因素变化（上部结构层数；梁、柱、桩筏混凝土弹性模量；土体的弹塑性参数）对共同作用的影响；得出：
　　（1）考虑共同作用时柱子出现边柱加载，中柱卸载的情况，考虑与不考虑共同作用时梁的弯矩与剪力，也发生显著的变化；
　　（2）共同作用时，上部结构能够调节筏板的不均匀沉降，但对平均沉降影响不大；对于筏板弯矩，常规设计甚至比共同作用弯矩要大；
　　（3）考虑共同作用时，桩间的沉降差要比不考虑共同作用要小；
　　（4）变化上部结构、桩筏基础、土体三者刚度，三部分内力与变形也发生相应改变。

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第1章 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 国内外的研究现状及研究方法

1.3 本文的主要研究思路及主要工作内容

第2章 上部结构-桩筏-土相互作用的机理分析

2.1 上部结构-桩筏-土相互作用的概念

2.2 上部结构-桩筏-土共同作用分析理论

2.3 地基模型及参数的确定

2.4 结构共同工作的性状分析

2.5 共同作用的分析方法

2.6 算例1

第3章 接触问题

3.1 土与结构接触问题的力学机理

3.2 接触问题的有限元计算方法

第4章 有限元的建模与分析的实现

4.1 有限元的基本理论及ANSYS简介

4.2 有限元的分析步骤

4.3 相互作用的非线性有限元分析

4.4 接触问题的有限元计算方法及实现

第5章 上部结构-桩筏-土的数值分析

5.1 ANSYS模型的建立

5.2 考虑共同作用设计方法与常规方法的比较

5.3 参数分析

第6章 结论与展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及研究成果