开挖地下通道对上部文物建筑结构影响的研究

摘要

对重要的既有建筑物下进行施工开挖，经常需要对桩基进行托换。特别针对保护历史文物建筑，托换技术非常有效。由于托换工程的复杂性和历史文物建筑的重要性，因此，在开挖地下通道中，对上部结构影响进行研究是非常重要的。
　　首先，论文在研究桩基托换理论和计算方法的基础上，以上部有保护建筑、下部有盾构隧道的沈阳站地下通道工程为背景，建立东站房框架结构的ANSYS三维模型，对其在施工中可能出现的整体纵向倾斜式、整体横向倾斜式和“盆式”沉降的结构响应进行数值分析。验算在正常使用状态下结构的内力和变形，得出各构件在三种沉降方式下的受力状况和变形规律。研究结果表明，在三种沉降形式下，框架柱主要受轴力，且边柱普遍小于内柱;框架梁主要受剪力与弯矩，且二层梁普遍大于一层梁约15％。纵式沉降对横梁影响较大，模式沉降对纵梁影响较大，“盆式”沉降则对纵横梁都产生较大内力。纵、横式沉降下，梁、柱的变形均为线性，“盆式”则呈现非线性。
　　同时，研究发现结构的极限沉降差与柱距大小有关，近似呈正比例关系。最终得出，结构在横式、纵式和“盆式”沉降下的极限沉降差分别为118mm、69mm和23.5mm，均为受压破坏。
　　另外，对沉降数据进行分析，得出结构沉降的变化规律，实践证明在通道开挖中利用桩基托换对文物建筑进行保护是可行、合理的。分析数据表明，施工第一阶段（破除原地表和柱承台）、第二阶段（东侧基坑开挖）、第三阶段（站房下暗挖）和第四阶段（截断支撑桩）的沉降值分别占总沉降的35％、30％、25％和10％左右。破除原地表和柱承台对结构扰动最大，在通道结构封闭成环后，截桩截断支撑桩对结构的扰动并不大。
　　最后，依据实测数据对框架结构进行内力分析，得出结构的内力变化规律，并对施工过程中结构的安全性做出评判。计算结果表明，各施工阶段均满足相关规范的要求，结构内力最大的部位位于沉降最大柱的相邻框架柱及其对应的框架梁。在施工的四个施工阶段中，该柱的轴力增幅约为8.2％、17.7％、38.9％和52.8％，该梁剪力分别约为自重下的1.6、3.6、6.9和9倍，弯矩分别约为自重下的1.5、4.2、6.6、9.8倍。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 研究的目的和意义

1．3 国内外的研究发展现状

1．3．1 基础托换国内外应用现状

1．3．2 基础托换中沉降变形规律的研究现状

1．3．3 基础托换中沉降对上部结构影响的研究现状

1．4 本文主要研究内容和方法

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 主要研究方法

第2章 桩基托换设计与施工

2．1 桩基托换简介

2．2 桩基托换分类简介

2．3 桩基托换施工技术简介

2．3．1 主动式桩梁托换

2．3．2 筏板式基础托换

2．3．3 树根桩式基础托换

2．4 桩基托换设计施工流程

2．5 桩基托换设计施工中的关键问题

2．6 本章小结

第3章 被动式桩梁托换工程简化计算与工程实例

3．1 被动式桩梁托换计算理论

3．1．1 被动式桩梁托换的机理和方法

3．1．2 被动式桩梁托换的计算方法

3．1．3 被动式桩梁托换的简化计算的特点

3．2 被动式桩梁托换工程实例-沈阳站地下通道改造工程

3．2．1 工程概况

3．2．2 工程地质、水文地质概况

3．2．3 通道总体工程施工流程

3．2．4 桩基托换工程施工方案

3．3 沈阳站托换工程简化力学计算

3．3．1 上部结构静荷载计算

3．3．2 托换梁计算说明

3．3．3 托换梁的受弯构件刚度计算

3．4 本章小结

第4章 不同沉降方式对上部结构影响的研究

4．1 模型说明及建立

4．1．1 数值模拟思路

4．1．2 模型轴线及梁柱布置

4．1．3 参数选取

4．1．4 单元选取

4．1．5 基本假定

4．2 结构安全性判定标准

4．3 沉降施加方式

4．4 整体纵向倾斜式沉降计算分析

4．4．1 沉降施加

4．4．2 强度验算及极限沉降差

4．4．3 位移分析

4．4．4 内力分析

4．5 整体横向倾斜式沉降计算分析

4．5．1 沉降施加

4．5．2 强度验算及极限沉降差

4．5．3 位移分析

4．5．4 内力分析

4．6 “盆式”沉降计算分析

4．6．1 沉降施加

4．6．2 强度验算及极限沉降差

4．6．3 位移分析

4．6．4 内力分析

4．7 三种沉降形式的对比分析

4．7．1 变形对比分析

4．7．2 内力对比分析

4．7．3 极限沉降差对比分析

4．8 本章小结

第5章 沈阳站托换工程沉降监测及结构安全性分析

5．1 监测对象

5．2 监测目的与意义

5．3 监测依据

5．4 监测内容及方案

5．4．1 地表沉降监测

5．4．2 建筑物沉降监测

5．4．3 结构柱沉降监测

5．5 沉降监测分析争

5．5．1 第一阶段数据分析

5．5．2 第二阶段数据分析

5．5．3 第三阶段数据分析

5．5．4 第四阶段数据分析

5．6 上部结构内力分析

5．6．1 梁柱内力分析

5．6．2 结构内力最大部位分析

5．7 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

作者简介