基于沉降控制的曹妃甸供热项目变刚度复合地基有限元分析

摘要

常规布桩复合地基的初始竖向支承刚度，是在地基处理范围内均匀分布的。当基础受上部均布荷载作用时，地基沉降会呈现碟形（内大外小），而建筑物的差异沉降，对建筑物的可靠性、稳定性有很大影响。因此一个亟待解决的重要问题，就是如何在设计和构造措施上合理的改善不均匀沉降性状。基于前人提出的改变地基中增强体刚度的设计概念和研究成果的基础上，运用有限元数值模拟软件MIDAS GTS分析工程实例中筏板基础沉降性状，讨论相关因素对沉降性状的影响。
　　以曹妃甸开发区供热项目中变刚度复合地基项目为依托，运用MIDAS GTS有限元程序，分析计算该项目两个荷载区域，复合地基分别应用常规设计和变刚度设计下的地基变形，预测出地基筏板总沉降和差异沉降情况。
　　通过分析桩体弹性模量，筏板厚度，褥垫层弹性模量与厚度，桩间土和桩端土模量等参数变化时，变刚度布桩复合地基的沉降性状，分析产生相关性状的原因，得到相关结论:
　　(1)对曹妃甸供热项目中，复合地基的常规设计与变刚度设计进行比对，考虑功能性与经济性，得出变刚度设计方案可以做到功能性和经济性的统一。
　　(2)桩端土弹性模量变化和筏板厚度的变化对筏板的总沉降量影响最大，对筏板差异沉降的影响也较大，褥垫层模量变化对筏板沉降性状影响最小:①随着桩身模量的增大，筏板最大沉降和不均匀沉降均有减小趋势，二者的减小速度随着桩身模量的增加也在递减;②随筏板厚度增加，最大沉降值沉降差变化类似，都逐渐减小，减小的幅度也不断减小，增大到一定程度后，变化不再明显。筏板周边地基土沉降有所增加;③褥垫层的弹性模量与筏板的相比极小，当模量增大，筏板最大沉降减小，但减小的量极小;随着褥垫层厚度增大，筏板沉降量随之增大;④桩间土和桩端土模量逐渐增大，筏板最大沉降和不均匀沉降都显著减小。
　　(3)综合考虑沉降性状和工程经济性，提出相关设计参数合理取值:①竖向增强体宜采用模量为2.55×104MPa;②筏板基础厚度宜采用0.5m;③褥垫层采用模量为40MPa的级配砂石，厚度合理取值为300mm。
　　得到的规律性的结论，对复合地基变形控制、差异沉降最小化，经济合理性，建筑物耐久性的提高和保障使用寿命方面有一定指导意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 复合地基概述

1．1．1 复合地基的分类

1．1．2 复合地基与复合桩基的异同

1．1．3 复合地基作用机理

1．2 复合地基变刚度问题的提出

1．3 国内外研究现状

1．3．1 桩土共同作用研究现状

1．3．2 变刚度复合地基研究现状

1．4 应用范围

1．5 主要研究内容及技术路线

1．5．1 研究的主要内容

1．5．2 技术路线

2 复合地基重点理论分析

2．1 桩土应力比计算

2．1．1 解析法

2．1．2 试验法

2．1．3 数值分析法

2．2 竖向荷载下桩—土线性与非线性分析

2．3 桩间距及荷载分担率计算

2．4 上部结构-基础-桩土共同作用分析方程

2．5 复合地基承载力计算理论

2．6 复合地基沉降计算理论

2．7 稳定性研究

2．8 本章小结

3 基于沉降控制的变刚度复合地基设计

3．1 总体设计思路

3．2 复合模量计算方法

3．2．1 面积加权法

3．2．2 地基等效法

3．2．3 参变量分析法

3．2．4 静载荷试验法

3．3 沉降计算模型

3．4 上部荷载分析评估

3．5 平面设计

3．5．1 内强外弱布桩模式实现途径

3．5．2 内强外弱布桩模式设计要点

3．6 本章小结

4 曹妃甸供热项目变刚度复合地基有限元分析

4．1 工程概况

4．1．1 工程地质条件

4．2 施工要求

4．2．1 水泥土搅拌桩施工要求

4．3 常规设计方案与变刚度设计方案的有限元分析

4．3．1 Midas GTS简介

4．3．2 模型假设和参数

4．3．2 荷载180Kpa区域常规布桩方案与变刚度方案的对比分析

4．3．3 荷载250KPa区域常规布桩方案与变刚度方案的对比分析

4．4 方案对比分析

4．4．1 基于功能性的方案对比

4．4．2 基于经济性的方案对比

4．5 本章小结

5 变刚度复合地基沉降影响因素分析

5．1 桩体弹性模量化对沉降的影响

5．2 筏板厚度对沉降的影响

5．3 褥垫层弹性模量和厚度变化对沉降的影响

5．3．1 褥垫层弹性模量变化对沉降影响

5．3．2 褥垫层厚度变化对沉降影响

5．4 桩间土和桩端土模量变化对沉降影响

5．4．1 桩间土模量变化对沉降影响

5．4．2 桩端土模量变化对沉降影响

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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