高层建筑长短桩复合地基整体性状有限元分析

摘要

长短桩复合地基一般是由刚性长桩和柔性短桩复合而成。长桩和短桩相结合,既可以提高地基的承载力,又能起到控制沉降的作用,并且具有较好的经济效益,是一种较新的地基处理形式。
　　 目前人们对考虑上部结构共同作用下,长短桩复合地基作用机理方面的研究还比较少。本文结合具体工程实例,利用大型有限元分析软件ANSYS建立了上部结构与地基基础共同作用下的整体弹塑性模型,并考虑了褥垫层厚度、长桩长度、长桩置换率、短桩置换率、筏板厚度等因素的变化对长短桩复合地基所产生的影响,得出如下主要结论:
　　 (1)随着褥垫层厚度的增加筏板底平均沉降逐渐减小,褥垫层厚度的改变对筏板差异沉降影响不大。长桩桩土应力比和荷载分担比随褥垫层厚度的增加逐渐减小,短桩变化不明显。不同的褥垫层厚度对长桩角桩、边桩和中桩桩身轴力产生不同的影响。铺设褥垫层后长桩产生负侧摩阻力。褥垫层厚度的增加能够缓解长桩桩项应力集中。铺设褥垫层后,短桩桩顶应力急剧增大。
　　 (2)长桩长度的增加有助于减小筏板平均沉降和差异沉降。长桩长度在控制复合地基沉降、改善桩顶应力集中程度和改变地基承载力方面存在合理的取值范围。不同的长桩长度对长桩角桩、边桩和中桩桩身轴力产生不同的影响。随着长桩长度的增加,长桩侧摩阻力为零点距桩顶的距离逐渐增大。长桩长度的变化不影响桩顶和桩端应力的分布形状,只影响应力数值的大小。
　　 (3)筏板底平均沉降随长桩置换率的增大而减小。长桩置换率的变化对筏板底差异沉降影响不大。长桩桩土应力比随长桩置换率的增大而降低,长桩荷载分担比随长桩置换率的增大而增大。随着长桩置换率的增加,长桩和短桩各部位桩身应力均减小。长桩负摩阻力数值与正摩阻力数值均随长桩置换率的增大而逐渐减小。长桩置换率的增加有助于缓解桩项应力集中程度。
　　 (4)短桩置换率的变化对筏板底平均沉降和差异沉降影响不大。短桩桩土应力比随短桩置换率的增大有所减少,短桩荷载分担比随短桩置换率的增大而增加。短桩置换率的变化对长桩上部一定范围内桩身应力有影响。不同的短桩置换率对短桩各部位侧摩阻力影响不同,随着短桩置换率的增加,长桩桩项应力数值逐渐减小,长桩桩端应力基本上不受短桩置换率变化的影响。
　　 (5)筏板厚度的变化对筏板底平均沉降影响不大。随着筏板厚度的增加,筏板差异沉降逐渐减小。筏板厚度的变化对长短桩复合地基中各类受力体承载力影响很小。长桩侧摩阻力为零点距桩顶距离随筏板厚度的增加而增大。长桩桩顶应力和短桩桩顶应力在筏板厚度较薄时均产生较大幅度的变化。