既有建筑桩基础深开挖条件下承载特性数值分析

摘要

随着我国城市建设的快速发展，对地下空间的开发利用也逐渐引起大家的重视。特别是随着汽车数量的增加，没有地下停车场等设施的既有建筑物使用功能的缺陷越来越明显，因此，对既有建筑物地下空间的开发显得尤其重要。既有建筑物增设地下空间时，需要运用原桩基础或增设新的桩基础支撑上部建筑物，才可进行建筑物下方的土方开挖。桩周土体开挖之后，与原桩基础相比，随着桩基裸露其承载特性会发生明显变化，尤其是桩侧向摩阻力。因此，对既有建筑物桩基础开挖条件下承载特性的分析非常有必要。 本文采用ANSYS有限元程序分析了桩周土体开挖前及不同开挖深度单桩基础承载特性的变化规律，主要包括:单桩承载力、桩身轴力、桩侧摩阻力以及桩土相对滑移量等。在研究单桩基础开挖的基础上，考虑上部结构、基础和地基的共同作用对一个三层框架结构桩基础的开挖过程进行了ANSYS有限元模拟，得出了不同开挖深度下不同位置处桩基础的承载特性的变化规律。 从分析的结果可以看出，对于单桩基础，随着桩周土体弹性模量和桩长的增大，桩身的承载力值也相应增大。桩周土体开挖会造成桩基础的沉降量显著增加，且开挖深度越大，沉降量增加越大。桩周土体深开挖会使得开挖段桩身轴力因自重作用而增加，而未开挖段桩身轴力通过桩侧摩阻力向桩周土传递而保持减小的趋势。随着被开挖段的桩身侧阻力消失，未开挖段的桩身侧阻力相应的增大，以弥补被开挖段侧阻力的损失。同时，桩基的沉降量和桩土间的相对滑移量也相应增大。 考虑上部结构、基础和地基的共同作用建模分析后可知，桩周土体开挖前后，均呈现中间部位桩基沉降大于周边部位桩基沉降的“盆式”沉降状态。而随着开挖深度增大，土方开挖后产生的“卸载”作用使得中间部位桩基和周边部位桩基沉降量和沉降差均减少。不同开挖深度下，开挖段桩身轴力会有所增加，而未开挖段仍保持减小的趋势，且中心桩减小的趋势较大，角桩和边桩有所减缓。随着开挖深度增加，桩土间的相对滑移量也逐渐增大。桩周土体开挖后，被开挖段的桩身侧阻力消失，不仅需要增大未开挖部分的桩身侧阻力来承担，而且桩端阻力也要相应的增大。桩基沉降、桩身轴力、桩土间的相对滑移量以及桩身侧阻力均呈现出中心桩最大，边桩次之，角桩最小的特征。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状及存在问题

1．2．1 既有建筑地下空间开发相关研究

1．2．2 桩周土开挖对桩基承载力影响的相关研究

1．2．3 考虑上部结构刚度对桩基承载特性影响的相关研究

1．3 本文主要工作

第2章 数值分析的理论基础

2．1 有限单元法基本原理

2．2 计算假定、模型及单元选择

2．2．1 计算假定

2．2．2 模型选择

2．2．3 单元选择

第3章 单桩基础桩周土开挖条件下的数值分析

3．1 数值分析过程

3．2 单桩桩周土体开挖前承载特性分析结果

3．3 单桩桩周土体开挖条件下承载特性分析结果

3．3．1 桩身沉降量

3．3．2 桩身侧摩阻力

3．3．3 桩身轴力

3．3．4 桩土间相对滑移量

3．4 本章小结

第4章 考虑上部结构刚度桩周土开挖条件下桩基础承载特性分析

4．1 建立框架结构数值分析模型

4．1．1 计算模型选择

4．1．2 建立数值分析模型

4．1．3 数值分析加载与求解

4．2 数值分析的结果

4．2．1 桩基础沉降量

4．2．2 桩身轴力

4．2．3 桩土间相对滑移量

4．2．4 桩侧摩阻力

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 本文成果

5．2 研究展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况