既有建筑物托换构件的研究与设计

摘要

有序、合理、综合、高效地开发利用城市地下空间资源，是扩充基础设施容量，提高城市综合防灾能力，提高土地利用效率与节约土地资源的最为有效的途径之一。而既有建筑物只有进行基础托换后，才能进行土方开挖和地下加层的施工。因此，基础托换构件的研究和设计是既有建筑物地下空间开发的关键技术。
　　 提出独立基础既有建筑物地下增层的锚杆静压柱的基础托换技术和条形基础既有建筑物地下增层的钢管柱基础托换技术。讨论了两种工艺的施工过程。
　　 通过对独立基础结构的不同跨高比的四桩独立承台进行ANSYS数值分析研究，得出了跨高比大于1的承台为拉杆拱结构，发生的是弯压破坏的结论；而跨高比小于1的承台的传力满足空间桁架模型理论。主压应力流集中在桩和柱的连线范围内呈“橄榄”形，此处的“橄榄”形混凝土可视为在承台的柱和四桩之间形成的四个有共同顶节点的斜压杆。承台下部两桩之间为主拉应力流，起始于承台下部一桩的内侧，到另一桩内侧结束，可以看作为承台底部两桩之间形成的拉杆。据此提出了承台内部斜压杆和拉杆的截面面积的计算公式。通过对条形基础结构的托换承台进行数值分析可以看出，两桩承台的受力满足空间桁架模型理论，并根据其传力特点提出了斜压杆和拉杆的计算公式。
　　 利用ANSYS数值分析和试验分析相结合的方式对钢管桩的稳定性进行了研究，得出了钢管桩屈曲破坏特性，并对钢管桩的稳定性系数φ和计算长度系数μ进行了验算。通过试算得出了钢管桩稳定性系数φ介于0.7-0.9之间和计算长度系数μ介于0.5-0.7之间的结论，钢管桩的连接方式是介于两端嵌固与一端嵌固一端铰接之间。
　　 通过对一6层砖混结构建筑物基础托换开发空间的工程进行设计，系统地介绍了托换构件的计算公式和设计方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的意义

1.2国内外研究现状

1.3既有建筑物构件托换存在的问题

1.4本文的研究内容

1.5创新点

第二章独立基础托换构件的设计

2.1独立基础托换施工工艺

2.2独立基础托换承台受力特点的研究

2.2.1研究状况

2.2.2独立基础托换承台的有限元分析

2.2.3有限元分析结果

2.3锚杆静压桩托换承台的分析

2.4本章小结

第三章条形基础托换构件的设计

3.1条形基础托换施工工艺

3.2条形基础托换承台的受力分析

3.2.1条形基础托换承台模型的建立

3.2.2条形基础托换承台有限元分析

3.2.3条形基础托换承台的设计

3.3钢管桩稳定性的ANSYS有限元分析

3.3.1桩基稳定性的研究现状

3.3.2有限元分析过程

3.3.3有限元分析结果

3.3.4钢管桩稳定系数的计算

3.4托换梁的设计

3.5本章小结

第四章钢管桩稳定试验研究

4.1试验研究

4.1.1试验目的

4.1.2构件设计和制作

4.1.3试验装置及加载过程

4.1.4测试内容及测试仪器

4.2钢管桩试验数据采集分析

4.2.1钢管桩实验数据

4.2.2钢管桩实验数据分析

4.3钢管桩试验过程及破坏形态描述

4.4钢管桩数值分析与试验分析结果对比

4.5本章小结

第五章钢管桩底端的锚固

5.1钢管桩底端锚固的破坏

5.2钢管与混凝土粘结滑移性能

5.2.1粘结滑移性能的分析

5.2.2钢管与混凝土的粘结应力计算

5.3钢管与混凝土界面锚固长度分析

5.3.1影响锚固长度的因素

5.3.2锚固长度的计算公式

5.4本章小结

第六章钢管桩开发既有建筑物地下空间的工程算例

6.1工程概况

6.2荷载统计

6.3工程改造设计方案

6.4本章小结

第七章结论与展望

7.1本文的主要结论

7.2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