筒体结构、桩筏基础与地基土共同工作的理论研究及数值分析

摘要

桩筏基础是高层及超高层建筑常用的基础形式之一.然而,目前工程界有关桩筏基础设计、计算的方法,具有极大的近似性,与实际情况不相符合,其结果往往造成设计偏于不安全或偏于浪费.该文运用有限单元法分析计算了超高层筒体结构与桩筏基础的共同工作.采用弹塑性本构模型,对坚向荷载工作下的空间筒体结构、桩筏基础和地基进行了三维非线性有限元分析.研究桩基荷载沉降特性、桩筏反力分布及分配规律、地基应力与筏板内力等基本问题及其影响因素.重点讨论了上部结构刚度及荷载影响时,桩筏基础的工作机理.同时,结合现场原位实测研究及分析,进行实例计算与现场实测结果对比.实测结果与数值分析结果吻合良好.该文提出了按整体承载力和沉降量双重控制的设计思路.以最大限度挖掘地基基础潜力为目标,通过抽桩分析,证明高层建筑桩筏基础设计中减少桩数的可行性,并就常规设计提出建议.

目录

文摘

英文文摘

1.绪论

1.1高层建筑结构、地基及基础分析方法的演变

1.2桩-筏基础在工程中的应用及研究现状

1.3上部结构、地基与基础共同工作计算分析方法概述

2.高层建筑上部结构、基础和地基共同工作的分析基础

2.1上部结构、基础与地基的关系

2.1.1上部结构与基础

2.1.2基础与地基反力的关系

2.1.3基底反力分布对基础受力状况的影响

2.2有限单元法在共同工作中的应用

2.2.1共同工作中使用有限单元法的意义

2.2.2共同工作中有限单元法的实现

2.2.3有限元计算软件ANSYS的介绍

3.筒体结构、桩筏与地基土共同工作的理论分析

3.1简体结构空间有限元分析力学模型

3.2子结构分析方法

3.2.1子结构法原理

3.2.2子结构法的应用

3.2.3 ANSYS中子结构分析法的实现

3.3桩筏及上部结构共同工作中筏板分析模式

3.4地基本构模型的确定

3.4.1弹塑性地基模型

3.4.2弹塑性地基的刚度矩阵

3.5筒体结构与桩筏基础共同工作的基本方程

3.6 ANSYS中非线性分析的实现

4.筒体结构、桩筏基础共同工作弹塑性数值分析

4.1计算模型

4.2弹塑性计算结果与线弹性分层地基计算结果的比较

4.2.1基础沉降的比较

4.2.2桩顶反力的比较

4.2.3基底反力的比较

4.2.4筏板弯矩、扭矩的比较

4.3桩筏基础工作性状随加荷过程的变化规律

4.3.1桩顶反力分布随加荷过程的变化规律

4.3.2基底土反力分布随加荷过程的变化规律

4.3.3筏板弯矩、扭矩随加荷过程的变化规律

4.3.4桩筏基础荷载分担比随加荷过程的变化规律

4.3.5桩筏基础沉降随加荷的变化

4.4桩筏基础工作性状随桩长的变化规律

4.4.1桩长与桩筏基础沉降的关系

4.4.2角桩、边桩、中桩反力比随桩长的变化

4.4.3桩筏荷载分担比随桩长的变化规律

4.5桩筏基础工作性状随桩径的变化

4.5.1桩径与桩筏基础沉降关系

4.5.2角桩、边桩、中桩反力比随桩径的变化

4.5.3桩筏荷载分担比随桩径的变化规律

4.6筏厚对桩筏基础工作性状的影响

4.6.1基础沉降与筏板厚度的关系

4.6.2桩、边桩、中桩反力比随筏板厚度的变化

4.6.3桩筏荷载分担比随筏厚的变化规律

4.7抽桩对桩筏基础工作性状的影响

4.7.1抽桩对基础沉降的影响

4.7.2抽桩对角桩、边桩、中桩反力比的影响

4.7.3抽桩对桩筏荷载分担比的影响

4.7.4抽桩对筏板内力的影响

5.高层建筑桩筏基础共同工作现场原位实测

5.1工程及实测简介

5.1.1工程概况

5.1.2测试元件基本原理及埋设方法

5.1.3工程地质概况

5.2实测结果及简要分析

5.2.1数值计算模型

5.2.2基础沉降测试及计算结果

5.2.3桩顶反力测试及计算结果

5.2.4桩土分担比

5.2.5筏板内力

6.筒体结构、桩筏基础与地基共同工作的机理分析和设计建议

6.1计算结果分析

6.1.1上部结构结构形式及刚度的影响

6.1.2筏板刚度的影响

6.1.3桩的影响

6.2桩筏设计中的有关问题

6.2.1桩筏基础设计思路

6.2.2关于筏板的厚度

6.2.3关于布桩方式

6.2.4筏基础下土体的承载力

6.2.5桩土分担比计算公式

致谢

参考文献