超高层建筑上部结构—桩筏基础—地基共同作用非线性分析

摘要

本文以实际超高层工程项目--陕西省邮政电信网管中心大楼为研究对象,根据高层建筑上部结构、桩筏基础与地基的共同作用的基本原理,运用大型有限元程序ANSYS,将群桩基础视为等效复合材料,建立相应的分析模型,进行了考虑共同作用情况下结构静力分析和动力特性分析研究.研究内容和主要结论有以下几个方面: (1)采用等效复合体模型,将群桩基础中桩-土体系等效成横观各同性体,并运用静凝聚子结构法将部分等效复合体模型单元用超级单元代替,有效的降低了整体模型的单元总数和节点总数,为今后分析静态的含有弹性、非线性多种材料组成的复杂模型提供了有效的简化途径. (2)依据施工图建立了上部结构,按照刚性、弹性和非线性三种不同的地基模型进行了模拟施工过程的比较计算分析.得出了上部结构构件内力、基础沉降、筏板内力及基底反力等参数的变化规律. (3)分析筏板厚度和地基土层压缩模量等不同因素,对上部结构构件内力、基础沉降、基底反力和筏板内力的影响. (4)采用模态综合法对考虑共同作用的上部结构进行动力特性分析,得到结构的各阶自振周期和相应的振型.与刚性地基的上部结构相比,地基的有限刚度使得整体结构体系自振周期变长,振型发生改变.与整体有限元模型相比,采用模态综合法可以在保持计算精度的情况下,降低计算时间,提高分析效率.

目录

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1绪论

1.1高层建筑的发展

1.1.1国外高层建筑的发展

1.1.2国内高层建筑的发展

1.2土与结构物共同作用的概念

1.2.1上部结构的刚度对基础受力状况的影响

1.2.2基础刚度对基底反力分布的影响

1.2.3地基条件对基础受力状况的影响

1.3.4上部结构与基础和地基共同作用的概念

1.4共同作用理论发展历史及现状

1.5高层建筑基础分析与设计方法的发展

1.6高层建筑基础设计中应用共同作用理论的意义

1.7本文的主要目的及内容

2共同作用分析方法及模型参数的确定

2.1高层建筑上部结构—基础—地基共同作用分析方法

2.1.1解析法

2.1.2边界元法

2.1.3有限元方法

2.2有限单元法概述

2.2.1基本思想

2.2.2基本过程

2.3地基模型的确定

2.3.1线弹性模型

2.3.2弹性非线性模型

2.3.3弹塑性模型

2.4地基参数的确定

2.4.1基床系数k的确定

2.4.2地基土的泊松比μ0的确定

2.4.3地基土弹性模量E的确定

2.5满堂群桩基础的等效复合体模型

3有限元程序简介及背景实际工程概况

3.1 ANSYS有限元程序简介

3.1.1基本过程

3.1.2参数化设计语言

3.2子结构法

3.2.1子结构刚度矩阵和荷载向量的凝聚

3.2.2子结构法在共同工作分析中的实现

3.2.3子结构法在ANSYS中的实现

3.3单元生死

3.4工程概况

3.4.1陕西省邮政电信网管中心大楼工程简介

3.4.2工程地质概况

3.4.3上部结构信息

3.4.4计算模型及参数的选取

4考虑施工过程的共同作用数值分析

4.1模型的建立

4.2结构构件内力变化分析

4.3筏板沉降变化分析

4.4筏板内力变化分析

4.5基底反力变化分析

4.6本章小结

5不同设计参数对共同作用的影响分析

5.1筏板厚度的影响分析

5.1.1对基础沉降的影响

5.1.2对基底反力的影响

5.1.3对筏板内力的影响

5.2地基土层弹性模量的影响分析

5.2.1对基础沉降的影响

5.2.2对基底反力的影响

5.2.3对筏板内力的影响

5.3本章小结

6考虑上下部共同作用的动力特性分析

6.1动力特性分析概述

6.1.1动力方程的建立

6.1.2振型参与系数的确定

6.2 ANSYS模态提取方法简介

6.3模态综合法

6.3.1模态分析的基本原理

6.3.2模态综合法基本过程

6.4工程实例分析

6.5本章小结

7结论与展望

7.1本文研究成果及结论

7.2展望

致 谢

参考文献

附录