高层建筑与桩筏基础非线性共同作用的实用计算方法研究

摘要

桩基础是建于软土地区的高层建筑广泛采用的基础形式之一。本文针对高层建筑与桩筏基础的共同作用问题，开展了非线性共同作用计算方法及其应用于工程实践的探索性研究。主要研究内容包括：（1）归纳了桩－土相互作用的理论分析方法和现行设计规范中有关单桩承载力的计算方法；总结了桩侧阻力的影响因素以及桩身不同部位桩侧阻力的发挥机制。（2）以ANSYS程序为平台，采用其参数化（APDL）有限元分析技术，利用双曲线荷载传递函数，建立了一实际工程的桩土分析模型，进行了单桩数值分析。通过与土力学参数计算法的结果比较表明，采用荷载传递法结合有限元法的单桩数值分析方法能够满足工程实际需要。实际工程中可以先根据地质勘察报告或者室内外土工试验确定初值，同时结合单桩静载试验、分层摩阻测试等试验手段对计算参数进行修正，使单桩数值分析结果更能准确预测桩基承载性状。（3）在分析现行设计规范中有关桩基分析设计方法以及基于规范方法的常用基础设计软件局限性的基础上，提出了实现高层建筑桩筏基础和上部结构共同作用分析的一种迭代计算方法。这一方法以工程中常用的SATWE模型数据为基础，采用VB和APDL混合编程，在ANSYS中建立完整的高层建筑上部结构及桩－土模型，通过迭代计算，得到高层建筑桩筏基础和上部结构非线性共同作用的结果。（4）利用本文提出的迭代分析法，对一实际工程的基础及上部结构进行了计算分析，并与目前工程中常用基础设计软件的计算结果进行了比较研究。分析结果证明，本文提出的方法除了能够分析桩筏基础与上部结构共同作用对基础位移、内力的影响外，还能反映共同作用对上部结构内力的影响，这是其它工程软件难以完成的。通过上部结构共同作用内力分析结果的比较发现，桩筏基础的沉降变形对上部结构的不同位置的影响并不相同，引起的次内力明显存在，工程设计中应加以重视。

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第一章绪论

1.1引言

1.2高层建筑的设计与分析方法的发展过程

1.3在高层建筑设计中应用共同作用理论的意义

1.4本文的主要研究工作

第二章桩-土间的相互作用

2.1桩土相互作用的理论研究方法概述

2.2桩侧阻力的影响因素

2.3桩身不同部位桩侧阻力发挥机制

2.4现行设计规范中单桩竖向承载力的确定方法

2.4.1通过静载荷试验确定单桩承载力

2.4.2依据土力学参数计算单桩承载力

2.4.3规范设计方法与理论研究的比较

2.5小结

第三章单桩数值分析

3.1荷载传递函数概述

3.1.1线性或分段线性模型

3.1.2非线性模型

3.1.3荷载传递函数的选择

3.2数值计算方法及参数取值

3.2.1数值计算方法

3.2.2参数取值

3.3单桩数值分析工程实例

3.3.1工程概况

3.3.2分析模型

3.3.3计算结果分析

3.3.4与土力学参数计算法的结果比较

3.4小结

第四章桩筏基础与高层结构非线性共同作用的实用计算方法

4.1现行规范中的设计方法及常用软件

4.1.1桩基沉降计算方法

4.1.2常用软件及其技术条件

4.2基于ANSYS平台的一种迭代计算方法

4.2.1计算方法及流程

4.2.2土介质本构关系的确定

4.3小结

5.1工程概况

5.2场地工程地质条件及参数取值

5.2.1场地地质条件

5.3力学分析模型

5.4计算分析结果与比较

5.4.1迭代法分析结果

5.4.2几种软件计算结果分析及比较

5.4.3上部结构共同作用内力分析结果比较

5.5小结

第六章结论及展望

6.1本文的主要结论

6.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果