超高层建筑桩筏基础的理论分析和工程应用研究

摘要

高层及超高层建筑(尤其是软土地基上的此类建筑)的桩基础和上部筏板可以形成桩筏基础。桩筏基础具有良好的承受载荷、减少平均沉降、调节差异沉降功能。本文拟采用共同作用的思路对桩筏基础分析方法进行研究，同时通过超高层建筑——上海环球金融中心桩筏基础实测进行验证，并引入计算机图形学中的Voronoi算法来考虑土层的横向不均匀性。本文开展的研究主要有以下内容： 1)以修正的Poulos弹性理论解为基础，分析单桩、双桩、桩土、土土影响系数，进而计算桩土刚度。在桩土刚度的影响因素中，对桩长、桩径、土层压缩模量、泊松比等因素的具体影响进行研究。同时通过对实际工程中长短桩和后浇带问题进行分析，验证程序的有效性。 2)Geddes弹性理论解把桩阻力分为：均匀分布侧阻力、三角形(线性增长)分布侧阻力和端阻力三种形式。本文对Geddes弹性应力解进行修正后，分析桩-桩影响系数，进行群桩分析，通过分析模型结构验证方法的合理性。并研究桩长、桩径、土层压缩模量等因素的对桩身刚度的影响。 3)以Reissner厚板理论为基础，采用八结点等参元分析筏板结构，采用有限元软件ANSYS中壳元验证程序分析结果，进而分析板计算的影响因素。分析共同作用方法的特点，找到分析上部结构的简化方法，并应用到工程实际中。把共同作用的分析方法应用到中央电视台电视文化中心(TVCC)的工程分析中，验证程序的实用性。 4)总结Voronoi图和其对偶图Delaunay三角形的定义和性质，同时分析其算法，主要研究间接法得到Voronoi图的算法。采用此算法分析一个理想模型考虑横向不均匀性与否的差别，同时分析转炉桩筏基础在考虑横向不均匀性与否的差别，总结考虑土层横向不均匀性与否的影响。 5)采用共同作用的方法分析超高层建筑——上海环球金融中心桩筏基础的沉降、桩顶反力、弯矩等项目，整理环球金融中心工程实测数据。通过精密水准仪测量筏板标高，由变化值得到沉降，绘制等值线图。采用桩项压力盒和表面应变计测试桩顶反力，分析其变化规律。利用钢筋应力计和混凝土应变计测量筏板钢筋和混凝土的应力、应变变化，同时用温度计测试筏板混凝土的温度，观测水化热的影响。采用孔隙水压力计和土压力盒测试孔隙水压力和桩间土的水土压力，分析桩土荷载的分担比。总结此类桩筏结构的规律，验证程序分析结果的有效性，为此类超高层建筑桩筏基础的设计总结经验。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的提出和研究意义

1.1.1问题的提出

1.1.2理论研究的趋势

1.1.3课题研究的意义

1.2桩筏基础分析方法综述

1.2.1桩基础研究综述

1.2.2筏板研究综述

1.3土层不均匀性的考虑

1.4本文开展的工作

1.5本文创新点

第2章桩土刚度计算理论分析

2.1概述

2.2桩土刚度的修正Poulos解分析

2.2.1 Poulos解的理论基础

2.2.1现有修正poulos解方法

2.2.3修正Poulos解方法及分析

2.2.4桩土刚度影响因素分析

2.2.5工程中长短桩分析

2.2.6桩筏基础后浇带问题

2.3桩土刚度的修正Geddes解分析

2.3.1 Geddes解理论基础

2.3.2现有基于Geddes解分析方法

2.3.3 Geddes解的应用和桩土刚度分析

2.3.4影响因素分析

2.4两种分析方法的对比

2.5本章小结

第3章桩筏基础共同作用分析方法及应用

3.1筏板结构分析

3.1.1 Reissner厚板理论假定

3.1.2 Reissner厚板模型理论基础

3.1.3弹性厚板八结点等参单元

3.1.4分析流程图

3.1.5计算实例

3.1.6 ANSYS分析校验

3.1.7板分析的影响因素

3.2上部结构分析

3.2.1上部结构分析方法概述

3.2.2简化分析方法

3.2.3分析实例

3.3共同作用分析

3.3.1上部结构刚度的影响

3.3.2基础刚度的影响

3.3.3地基刚度的影响

3.4央视TVCC桩筏基础分析

3.5本章小结

第4章考虑土层横向不均匀性的桩筏基础分析

4.1引言

4.2定义和性质

4.2.1 Voronoi图定义

4.2.2 Delaunay三角剖分定义

4.2.3 Voronoi图性质

4.2.4 Delaunay三角形的性质

4.3 Voronoi图的算法

4.3.1 TIN的基本定义

4.3.2局部优化过程

4.3.3 Delaunay三角网生成

4.3.4 Voronoi图的生成

4.4考虑土层不均匀性的理想模型分析

4.4.1模型概况

4.4.2结果分析

4.5考虑土层横向不均匀性的转炉桩筏基础分析

4.5.1工程概况

4.5.2程序计算和结果分析

4.6本章小结

第5章环球金融中心桩筏基础计算和工程实测分析

5.1上海环球金融中心计算分析

5.1.1工程概况

5.1.2计算过程

5.1.3分析结果

5.2测试设备和测试内容

5.2.1沉降测试

5.2.2桩项反力

5.2.3筏板钢筋应力及混凝土应力和温度

5.2.4水、土压力

5.3施工进度

5.4测试结果分析

5.4.1沉降测试

5.4.2桩顶反力

5.4.3筏板钢筋应力及混凝土应力和温度

5.4.4水、土压力

5.5本章小结

第6章结论与展望

6.1本文主要结论

6.2下一步研究展望

附录

参考文献

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果