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高层建筑桩筏基础共同作用机理研究及优化设计

作 者: 宁向阳
导 师: 袁继国;李宁
学 校: 西安理工大学
专 业: 岩土工程
关键词: 共同作用 桩筏基础 布桩方式 优化设计
分类号: TU473.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2006年
下 载: 304次
引 用: 5次
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内容摘要


近20年左右,基于有限元分析的上部结构与地基基础共同作用理论研究已取得了丰硕的成果。但共同作用理论成果在工程实践中的应用明显滞后;在软土地区“沉降控制复合桩基”设计理论的提出与应用就是共同作用理论在实际工程中的应用。但是这种设计思路和方法对地域、桩型、以及上部结构的层数等方面都有严格的限制。由于地基土的分布和组成千差万别,目前已提出的土的本构关系也不尽相同,那么沉降计算值与实测值之间就有了很大的差异,这样就使得该理论在推广应用中受到了限制;近几年国内外学者在布桩方式上又提出了“内强外弱”、“外强内弱”两种截然不同的布桩方式,且都应用于工程实践,实践和理论分析表明二者在某种特定的条件下都有一定的优缺点。本文首先在前人关于桩筏基础沉降计算的基础上,提出了考虑土体非线性修正分层总和法的沉降计算方法;然后采用数值分析的手段,利用ANSYS有限元分析软件分别建立起了桩土、桩筏基础与地基土、上部结构桩筏基础与地基土共同作用分析模型,分析了各部分共同作用的受力性状和相互的影响;最后在此分析的基础上提出了一种桩筏基础的优化方法—“沉控调平”设计方法。论文主要工作和研究成果:a.对比分析了现行桩筏基础沉降计算方法,将邓肯地基模型引入沉降计算中,并考虑地基土三个方向应力的影响,在此基础上提出了“修正分层总和法”的沉降计算方法。b.利用大型有限元分析软件ANSYS分别建立起三维单桩分析模型、二维群桩分析模型及上部结构桩筏基础三维全有限元分析模型,讨论了桩长、桩径、桩数、布桩方式、筏板厚度及土模量对共同作用的影响。c.提出了“沉控调平”的桩筏基础的设计方法,并给出了设计步骤。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-22
  1.1 工程背景  8-9
  1.2 桩筏基础理论研究现状  9-15
    1.2.1 高层建筑桩筏基础承载机理  9-11
    1.2.2 桩筏基础分析方法的研究  11-15
  1.3 群桩基础设计方法进展  15-17
  1.4 沉控调平设计  17-20
  1.5 本文的研究工作思路及研究内容  20-22
2 高层建筑桩筏基础沉降计算方法研究  22-36
  2.1 桩筏基础沉降特性与计算方法  22-30
    2.1.1 常规桩基沉降计算  22-25
    2.1.2 沉降控制复合桩基沉降计算  25-30
  2.2 考虑土体非线性修正分层总和法  30-35
    2.2.1 沉降的组成分析  30-33
    2.2.2 S_1 的计算方法及计算范围  33-34
    2.2.3 S_2 的计算方法及计算范围  34-35
  2.3 小结  35-36
3 桩筏基础与地基土共同作用数值分析  36-60
  3.1 有限元法在桩筏基础与地基土共同作用中的应用  36-37
  3.2 有限元分析软件ANSYS 简介  37-39
  3.3 桩筏基础与地基土共同作用数值分析  39-58
    3.3.1 单桩与地基土共同作用数值分析  41-45
    3.3.2 群桩与地基土共同作用数值分析  45-58
  3.4 小结  58-60
4 上部结构桩筏基础共同作用数值分析  60-80
  4.1 共同作用模型的建立与结果分析  60-67
    4.1.1 实体模型介绍  60
    4.1.2 单元的选取  60
    4.1.3 计算域范围和边界条件  60-61
    4.1.4 结果分析  61-67
  4.2 上部结构对共同作用的影响  67-71
    4.2.1 上部结构对筏板沉降的影响  67-68
    4.2.2 上部结构对桩顶反力的影响  68-70
    4.2.3 上部结构对筏板内力的影响  70-71
  4.3 筏板厚度对共同作用的影响  71-74
    4.3.1 筏板厚度对筏板沉降的影响  71
    4.3.2 筏板厚度对桩顶反力的影响  71-72
    4.3.3 筏板厚度对上部结构内力的影响  72-74
  4.4 不同布桩方式对共同作用的影响  74-79
    4.4.1 不同布桩方式对筏板沉降的影响  75-76
    4.4.2 不同布桩方式对桩顶反力的影响  76-77
    4.4.3 不同布桩方式对上部结构柱轴力的影响  77
    4.4.4 不同布桩方式对筏板内力的影响  77-79
  4.5 小结  79-80
5 桩筏基础的优化及沉控调平设计  80-96
  5.1 桩筏基础优化设计综述  80-83
    5.1.1 引言  80-81
    5.1.2 现有桩筏基础优化设计方法评述  81-82
    5.1.3 桩筏基础优化设计理论  82-83
  5.2 沉降控制桩筏基础设计  83-87
    5.2.1 沉降控制桩筏基础设计简述  84-85
    5.2.2 沉降控制桩筏基础设计方法与步骤  85-86
    5.2.3 基于桩筏刚度的筏板厚度的确定  86-87
  5.3 关于布桩形式的讨论  87-90
  5.4 桩筏基础沉控调平设计  90-95
    5.4.1 调平的目的与差异沉降  91
    5.4.2 沉控调平的设计原理  91-92
    5.4.3 调平方案和沉控调平的步骤  92-95
  5.5 小结  95-96
6 结论与展望  96-98
  6.1 主要结论  96
  6.2 展望  96-98
7 致谢  98-100
附录  100-112
参考文献  112-115

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 土力学、地基基础工程 > 地基基础 > 桩基及深基础 > 桩基
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