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桩筏基础与地基土共同作用的三维数值模拟研究

作　者: 刘士锋
导　师: 刘文连
学　校: 昆明理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 桩筏基础 地基土 共同作用 ANSYS模拟
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


建筑体系是由上部结构、基础和地基三部分组成的整体，在荷载作用下，它们是相互影响、共同作用的。本文从桩筏基础与地基土的共同作用入手，利用大型有限元ANSYS程序建立三维计算模型。以沉降观测值为对比平台，通过对桩筏基础受力影响比较大的因素：桩长径比、桩距径比、筏板与土的弹性模量比、桩土弹性模量比的分析计算，找出各因素对以摩擦力为主的桩、筏、地基土共同作用下桩（角桩、边桩、中桩）的受力行为、建筑最终沉降及桩间土荷载分担情况的影响，得出一些定性、定量且有益的成果：1．上部结构和筏板的整体刚度对建筑物最终的沉降量影响比较大，筏土弹性模量对数比在3≤1g（Et/E0）≤4之间，其沉降量随着上部筏板弹性模量增大而减小，当1g（Et／E0）≥4时候，沉降减小不再明显。说明上部结构和筏板的整体刚度越大，土体的弹性模量越大，沉降量越小，但不意味着筏土弹性模量比可无限增大。从桩的长径比和距径比来看，减小桩间距比增加桩长更加有利于减小整体沉降量。2．从桩顶反力的分布来看，角桩最大，边桩其次，中桩最小，呈倒盆型分布。这就说明在一般建筑物的传统设计中满堂桩布置是不合理的。各参数对桩顶反力的影响来看，桩的长径比越大，其桩顶反力越均匀，在这个意义上来说，增加桩长可以有效的解决桩顶反力分布不均匀的现象。在计算过程中发现部分桩、特别是角桩受到拉力，分析其原因是在中部桩较密，群桩效应导致桩对土体的下拽作用的影响，所以应该严格按照规范规定的最小桩间距进行设计。3．从桩间土承担荷载情况来看，桩间土可以承担部分荷载，承担荷载大小在5％—30％不等。承担荷载的大小和上部结构的刚度、桩长径比、桩距径比和筏板的长宽比有很大关系，长径比越小、距径比越大，桩间土所承担的荷载越大。但是保守估计，在一般的桩基础设计中，采用8％—10％的总荷载由桩间土承担是安全的。通过模拟计算分析，传统的桩筏基础设计理论是不完善的，也可以说没有考虑共同作用下进行的桩基设计是不经济的，建筑物局部构件甚至是不安全的。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-14
  1.1 共同作用的概念  11-12
  1.2 共同作用面临的挑战  12-13
  1.3 群桩—筏—地基土共同作用分析研究意义  13-14
    1.3.1 研究的工程意义  13
    1.3.2 研究的理论意义  13-14
第二章 理论分析  14-39
  2.1 国内外桩、筏基础与地基共同作用研究状况  14-17
    2.1.1 筏板分析理论研究状况  14-15
    2.1.2 地基土的研究状况  15
    2.1.3 桩基础  15-16
    2.1.4 桩筏基础  16-17
  2.2 桩、土、承台(筏)共同工作研究综述  17-24
    2.2.1 桩土共同工作  17-19
    2.2.2 桩、土、承台共同工作的理论分析与计算  19-24
  2.3 筏板地基的设计方法  24
  2.4 桩与土和承台共同作用的基本方程  24-31
    2.4.1 桩基与广义承台概述  24-25
    2.4.2 桩与土和承台结构共同作用的基本方程  25-31
  2.5 筏板与桩土共同作用的筏板分析模式  31-35
    2.5.1 薄板理论  31-34
    2.5.2 厚板理论  34-35
  2.6 共同作用研究的研究对象  35-39
    2.6.1 地基基础变形  35-36
    2.6.2 高层建筑桩筏基础沉降计算半经验半理论公式  36-39
第三章 桩筏基础与地基共同作用的ANSYS模拟理论  39-50
  3.1 大型有限元分析软件ANSYS介绍  39-40
  3.2 ANSYS模型建模单元、材料的选择  40
    3.2.1 基本假定  40
    3.2.2 模型单元介绍  40
  3.3 材料本构关系及破坏准则  40-50
    3.3.1 混凝土  40-45
    3.3.2 D—P材料本构关系及屈服准则  45-50
第四章 模型建立与算例设计  50-61
  4.1 工程概况及工程、水文地质条件  50-52
    4.1.1 工程概况  50
    4.1.2 工程地质与水文地质概  50
    4.1.3 土的物理学性能指标  50-52
  4.2 单桩试桩实测沉降值与Ansys模拟值的计算与分析  52-56
    4.2.1 静载荷试验  52-53
    4.2.2 单桩桩土共同作用的模拟分析  53-54
    4.2.3 试桩的Q—S实测曲线与ANSYS模拟值的对比  54-56
  4.3 柱、桩布置平面图  56-59
  4.4 方案设计  59
  4.5 桩、筏、土共同作用ANSYS模型建立  59-61
第五章 模型计算数据和观测数据分析比较  61-83
  5.1 沉降量与各参数关系  61-70
    5.1.1 理论方法和规范公式计算基础沉降量  61
    5.1.2 土弹性模量和筏板长宽比对最大沉降量的影响  61-62
    5.1.3 筏板、土的弹性模量比对最大沉降量的影响  62-64
    5.1.4 桩长径比和距径比对最大沉降量的影响  64-66
    5.1.5 筏板的最大沉降量在模拟值和实际观测值对比分析  66-70
  5.2 桩顶反力与各项参数关系  70-74
    5.2.1 筏板、土的弹性模量比与桩顶反力的关系图  71-72
    5.2.2 桩长径比与桩顶反力的关系图  72-73
    5.2.3 桩距径比与桩顶反力的关系图  73-74
  5.3 桩土荷载分担关系和各项参数关系  74-78
    5.3.1 桩土模量比与土荷载分担的关系图  74-75
    5.3.2 桩长径比、距径比与土荷载分担关系图  75-77
    5.3.3 筏板土模量比、筏板长宽比与土荷载分担关系图  77-78
  5.4 在共同作用下筏板厚度与各参量之间关系  78-80
    5.4.1 筏板厚度与桩间土体承担荷载关系图  78
    5.4.2 筏板厚度与基底沉降分布的关系曲线图  78-80
  5.5 土反力与桩、下层土弹性模量比的关系  80
  5.6 桩自身压缩量分析  80-83
    5.6.1 桩顶与桩端沉降量与桩长径比之间的关系  80-81
    5.6.2 桩身压缩量与桩长径比之间的关系  81-83
第六章 结论与建议  83-85
  6.1 本文总结  83-84
  6.2 工作展望  84-85
参考文献  85-88
致谢  88-89
附注  89

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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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