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铅直荷载作用下的桩基础群台效应研究

作　者: 崔红军
导　师: 刘祖德
学　校: 武汉大学
专　业: 岩土工程
关键词: 群台效应摩擦群桩低承台荷载～沉降特征桩～土～承台～上部结构共同作用沉降耦合内力变化
分类号: TU473.1
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

桩基础的应用有着悠久的历史。近半个世纪以来，随着高层建筑的迅猛发展，桩基础的应用也越来越广泛。为了满足城市建设的多种需要，桩基础的研究也在各个方面产生了突破。研究中首先查阅了大量资料，熟悉桩基础研究在各个方向的进展，以及各种方法的适用条件，掌握了本学科的发展前沿。由于建筑物地基多种多样、建筑类型丰富多彩，桩基础的研究也在嵌岩桩、摩擦桩等多方面开展，研究方法也分为模型试验、现场试验与测试、理论分析等。目前，桩基础的研究中，桩～土～上部结构共同作用的研究是一个热点方向，之前在整板基础(包括箱型基础)满堂布桩、筏板基础满堂布桩等方面对桩～土～上部结构共同作用的研究较多，而对群台桩基与上部结构共同作用的研究较少。群台桩基础情况下，一般工程中是将各承台下小群桩分别计算，既不考虑各台间桩、土、承台的共同作用，也不考虑桩～土～上部结构的共同作用，这样在基础沉降计算和不均匀沉降对上部结构应力的影响方面均存在较大误差，建筑物出现问题时，难以确定其主要原因所在。研究工作针对大开间建筑物下采用群台桩基础时的桩～土～承台～上部结构之间的共同作用问题展开，研究了群台效应作用下基础的沉降及其对建筑物梁、柱应力的影响。研究采用Poulos提出的弹性理论计算法，并对公式进行了部分改进，使其原理更合理，计算精度更高，并将其用于群台桩基础桩～土～承台～上部结构共同作用研究，用FORTRAN语言编制了计算程序，研究了低承台小群桩的荷载～沉降特征，并确定了与前不同的用带台单桩等代低承台小群桩的方法，使等代带台单桩与其等代的低承台小群桩在考虑群台相互影响时荷载～沉降特征方面也基本吻合。研究中用弹性有限元方法编制了大开间建筑物结构分析程序，在计算中可考虑建筑物的分步施工和结构刚度逐步形成的过程，与群台桩基础在考虑桩～土～承台～上部结构共同作用下的沉降计算相耦合，计算对比了考虑与不考虑群台效应情况下的沉降量变化和结构内力变化。计算结果显示，考虑群台效应和桩～土～承台～上部结构共同作用情况下，建筑物将产生锅底形沉降，沉降分布和沉降量值均与工程实测值相吻合，验证了计算方法的合理性与实用性。程序同时计算了考虑群台效应和桩一土~承台~上部结构共同作用时梁、柱内力，与不考虑柱底沉降的计算结果进行了对比，发现角、边部位柱的内力、弯矩增加，中部柱的内力减小，而且边跨梁中最大拉应力增大很多，说明建筑物群台基础产生的锅底形沉降时，边跨梁的次应力可能使梁中总应力超过结构强度产生开裂。最后，对本文的工作和成果进行了总结与展望。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章概述  10-19
  1.1 引言  10-13
  1.2 本课题的研究现状  13-17
  1.3 本文的研究内容  17-19
第2章铅直荷载下桩-土-承台共同作用下的变形特征  19-58
  2.1 计算方法  19-34
    2.1.1 土的位移方程  19-26
    2.1.2 桩的位移方程  26-28
    2.1.3 桩-土位移相容性  28-29
    2.1.4 桩土滑动的处理  29-30
    2.1.5 桩、土参数取值  30-31
    2.1.6 单桩分析  31-34
  2.2 带台单桩的荷载-沉降特征  34-40
    2.2.1 台底基床系数的选取  34-35
    2.2.2 公式推导  35-40
  2.3 高台小群桩受荷沉降特征  40-45
    2.3.1 两桩桩间分析  40-41
    2.3.2 多桩桩间分析  41-42
    2.3.3 各桩沉降相同时的荷载～沉降分析  42-44
    2.3.4 各桩荷载相同时的荷载～沉降分析  44-45
  2.4 低承台小群桩受荷沉降特征  45-53
    2.4.1 不同桩距对荷载～沉降曲线的影响  48-50
    2.4.2 不同台底基床系数对荷载～沉降曲线的影响  50-51
    2.4.3 不同桩长对荷载～沉线的影响  51
    2.4.4 不同桩径对荷载～沉降曲线的影响  51-52
    2.4.5 不同桩数对荷载～沉降曲线的影响  52-53
  2.5 低承台小群桩等代为带台单桩  53-57
  2.6 本章小结  57-58
第3章大开间建筑物弹性有限元与群台桩基联合分析  58-103
  3.1 建筑物有限元分析  58-75
    3.1.1 梁、柱单元刚度矩阵  58-71
    3.1.2 整体结构刚度方程  71-72
    3.1.3 计算条件确定  72-75
  3.2 不考虑柱底沉降时的结构位移与内力计算  75-87
    3.2.1 建筑结构参数的确定  75
    3.2.2 荷载施加与结构刚度形成过程  75-80
    3.2.3 不考虑柱底沉降时的结构位移与内力计算  80-87
  3.3 结构有限元与群台效应联合分析  87-103
    3.3.1 各柱下低承台小群桩确定  87-89
    3.3.2 群台效应计算  89-92
    3.3.3 结构有限元与群台效应桩基础联合分析成果  92-103
第4章群台效应影响分析  103-109
  4.1 单桩、单台单桩、低承台小群桩、考虑群台效应影响的低承台小群桩荷载～沉降特征的比较  103-104
  4.2 群台效应与不计柱底沉降时计算成果的对比  104-105
  4.3 建筑物锅底形沉降的产生原因与解决方法探讨  105-109
第5章结论与展望  109-112
  5.1 研究工作总结  109-111
  5.2 本课题研究的展望  111-112
参考文献  112-118
致谢  118-119
学习期间发表的论文  119

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