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超高层建筑桩筏基础的理论分析和工程应用研究

作　者: 申兆武
导　师: 朱合华；王卫东
学　校: 同济大学
专　业: 结构工程
关键词: 桩筏基础 Mindlin解 Poulos解 Geddes解 Reissner厚板共同作用 Voronoi图 Delaunay三角形环球金融中心工程实测
分类号: TU473.1
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

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、桩项反力、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。采用桩顶压力盒和表面应变计测试桩项反力,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。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
目录  10-14
第1章绪论  14-22
  1.1 课题的提出和研究意义  14-16
    1.1.1 问题的提出  14-15
    1.1.2 理论研究的趋势  15
    1.1.3 课题研究的意义  15-16
  1.2 桩筏基础分析方法综述  16-19
    1.2.1 桩基础研究综述  16-18
    1.2.2 筏板研究综述  18-19
  1.3 土层不均匀性的考虑  19-20
  1.4 本文开展的工作  20
  1.5 本文创新点  20-22
第2章桩土刚度计算理论分析  22-66
  2.1 概述  22
  2.2 桩土刚度的修正Poulos解分析  22-52
    2.2.1 Poulos解的理论基础  22-28
    2.2.2 现有修正poulos解方法  28-35
    2.2.3 修正Poulos解方法及分析  35-43
    2.2.4 桩土刚度影响因素分析  43-46
    2.2.5 工程中长短桩分析  46-49
    2.2.6 工程中后浇带分析  49-52
  2.3 桩土刚度的修正Geddes分析  52-64
    2.3.1 理论基础  53-54
    2.3.2 现有基于Geddes解分析方法  54-58
    2.3.3 Geddes解的应用和桩土刚度分析  58-61
    2.3.4 影响因素分析  61-64
  2.4 两种分析方法的对比  64-65
  2.5 本章小结  65-66
第3章桩筏基础共同作用分析方法及应用  66-96
  3.1 筏板结构分析  66-78
    3.1.1 Reissner厚板理论假定  66-67
    3.1.2 Reissner厚板模型理论基础  67-69
    3.1.3 弹性厚板八结点等参单元  69-71
    3.1.4 分析流程图  71-72
    3.1.5 计算实例  72-74
    3.1.6 ANSYS分析校验  74-76
    3.1.7 板分析的影响因素  76-78
  3.2 上部结构分析  78-85
    3.2.1 上部结构分析方法概述  78-81
    3.2.2 简化分析方法  81-82
    3.2.3 分析实例  82-85
  3.3 共同作用分析  85-89
    3.3.1 上部结构刚度的影响  87-88
    3.3.2 基础刚度的影响  88-89
    3.3.3 地基刚度的影响  89
  3.4 央视TVCC桩筏基础分析  89-94
  3.5 本章小结  94-96
第4章考虑土层横向不均匀性的桩筏基础分析  96-114
  4.1 引言  96
  4.2 定义和性质  96-99
    4.2.1 Voronoi图定义  96-97
    4.2.2 Delaunay三角剖分定义  97
    4.2.3 Voronoi图性质  97-98
    4.2.4 Delaunay三角形的性质  98-99
  4.3 Voronoi图的算法  99-103
    4.3.1 TIN的基本定义  99
    4.3.2 局部优化过程  99-100
    4.3.3 Delaunay三角网生成  100-103
    4.3.4 Voronoi图的生成  103
  4.4 考虑土层不均匀性的理想模型分析  103-106
    4.4.1 模型概况  103-104
    4.4.2 结果分析  104-106
  4.5 考虑土层横向不均匀性的转炉桩筏基础分析  106-112
    4.5.1 工程概况  107-109
    4.5.2 程序计算和结果分析  109-112
  4.6 本章小结  112-114
第5章环球金融中心桩筏基础计算和工程实测分析  114-146
  5.1 上海环球金融中心计算分析  114-120
    5.1.1 工程概况  114-116
    5.1.2 计算过程  116-117
    5.1.3 分析结果  117-120
  5.2 测试设备和测试内容  120-129
    5.2.1 沉降测试  121-122
    5.2.2 桩顶反力  122-124
    5.2.3 筏板钢筋应力及混凝土应力和温度  124-127
    5.2.4 水、土压力  127-129
  5.3 施工进度  129-132
  5.4 测试结果分析  132-145
    5.4.1 沉降测试  132-136
    5.4.2 桩顶反力  136-138
    5.4.3 筏板钢筋应力及混凝土应力和温度  138-143
    5.4.4 水、土压力  143-145
  5.5 本章小结  145-146
第6章结论与展望  146-148
  6.1 本文主要结论  146-147
  6.2 下一步研究展望  147-148
附录A Boussinesq解  148-150
附录B Mindlin解  150-152
附录C Poulos解  152-156
附录D 桩土分析Poulos解类框架图  156-158
附录E 桩土分析Geddes解类框架图  158-159
附录F 桩基沉降系数表  159-162
参考文献  162-170
致谢  170-171
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  171

超高层建筑桩筏基础的理论分析和工程应用研究

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