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上部结构—筏板—地基相互作用的有限元分析

作　者: 范丽佳
导　师: 郭小刚
学　校: 湘潭大学
专　业: 结构工程
关键词: 空间框架筏板地基共同作用数值模拟
分类号: TU47
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 55次
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内容摘要

随着高层建筑的发展，筏板基础已经成为一种较常用的基础形式。国内外的研究者都对其进行了广泛的研究，尤其是在上部结构、基础和地基的共同作用方面的研究，已经日渐成熟，并应用在工程的设计中。本文针对上部结构、筏板基础和地基的共同作用，在考虑了土体的非线性性质和整体变形协调后，选取合适的三维空间计算模型，应用有限元仿真软件ANSYS建立框架、筏板和地基相互作用的体系，对其进行共同作用分析。（1）对共同作用的原理及各部分的有限元模型的选择等进行了介绍；（2）验证了用ANSYS进行共同作用分析的可行性，能正确的反应在外荷载作用下共同作用的三部分之间的相互影响；（3）对共同作用方法及常规计算方法进行分析比较、探讨，揭示了结构物在静力平衡条件和变形协调条件的情况下，三部分之间的相互作用影响及相互关系；（4）着重分析了在地基土刚度、筏板刚度和框架梁截面作用下，上部框架的轴力，整体的沉降，筏板的内力和地基土的应力等几个方面进行分析。每个刚度的变化设置三个不同的数值来进行对比，在最后得出在进行工程设计时对筏板基础的板厚的分析，比如在筏板的周围可以适当的减小厚度，成外弱内强的方式，更适合筏板的受力状况，适当的情况下可以做成有肋梁形式的筏基。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题研究背景  8-9
  1.2 课题研究的意义  9-10
  1.3 该课题在国内外的研究现状  10-12
    1.3.1 共同作用国外研究现状  10
    1.3.2 共同作用国内研究现状  10-12
  1.4 土与结构共同作用的分析方法  12-14
    1.4.1 共同作用发展的三个阶段  12-13
    1.4.2 共同作用的分析方法  13-14
  1.5 本文的主要内容  14-16
第2章上部结构、基础和地基共同工作的机理分析  16-22
  2.1 上部结构刚度对基础受力的影响  16-18
    2.1.1 上部结构刚度对基础内力的影响  16-17
    2.1.2 上部结构刚度对基础影响贡献的有限性  17-18
  2.2 基础刚度对基底反力分布的影响  18-20
    2.2.1 绝对刚性基础和绝对柔性基础  18-19
    2.2.2 基底反力分布的一些定性规律  19-20
  2.3 地基对基础受力状况的影响  20-22
第3章共同作用的分析中基础地基模型  22-39
  3.1 上部结构的有限元分析的子结构方法  22-24
    3.1.1 刚度矩阵和荷载向量向边界节点的凝聚  22-23
    3.1.2 共同作用分析的子结构法  23-24
  3.2 板的有限元分析理论  24-31
    3.2.1 克希霍夫（Kirchhoff）薄板理论分析  25-28
    3.2.2 明德林（Mindlin）中厚板理论  28-31
  3.3 新型厚/薄板通用单元初论  31-32
  3.4 地基土的模型  32-38
    3.4.1 土的线性弹性模型  33-34
    3.4.2 土的非线性弹性模型  34-36
    3.4.3 土的弹塑性模型  36-38
  3.5 高层建筑筏板基础共同作用理论方程  38-39
第4章空间框架-筏板和地基共同作用分析  39-67
  4.1 ANSYS 有限元介绍  39-40
  4.2 模型的建立  40-43
    4.2.1 单元的选择  40
    4.2.2 结构模型  40-41
    4.2.3 基本假定  41
    4.2.4 地基土边界条件设定  41-43
  4.3 地基刚度的影响  43-50
    4.3.1 对底层柱轴力影响  43-44
    4.3.2 地基沉降对比分析  44-45
    4.3.3 对筏板内力的影响  45-49
    4.3.4 基底反力对比分析  49-50
  4.4 筏板厚度的影响  50-60
    4.4.1 对底层柱轴力影响  51-52
    4.4.2 地基沉降对比分析  52-54
    4.4.3 对筏板内力的影响  54-58
    4.4.4 基底反力对比分析  58-60
  4.5 框架梁、柱刚度的影响  60-65
    4.5.1 对底层柱轴力影响  60
    4.5.2 地基沉降对比分析  60-62
    4.5.3 对筏板内力的影响  62-64
    4.5.4 基底反力对比分析  64-65
  4.6 本章小结  65-67
第5章结束语  67-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文  73

上部结构—筏板—地基相互作用的有限元分析

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