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高层建筑桩筏基础工作性状研究及变刚度调平设计

作　者: 何子帅
导　师: 钟岱辉
学　校: 山东建筑大学
专　业: 岩土工程
关键词: 桩筏基础 差异沉降 模型试验 变刚度 调平设计
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 110次
引　用: 2次
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内容摘要


桩筏基础具有良好的整体性,其控制差异沉降和抵抗不均匀沉降的能力十分显著,目前已成为高层建筑或软土地基上建筑物最常用的基础型式。由于桩筏基础具有广阔的应用前景,从80年代以来,人们对桩筏基础的研究不断深入,取得了了大量的研究成果。但是桩筏基础与地基土共同作用十分复杂,承载机理和荷载传递机制尚未完全清楚,因此实际工程设计时往往采用保守的办法来保证安全系数,造成了材料的不必要浪费,大幅提高了工程造价。如何对桩筏基础进行优化设计,合理选取桩筏基础设计方案,逐渐成为当前研究的热点。桩筏基础设计的关键在于沉降的计算,在整理分析前人工作的基础上,本文总结了单桩、群桩沉降计算的各种方法,对比了各种方法的优缺点,提出使用有限元分析桩筏基础的原理、思路和方法。依托某高层建筑桩筏基础模型试验,对比分析四种不同方案下桩筏基础的沉降值、差异沉降、土反力和桩顶反力等数据,探讨了桩筏基础的工作机理,寻求较为普遍的规律,为以后的设计提供参考。利用大型有限元软件ANSYS对模型试验进行数值模拟,对天然地基上的筏板基础、均匀布桩、变桩距布桩、变桩长变桩距布桩四种工程常用方案分别建立计算模型,将计算结果与试验实测数据进行比较基本吻合,从而证明了数值模拟的可行性。依据理论、试验和数值分析的结果可以看出,对桩筏基础进行优化设计有较大的空间。介绍了两种改善桩筏基础工作效率的优化设计方法,即调整布桩方式和筏板厚度。调整布桩方式包括改变桩长、改变桩距、改变桩径等等,提出了选择“外强内弱”和“内强外弱”布桩方式的一般原则。对ANSYS模拟的六种筏板厚度结果进行分析,找到了筏板厚度变化对桩筏基础沉降及内力的影响关系,做出了筏板相对弯曲—厚度曲线,从而找到了选取合理筏板厚度的方法。综上,本文对高层建筑桩筏基础的工作性状进行了探讨,依据模型试验和数值分析得出了一些有益的结论,给出了变刚度调平设计的原理和指导思想,总结出桩筏基础优化设计的两种主要方法,为工程实用提供参考价值。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 选题背景与研究意义  9-10
  1.2 桩筏基础国内外研究现状  10-13
    1.2.1 桩筏基础试验研究  11-12
    1.2.2 桩筏基础分析方法  12-13
  1.3 变刚度桩筏基础研究现状  13-14
  1.4 本文的研究思路及工作  14-16
第2章 桩筏基础沉降计算  16-32
  2.1 高层建筑桩筏基础承载机理  16-17
  2.2 桩土共同作用理论与计算  17-25
    2.2.1 单桩与土分析方法  17-20
    2.2.2 群桩沉降计算  20-25
  2.3 筏板分析理论  25-32
    2.3.1 薄板理论  25-28
    2.3.2 厚板理论  28-32
第3章 桩筏基础数值分析原理  32-51
  3.1 有限单元法基本理论  32-38
    3.1.1 概述  32
    3.1.2 有限单元法分析流程  32-38
  3.2 ANSYS介绍  38-42
    3.2.1 ANSYS简介  38-39
    3.2.2 非线性方程求解方法  39-41
    3.2.3 APDL参数化语言设计  41-42
  3.3 材料模型及单元特性  42-51
    3.3.1 地基模型  42-47
    3.3.2 单元特性  47-51
第4章 桩筏基础模型试验与数值模拟  51-80
  4.1 变刚度桩筏基础模型试验  51-64
    4.1.1 试验模型与方案  51-56
    4.1.2 试验测试与加载  56-58
    4.1.3 试验地质条件  58-60
    4.1.4 试验结果  60-64
  4.2 变刚度桩筏基础数值模拟  64-79
    4.2.1 数值分析模型  64-67
    4.2.2 数值分析结果与试验对比  67-79
  4.3 小结  79-80
第5章 桩筏基础变刚度调平优化设计  80-91
  5.1 变刚度调平设计的原理与意义  80-81
  5.2 变刚度调平设计的方法和步骤  81-83
  5.3 桩筏基础优化设计理论  83-91
    5.3.1 布桩方式的优化  83-86
    5.3.2 筏板厚度的优化  86-91
第6章 结论与展望  91-93
  6.1 结论  91-92
  6.2 展望  92-93
参考文献  93-96
致谢  96-97
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况  97

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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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