干腾君[1]2001年在《考虑上部结构共同作用的筏板基础分析及其优化》文中研究说明筏板基础在高层建筑结构中得到了广泛的应用，筏板基础的研究成为了工程界广泛关注的课题。过去人们对筏板基础的受力变形特性进行了大量的研究，取得了一些研究成果。但由于筏板基础的受力与诸多因素有关，使问题研究起来比较复杂，目前的研究成果还不能完全满足实际的需要。本文在分析研究国内外有关筏板基础分析方法及其研究状况的基础上，利用边界元、有限元以及无限元等的数值方法，对筏板基础的受力变形特性、内力变化规律以及筏板基础在结构设计中的优化问题进行了分析和探索，建立了筏板基础与地基和上部结构共同作用的耦合分析模型。其主要工作和结论如下： （1）对于双参数弹性地基上薄板的弯曲问题，采用克希霍夫（Kirchhoff）的薄板弯曲理论，利用边界元进行了分析；然后利用有限元对带肋筏板基础的肋梁进行了分析；通过耦合建立了双参数弹性地基上的带肋薄板耦合分析方程，编制了相应的计算机分析程序。通过算例分析表明： a）利用本文的方法分析双参数弹性地基上的带肋薄板是切实可行的，且具有计算精度高的特点。 b）筏板基础的厚度对调整地基的不均匀沉降起着主要作用。 c）板加肋明显提高了调整差异沉降的能力，改善了筏板基础的受力性能。d）设置悬挑有利于筏板基础的受力，但设置悬挑的长度不宜过大。（2）对于厚筏基础，采用Reissner的厚板理论，由胡海昌推导的厚板弯曲问题的基本方程，进行了双参数弹性地基上厚板的边界元分析。利用边界元和有限元的耦合分析方法，对厚板加肋的情况进行了分析，编制了其计算分析的程序。通过算例计算表明： a）本文厚筏基础的分析方法是合理、可行的。 b）加肋对厚板的作用，随板厚的增大而减小。c）采用厚板理论结果是在肋梁处的差异沉降变化明显增大。（3）考虑上部结构、基础和地基的共同作用问题，采用有限元法对上部结构进行了数值模拟，利用子结构的凝聚方法，对于薄板和厚板两种情况的筏板基础，进行了考虑上部结构共同作用的筏板基础耦合分析，编制了耦合分析的计算程序；由算例考察了上部结构对筏板基础受力的影响，得出是否考虑上部结构共同作用具有比较明显的差别，考虑上部结构的共同作用将使筏板基础的弯矩和差异沉降都将减小，对筏板基础受力有利。<WP=4>（4）在考虑上部结构共同作用的条件下，采用钢筋混凝土厚筏基础的八结点的平面弯曲单元与地基的二十结点有限元和十二结点无限元的分析方法，研究并建立了考虑上部结构共同作用的非线性地基上钢筋混凝土筏板基础的非线性分析模型。在筏板计算过程中，进行了分层处理。在地基中，对于近域部分，考虑到其受荷性质，采用了非线性的邓肯-张（Duncan-chang）模型或弹塑性的剑桥模型，用二十结点的有限元分析；对于远域部分，由于受荷载作用小，采用弹性理论模型，用十二结点的无限元分析。编制了考虑上部结构共同作用的非线性地基上钢筋混凝土筏板基础的非线性耦合分析的计算程序，进行算例分析，得出了如下的结论： a）钢筋混凝土筏板基础的受力和变形符合筏板基础的实际受力状况，结果令人满意，表明本文的计算方法是切实可行的。 b）本文方法成功地描述了筏板基础的非线性特征，可作为筏板基础设计计算的实用、可靠的分析手段，对工程实际具有重要的参考价值。c）在分析研究的过程中，首次将板划分为钢筋层和混凝土层进行分层计算，是对钢筋混凝土筏板基础分析的一种创意。（5）应用筏板基础的非线性分析方法，考察了影响筏板基础受力性能的混凝土强度等级、筏板基础厚度、上部结构荷载大小以及筏土刚度比等因素对筏板基础的受力特性的影响，通过大量的数值计算，对筏板基础的优化设计进行了分析，得出如下的结论： a）混凝土强度和厚度提高，均使其差异沉降减小，筏板基础的内力增大，但混凝土强度的影响与厚度的影响相比相对较小；b）从混凝土强度变化的影响，说明《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（JGJ6-99）中规定筏形基础的混凝土强度等级不应低于C30是合理的。但混凝土强度等级也不宜过高，比较经济、合理的选择应是混凝土强度等级在C30~C40的范围内比较合适。c）从筏土刚度比与筏板基础的变形和内力关系，可以得出按差异沉降为0.001L确定筏板基础的厚度，能够满足工程实际的需要，做到经济、合理和实用。
秦政[2]2015年在《高层建筑筏形基础受力影响因素分析及设计优化》文中研究指明筏形基础具有刚度大、整体性强、抗震性能好等优点,因此在建筑工程中得到广泛应用。但由于影响筏形基础受力变形的因素比较复杂,对筏形基础受力机理还有待研究,致使在实际工程中,不同设计人员设计筏形基础的厚度、钢筋用量差异较大,从而给工程造成材料浪费、安全隐患。本文在查阅国内外建筑筏形基础的常用计算分析理论、设计方法的基础上,总结设计中可能造成筏形基础底板偏厚、配筋偏大的原因,进行筏形基础的受力分析及设计优化。本文主要分为叁个部分：1)利用有限元方法计算模拟上部结构刚度、基底摩擦力、侧土压力、地下水浮力对筏形基础受力的影响以及筏板冲切受力分析,得到以下结论：(1)是否考虑上部结构共同作用对筏板的受力变形计算值会产生很大的差异。当上部结构为框架结构时,应考虑上部结构施工过程对筏板受力变形的影响。(2)当上部结构为框架结构且筏板厚度不超过lm时,若地基土为粘性土、粉土,宜考虑板土间实际摩擦力大小进行计算设计；其他情况下采用板土固接假定能满足计算精度的要求。(3)侧土压力对筏形基础的变形抑制作用不明显,筏基计算时若己考虑上部结构共同作用则可不考虑侧土压力。(4)地下水抗浮计算时,应按只受压单元模拟土体对筏板的约束,或者应进行非线性迭代计算至土弹簧不出现拉力为止。(5)筏板混凝土的标号最大取到C40即可。箍筋对提高筏板抗冲切承载力的效果明显优于弯起钢筋。当筏板厚度达到1200mm后,配置弯起钢筋效果十分有限,不建议配置弯起钢筋。2)利用有限元方法计算分析钢筋因素对筏形基础混凝土的开裂、水化热、徐变收缩的影响,本文得出：配置筏板表面钢筋网时,相对于大直径大间距的配筋方式,小直径小间距配筋对混凝土受拉裂缝的抑制作用相对更好；超厚筏板设置中间层钢筋对抑制因水化热作用引起的混凝土表面拉应力的作用几乎没有贡献。3)结合实际工程,从筏板布置、筏板厚度、钢筋配置、混凝土材料的选用等方面总结提出对筏形基础设计优化的建议,使得筏形基础受力合理、造价经济。
艾虎[3]2007年在《筏板基础计算模型的比较研究》文中认为筏板基础作为上部结构与地基的过渡连接结构在我国的多层建筑中有着很广泛的应用。如何采用有效可靠的理论和数值分析方法，充分认识筏板基础在常规设计方法、板土局部共同作用及上部结构、基础与地基叁者共同作用受力和变形机理，从而改进传统设计方法，优化板的设计，仍然是目前工程中迫切需要解决的问题。本文系统地总结了板与土相互作用的空间有限元相关理论。针对目前大多数对筏板研究均建立在不同程度简化计算的基础上，为了使研究更接近于实际情况，本文利用ANSYS有限元软件建立了框筒上部结构、厚筏基础、(成层状横向各向同性)弹性半空间地基的空间结构计算模型，分析研究了上部结构、筏板厚度、筏板混凝土等级、地基弹性模量、上部结构施工模拟五个因素对筏板基础应力和变形的影响。同时，还对板土连续网格做法与板土接触做法对筏板基础应力和变形的影响进行了对比分析。最后，针对国内常用的叁种筏板基础设计计算方法，对同一个结构模型，分别采用不同的方法进行计算，对比分析了计算方法不同时，筏板基础的应力和变形。通过相关分析，本文得出了一些筏板基础设计的初步结论，所得结果对实际的筏板基础设计具有一定的参考价值。
王涛[4]2007年在《带裙房高层建筑桩基优化设计与桩土相互作用影响系数的试验研究》文中提出桩筏基础具有整体性好、竖向承载力高、基础沉降小、调节不均匀沉降能力强、较之桩箱基础具有更加开阔的内部空间的特点，同时可以承受风荷载或地震作用引起的巨大水平力，抗倾覆能力强，目前已成为高重建筑物或软土地基上建筑物常用的基础形式。本文通过野外一系列单桩、平板、带台单桩、带台双桩试验及主楼变刚度调平桩筏及主裙连体基础模型试验，实测出桩-土-桩相互作用影响范围，并针对现场特定土质条件通过回归分析提出对弹性理论相互作用影响系数的修正模型。基于地基、基础、上部结构共同作用原理以及模型试验的沉降与桩顶反力实测结果，论述了桩筏基础传统设计方法存在的弊端，建议采用变刚度调平设计新理念进行优化设计，既最大限度地减小差异沉降，又改善了桩筏基础的受力性状。最后，利用修正后的桩-土-桩相互作用影响系数，采用简化数值计算方法分析桩筏基础上部结构-基础-地基(桩土)的共同作用。主要完成以下工作：1．通过大比例尺模型试验及现场实测的结果与弹性理论解的对比，指出弹性理论解夸大了桩-桩、桩-土、土-土相互作用影响，造成沉降计算值偏大和过高估计桩顶反力的不均匀性(或筏底地基土反力的不均匀性)，并针对现场特定土质条件通过回归分析，提出对弹性理论相互作用影响系数的修正模型。2．对承台分担荷载比例的研究现状进行了总结，通过对带台单桩、群桩模型承载性状的分析，说明带台单桩的承载性状与群桩的承载性状并不完全相同。因此，不能将带台单桩的试验结果简单地推广到群桩的设计计算中去。在带台单桩试验中，发现带台单桩的极限承载力大于或等于单桩与平板极限承载力之和，即“1+1≧2”的结论，而在复合群桩试验中，复合桩基的极限承载力在桩距较小时则远小于各单桩与平板极限承载力之和，而且即便在较大桩距情况下，承台效应系数也难以发挥到1.0。现场大型群桩模型试验结果与弹性理论关于承台分担荷载的计算结果比较后表明，实测的承台分担荷载比也远远小于弹性理论计算结果。3．运用变刚度调平的概念设计理念，通过改变主楼下地基和基桩的刚度分布，使之与荷载匹配，从而促使框筒结构高层建筑主楼的变形趋向均匀，基础的冲、剪、弯内力、上部结构次生应力减小。这种变刚度调平的概念设计思想通过现场模型试验进行了验证，并介绍了应用此法进行某工程优化设计的过程。4．本次模型试验主裙之间未考虑变刚度调平和设置沉降后浇带，也未采取相应增沉措施，目的在于研究主裙连体对于沉降、荷载传递、筏板和上部结构内力等的影响，从而导致试验结果中主裙连体基础筏板纵向相对差异沉降略大于规范允许值。笔者为此对减小主裙差异沉降问题进行讨论，主裙连体设计应使基础沉降协调，高层主体采用桩筏基础使其沉降减至最小；裙房可采用天然地基上的独立基础、格形基础。地下水位高时，格形梁之间设抗水板，也可采用在梁板式筏基的中间板下敷设苯板、炉渣等增沉作法。基于基坑开挖回弹再压缩减小差异沉降的有利效应，当裙房超过4～5层或当裙房采用上述增沉措施时可不设沉降后浇带。模型试验无法模拟基坑开挖引起的回弹再压缩效应，这也是导致主裙间差异沉降略大于规范允许值的原因之一。5．利用修正后的桩-土-桩相互作用影响系数，对上部结构采用子结构法进行刚度凝聚、基础筏板采用中厚板理论、桩土应用Mindlin有限压缩层混合修正模型对桩筏基础进行简化计算。计算结果与模型试验结果吻合较好。
李兰[5]2007年在《高层建筑结构筏板基础设计与研究》文中进行了进一步梳理近年来,随着我国经济建设形势及科技的迅猛发展,高层建筑的建设呈现出数量大,层数多,结构体系新颖,计算理论和施工方法不断更新的趋势。高层建筑的受力复杂,对基础的强度、刚度和稳定性的要求也更加严格。基础工程的设计与施工对高层建筑本身及其周围环境的安全至关重要,其造价与工期对高层建筑总造价与总工期有举足轻重的影响。在各种复杂的地质条件下建造高层建筑,首先必须经济合理地做好基础设计。本文分别建立了考虑上部结构刚度的筏板模型以及不考虑上部刚度的筏板模型,采用叁维有限单元法分析上部结构和基础间的相互作用,探讨了上部结构刚度对基础内力的影响规律。结合安徽省某超限高层综合楼的工程项目,研究高层建筑的筏板基础设计等问题。根据上部结构形式,建筑物场地的工程地质条件、施工条件以及其他有关情况进行综合考虑,讨论可能采取的基础方案,论证选用筏板基础方案的科学合理性。用刚性板方法与文克尔地基模型上的弹性板方法进行筏板基础的设计分析计算,并将两种方法的计算结果进行对比。得出结论:基于土与结构物共同作用分析理论,在实际工程中,应充分考虑上部结构、基础和地基的具体情况,选用合理的计算模型进行分析,即从概念上加以控制,才能保证计算结果的合理性。高层建筑的基础设计是建筑结构设计中一项很重要的内容,也是一个复杂的问题。本文所做工作对今后类似项目的基础设计提供了一定思路和方法,具有一定的参考价佰和借鉴意义。
王瑜[6]2009年在《不同基础板理论下框架、筏板和地基共同作用的有限元分析》文中指出筏形基础以其自身优点被广泛使用于现在的建筑结构中。而目前对筏基的受力特性分析还不够完善,且应用的基础板理论有限,特别是在考虑上部结构、筏板和地基叁者共同作用的情况下,结构各部分受力与不考虑共同作用时有很大的差异。常规的设计方法是将叁者分离开来分别计算,各部分之间只考虑力的平衡关系,而不考虑位移的协调关系。大量研究文献表明这样计算出的结果和实际情况有很大差异,对结构的安全性和经济性有很大影响。本文在总结了国内外关于共同作用问题的研究方法和成果的基础上,应用不同基础板理论,进行框架、筏板和地基共同作用的有限元分析。使用不同的板单元模拟筏板基础,建立上部结构、筏板和地基的整体模型,在考虑共同作用的条件下,采用ANSYS有限元分析软件,在竖向静力荷载下,对整个结构进行计算,获得了结构体系各部分的内力及变形结果,揭示了不同基础板理论下上部框架、筏板基础和地基相互作用体系的受力与变形特征,分析采用薄板单元和厚板单元模拟筏板的差异以及两者的适用范围;并且应用共同作用理论,考虑筏板基础刚度和上部结构刚度大小对基础内力及变形特性的影响,给出了影响筏基受力变形的因素,揭示了不同工况下筏基受力变形的规律;同时,分析了上部结构中次应力的大小及分布。最后,本文根据分析结果,对高层建筑的设计和施工提出了一些合理建议。
武莹[7]2004年在《上部结构—筏板基础—地基共同作用有限元分析》文中提出本文在分析研究了国内外有关筏板基础分析方法及其研究现状的基础上，利用有限元数值分析方法，对筏板基础的受力变形特性以及筏板基础在结构设计中的优化问题进行了初步的分析和探索，建立了筏板基础与地基和上部结构共同作用分析模型。其主要工作如下： (1)根据克希霍夫的薄板小挠度理论，采用层状横向各向同性弹性半空间地基模型，把地基的效应归并到板的弯曲微分方程中，利用有限元方法对基础和地基进行分析，并通过ANSYS有限元分析程序，分析弹性地基上的筏板基础。 (2)根据上部结构、基础和地基共同作用的实际工作情况，利用空间杆件结构的有限元对上部结构进行分析，应用子结构凝聚技术将上部结构的有限元和弹性地基上筏板基础的有限元耦合，通过ANSYS程序的分析，分析上部结构对筏板基础受力及变形性能的影响。 (3)通过考察筏板基础的混凝土强度、厚度、荷载以及地基土的性质等因素对筏板基础受力机理的影响，得到筏板基础优化设计的结论。
李锦龙[8]2012年在《高层建筑框架剪力墙结构—桩筏基础—地基共同作用有限元分析》文中提出随着社会经济和科学技术的发展,近几十年来,我国高层建筑如雨后春笋般拔地而起,与此同时各工程技术研究人员也进行了大量与之相应的理论研究。在大量的工程实践中,人们通过现场实测与理论研究的对比,发现任何一个完整的建筑体系都是由上部结构、地基、基础叁部分组成,并且它们相互协调、统一工作。随着高层建筑的高度不断增高,竖向荷载和水平荷载大是高层建筑的一个重要特点,因此对地基基础的要求更高,所使用地基基础形式必须具有承受高竖向荷载、调节不均匀沉降、抵抗强倾覆力矩等要求,在所有基础形式中,桩筏基础具有这些有点。本文以兰州市城关区某住宅楼为研究算例,在前人的理论基础上,用SAP2000有限元分析软件建立框架剪力墙结构—桩筏基础—地基共同作用的叁维模型。通过改变上部结构刚度、筏板刚度,对模型进行共同作用的分析,得出以下结论：(1)通过共同作用分析与非共同作用分析的比较,发现考虑共同作用后,上部结构内力和和桩顶反力普遍增大,基础沉降和筏板内力均有不同程度的减小,基础沉降和筏板内力安全储备较大。因此,在实际工程设计中,使用共同作用的设计理念更符合建筑物实际受力状态,设计更合理,但也要适当地考虑共同作用对上部结构的不利影响。(2)通过改变上部结构的刚度,对桩顶反力、桩荷载分担比、筏板内力、基础沉降等的研究表明：上部结构刚度对减小基础差异沉降有利,但这种贡献是有限的,筏板的荷载分担比在本例中不容忽视,可以充分利用,减小造价。(3)增加筏板的刚度,发现筏板荷载分担比增大、基础差异沉降减小,因此,选择合适的筏板厚度用共同作用理论分析更经济合理。
张鹞[9]2008年在《刚性桩复合地基—筏板基础—上部结构共同作用性状研究》文中研究说明复合地基的理论与应用是目前土木工程中比较活跃的研究领域,近十多年来,复合地基技术得到了较大的发展。由于复合地基中设置的增强体不同,所以各类复合地基的承载机理也不完全相同。其中,刚性桩复合地基是近年来使用较多的一种复合地基型式。所谓刚性桩复合地基就是用钢筋混凝土桩或素混凝土桩这样的刚性桩增强体与周围土体共同承担上部荷载而形成的复合地基。本文根据前人的研究成果,采用一套解析模型分析刚性桩复合地基中桩-土-垫层的相互作用。同时,利用有限元法对上部结构-筏板体系进行分析。其中,筏板采用8结点Mindlin板单元模拟,上部结构采用空间杆系结构(梁单元)进行分析。再应用子结构法,将上部结构的刚度和荷载凝聚到筏板上,从而可以进行刚性桩复合地基-筏板基础-上部结构的共同作用整体结构分析。本文还运用上述基本原理,以团队原有程序为基础,在Visual C++平台上开发了面向对象分析程序OOAPRPCFRS(Object-Oriented Analytical Program for Rigid Pile Composite Foundation-Raft System),简称OOAP。本文程序主要进行结构的分析计算以及部分后处理,而结构分析的前处理主要通过大型有限元通用软件ANSYS来完成。在其完成前处理后,再通过本文程序的数据转换功能将其产生的前处理数据文件转换为本文程序的读入数据格式,从而进行本文程序的分析计算。随后,运用本文程序对一小算例进行了分析计算。通过其计算结果与试验结果、ANSYS计算结果的对比,对本文程序进行了程序验证。最后,利用本文程序,计算分析了在竖向荷载作用下,刚性桩复合地基-筏板体系在考虑上部结构共同作用时的筏板内力和沉降、复合地基中桩土应力分布、。研究结果表明,本文的解析模型和程序是切实可行的,其计算结果比较令人满意,具有一定的实用价值。
查晓礼[10]2008年在《井塔—桩筏基础—地基—井壁的共同作用机理研究》文中研究说明矿山井塔结构体系是由上部结构(井塔)、桩筏基础、地基和井壁四部分组成的统一体,四者共同承受外荷载,并相互影响。但工程中常规的设计方法普遍将上部结构(井塔)、桩筏基础和地基隔离开来分别考虑,且不考虑桩筏基础与井壁的共同承载特性,这种设计方法忽略了共同承载,怱略了上部结构、桩筏基础、井壁各部分的实际内力与实际情况有差别,结果造成设计偏于不安全或偏于浪费,造成经济上的损失。据此有必要将上部结构(井塔)、桩筏基础、地基和井壁四者作为一个整体进行研究,分析四者发生共同承载时各部分之间受力的特点,以优化井塔、桩筏基础、井壁的设计,使设计的筏板厚度、桩的直径和长度、井壁的厚度既能满足工程安全可靠的要求,又能达到节省材料的目的。本文将上部结构(井塔)、桩筏基础、地基、井壁四者看成一个共同承载的完整系统,用共同作用分析方法对该系统进行分析。采用子结构分析方法,对上部结构、筏基、桩和地基所组成的体系进行分析,先将整个结构分割成若干个子结构,然后按照规定的顺序进行各个子结构刚度和荷载的凝聚,从而实现整个上部结构的刚度和荷载向桩筏基础的筏板的凝聚,最后把桩和地基作为桩一土体系的整体来分析,建立桩土支承体系的支承刚度矩阵,进而求出上部结构(井塔)、桩筏基础、地基共同作用的基本方程。通过将上部结构刚度和上部结构荷载凝聚迭加到桩筏基础的筏板上,同时假设井塔桩筏基础对井壁的某一影响深度,对井壁-桩-土支承体系相互影响和基础筏板的分析,就可得到上部结构-井壁-桩筏系统共同作用的位移方程。地基采用Drucker-Prage模型,桩土界面采用面-面接触单元处理,桩筏基础筏板采用厚板理论分析,通过建立结构模型,用数值计算的方法对竖向荷载作用下的井塔、桩筏基础、地基和井壁组成的体系进行了叁维有限元分析。分析结果表明桩筏基础筏板顶部的竖向最大位移值与实测值相符合;桩筏基础在“回”字型筏板的四个内角处和桩基与筏板连接处出现应力集中现象,这是由于截面的变化所致;井壁上的拉、压应力最大值出现在井壁底部,侧壁应力从下到上逐渐减小。用数值模拟分析考虑四者共同承载的桩筏基础的竖向位移最大值与沉降观测实测最大值是相符合的,证明了将井塔、桩筏基础、地基和井壁四者作为一个共同承载的整体分析是可行和必要的。
参考文献：
[1]. 考虑上部结构共同作用的筏板基础分析及其优化[D]. 干腾君. 重庆大学. 2001
[2]. 高层建筑筏形基础受力影响因素分析及设计优化[D]. 秦政. 广东工业大学. 2015
[3]. 筏板基础计算模型的比较研究[D]. 艾虎. 北京交通大学. 2007
[4]. 带裙房高层建筑桩基优化设计与桩土相互作用影响系数的试验研究[D]. 王涛. 中国建筑科学研究院. 2007
[5]. 高层建筑结构筏板基础设计与研究[D]. 李兰. 合肥工业大学. 2007
[6]. 不同基础板理论下框架、筏板和地基共同作用的有限元分析[D]. 王瑜. 西安建筑科技大学. 2009
[7]. 上部结构—筏板基础—地基共同作用有限元分析[D]. 武莹. 长安大学. 2004
[8]. 高层建筑框架剪力墙结构—桩筏基础—地基共同作用有限元分析[D]. 李锦龙. 兰州交通大学. 2012
[9]. 刚性桩复合地基—筏板基础—上部结构共同作用性状研究[D]. 张鹞. 重庆大学. 2008
[10]. 井塔—桩筏基础—地基—井壁的共同作用机理研究[D]. 查晓礼. 西安科技大学. 2008
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