张苑竹[1]2000年在《空间框架与桩基的共同作用分析》文中提出本文将空间框架与桩基视为一个统一的整体，采用有限元和有限层法进 行共同作用分析，研究了上部结构刚度变化、桩土支承体系刚度变化等因 素对基础沉降与框架内力的影响，并与常规法解答进行了比较分析，为改 进和提高框架结构设计的安全和经济提供了依据。在以往的常规设计中， 将上部框架看成是柱底固定的独立结构进行计算，不考虑上部结构、基础 和地基之间的共同作用，与实际结构的受力与变形存在较大差异，使结构 设计存在有不安全或不经济的隐患。本文分析时将空间框架离散为空间杆 件单元，将成层地基离散为有限层元，采用P－S 曲线确定单桩刚度，建立了考虑空间框架与桩基共同作用的有限元和有限层模型，基于共同作用原 理，编制了相应的计算程序。针对某支承在桩基上的十层空间框架结构算 例，利用所编程序对空间框架进行了内力计算，并对梁高等因素进行调整， 分析其对共同作用的影响。本文得出了一些有意义的结论，可供工程应用 参考。
李益民[2]2003年在《基于共同作用分析法的高层框架与桩基础设计》文中进行了进一步梳理最近十年来，高层建筑迅猛发展，但现行规范所规定的常规设计方法与工程实际中结构受力情况有较大出入，改进高层建筑设计方法刻不容缓。本文基于共同作用分析法研究高层框架和桩基础的设计，即将高层框架与桩基础视为一个统一的整体，采用有限元和有限层法进行共同作用分析，研究了上部结构刚度变化等因素对基础沉降与框架内力的影响，并与常规设计法进行了比较分析，为改进和提高框架结构设计的安全和经济提供了依据。 在以往的常规设计中，将上部框架看成是柱底固定的独立结构进行计算，不考虑上部结构、基础和地基之间的共同作用，与实际结构的受力与变形存在较大差异，使设计出的结构不安全或不经济。本文分析时将空间框架离散为空间杆件单元，将成层地基离散为有限层元，采用Q-s曲线确定单桩刚度，建立了考虑空间框架与桩基共同作用的有限元和有限层模型。 最后，基于共同作用原理，在C++ Builder环境下编制了相应的计算程序。针对分别支承在两种不同型式的桩基上时的某高层框架结构，利用所编程序结合TAT软件对空间框架进行了内力计算，并对梁高等因素进行调整，分析其对共同作用的影响。本文得出了一些有意义的结论，可供工程应用参考。
张鹤年[3]2005年在《考虑上部结构共同作用的桩筏基础非线性分析》文中进行了进一步梳理随着房屋建筑的大量兴建和计算机技术的迅速发展,上部建筑与地基基础的共同作用问题已受到工程界的广泛重视.由于计算手段的制约,在建筑结构设计时,先把上部结构隔离出来,把基础视为绝对刚性支座,求出上部结构的内力、变形;再把地基反力作用在桩或地基上来设计桩或校核地基强度和变形.由于没有考虑基础沉降差引起上部结构的次应力,使上部结构的设计偏于不安全;而由于没有靠虑上部结构刚度的影响,基础的内力被高估.因而这种常规设计方法与建筑物实际工作性状不相符.虽然当前已有考虑桩筏非线性的设计,但仍无人在此基础上,考虑上部结构。因此考虑上部结构,进一步认识上部结构与筏基及桩基和地基土非线性共同作用机制,优化设计桩筏基础,具有重要的现实意义。 本文在分析国内外相关研究成果的基础上,建立了一种考虑上部结构的上部结构-桩筏基础—地基非线性共同作用分析方法:以子结构法凝聚上部结构的荷载及刚度,以平面壳体单元模拟筏板,按有限层法模拟桩土之间的弹性相互作用,用广义剪切位移法模拟桩的非线性工作性状,用CUT—OFF方法对筏底土的极限状态进行限制。编制了基于上述分析方法考虑上部结构及筏基实际刚度和桩的非线性的共同作用分析程序。 本文深入分析了上部结构对非线性共同作用的影响。考虑上部结构,将降低土反力最小值,降低平均土反力,使筏底土反力分布更不均匀。并将减小基础沉降的最大值和沉降差,尤其对降低沉降差有明显作用。 共同作用的效应在上部结构上表现为,边柱因挤压而加载,中柱因拉伸而卸载,从而改变了上部结构内力分布.同一层柱加载与卸载的代数和为零。考虑共同作用后,弯矩和剪力都比常规法较大。可见,在上部结构中产生了可观的次应力,在设计中如不加以考虑,结构在使用过程中可能产生开裂现象. 研究了合理布桩方式,探讨了以零差异沉降为目标的优化设计的可能途径。合理调整桩长、桩径,在荷载大的地方(筏板中央区域)布置长而粗的桩,在荷载小的地方(筏板边缘区域)布置短而细的桩,并考虑上部结构参与共同作用后,可以在不使上部结构产生可观的次应力的情况下,使得筏板的差异沉降很小,直至趋近于零。 大型工程实例的模拟与对比分析证明了本文方法的可行性和计算程序的实用性,进一步验证了非线性复合桩基设计时考虑上部结构的必要性。
刘作飞[4]2009年在《内河架空直立式框架码头与高陡岸坡共同作用研究》文中研究表明近年来,内河架空直立式框架码头新型结构已广泛应用于港口建设中,取得了极为广泛的经济效益、社会效益和环境效益。尽管如此,目前关于架空直立式框架码头结构的工作机理尚未得到清楚的认识,设计理论与方法还远远落后于工程实践。另外,由于数值分析方法和计算机仿真技术的发展,以及相互作用本身问题的复杂性,共同作用问题已成为结构工程领域关注的热点问题之一。因此,研究内河架空直立式框架码头结构与岸坡共同作用问题对结构和地基基础设计有着十分重要的意义。本文总结了国内外在上部结构与地基基础共同作用分析方面的研究方法和成果,针对内河架空直立式框架码头可能出现的高填方和软弱夹层特点,以重庆港寸滩集装箱码头一期工程为背景,建立了概化的内河架空直立式框架码头结构与高陡岸坡共同作用计算模型,并运用大型有限元软件对该模型进行了考虑施工过程的共同作用三维仿真分析,得到了上部结构、基础和岸坡地基的位移、应力变化规律,以及刚度变化对共同作用各方的影响,并针对出现的问题建议了优化的结构型式。通过在不同施工顺序条件下,框架码头与岸坡共同作用的对比分析,提出了适合于内河架空直立式框架码头特点的合理施工顺序:先桩基施工并与地梁或一层框架形成整体排架,再对基础进行回填,然后框架上部结构与岸坡回填同步施工到设计高程,最后进行接岸结构施工。同时还针对码头高填方岸坡软弱夹层的问题,运用有限元强度折减法理论进行共同作用分析,得到了码头岸坡的破坏模式,并提出了一种可以考虑共同作用的加固方法,同时还提出了土体强度折减修正系数,为采用共同作用分析方法去指导实际工程和解决问题提供了一种参考。
谢晨智[5]2007年在《上部结构—筏板基础—地基土相互作用的有限元分析》文中研究指明近年来,上部结构-基础-地基相互作用问题的研究已经从核电站、高层建筑、水坝扩展到大型桥梁、地下结构及生命线工程等众多领域,相互作用的研究已成为当前结构、岩土工程领域关注的课题之一。由于实际建筑物都是由上部结构、基础和地基组成的完整系统,三者之间是相互影响共同作用的,而在以往的常规设计中,将上部结构看成是柱底固定的独立结构进行计算,不考虑上部结构、基础和地基之间的相互作用,与实际结构的受力与变形存在较大差异,使设计的结构不安全或不经济。因此,如何发展一种共同作用实用的、有效的和可靠的理论和数值分析方法,充分认识上部结构-基础-地基共同作用机理,从而改进目前广泛应用的常规方法,是目前研究的热点课题。本文总结了国内外在上部结构与地基基础共同作用分析方面的研究方法和成果,首先,论述了共同作用的作用机理,分析上部结构、基础、地基的刚度形成及产生的影响效果,理论上阐述了上部结构-基础-地基相互作用体系的计算分析模型与分析方法;然后,通过选用合适的二维和三维模型算例进行有限元分析,并得出相关结论。论文主要进行了如下几个方面的分析工作:1.通过ANSYS有限元分析软件建立二维模型,分析在重力荷载作用下,上部结构、基础、地基的刚度对相互作用体系内力与变形的影响;2.通过ANSYS有限元分析软件建立二维模型,分析在重力荷载作用下,筏板基础的混凝土强度、厚度等因素对筏板基础的受力机制的影响,得出在进行筏板基础的结构设计时,如何合理地选择筏板基础地材料的分析。计算结果表明:筏板基础厚度与材料型号对筏板基础的受力性能影响具有一致性,筏板基础设计时的混凝土强度等级不应低于C30;3.通过ANSYS有限元分析软件建立三维模型,分析上部结构-基础-地基相互作用体系在刚性地基与柔性地基条件下,通过改变上部结构刚度、基础参数等因素的情况下进行地震谱动力反应分析。计算结果表明:在动力作用下,柔性地基条件下结构变形较刚性地基条件下更明显,而柔性地基条件下具有内力重分布性质,而且上部结构、基础、地基的刚度的改变对相互作用体系内力和变形均有影响。最后,在全面总结论文工作的基础上,提出该课题有待深入研究的若干问题。
田晓艳[6]2005年在《水平荷载作用下高层建筑—基础—地基的共同作用研究》文中提出近年来高层建筑迅猛发展,但现行规范所规定的常规设计方法与工程实际中结构受力情况有较大出入,其结果往往造成设计不是偏于不安全就是偏于浪费,改进高层建筑设计方法刻不容缓。由于数值分析方法和计算机仿真技术的发展以及相互作用本身问题的复杂性,高层建筑—基础—地基相互作用问题已成为结构工程领域内研究的热点问题之一。相互作用问题的研究对结构设计和建筑基础设计都具有明显的意义。为了研究水平荷载作用下高层建筑—基础—地基共同作用的结构受力和变形性能,本文着重对空间框架结构、桩筏基础与地基的共同作用建立三维数值模型,即将三者视为统一的整体,采用有限元法进行分析。本文首先利用三维有限元建立弹塑性地基上能够反映群桩效应和群桩中各桩荷载分担比的群桩数值分析模型,对数值计算方法量化水平荷载分担比的问题进行研究,主要研究距径比变化对荷载分担比的影响,得出了一些结论,可供有关桩基工程设计时参考使用。利用上面所建立的群桩数值分析模型,建立水平荷载作用下高层建筑—基础—地基共同作用分析模型。该模型除了能完成水平荷载作用下的共同作用分析外,还能对竖向荷载作用下的结构进行共同作用的受力和变形分析。利用大型有限元商业软件 ANSYS对一具体建筑进行对比计算,主要研究:⑴通过与常规方法相比,得出共同作用方法对上部结构水平位移及框架内力的影响;⑵竖向荷载对水平荷载作用下共同作用计算结果的影响;⑶不同桩径、不同筏板厚度、不同地基模型对水平荷载作用下共同作用计算结果的影响。通过分析比较,得出一些结论,为改进和提高框架结构设计的安全性和经济性提供了依据,可供工程应用参考。
熊辉[7]2003年在《层状场域内上、下部结构动力相互作用分析及其优化设计》文中指出广大研究者和工程技术人员在实践中已经意识到将上部结构和基础考虑作为一相互作用的整体来进行设计的必要性和优越性，无论是对于静力还是动力特性研究，群桩-土-结构作为一个共同体计算出来的结果不仅与通常的固定基础(不考虑相互作用)假设所得有较大出入，而且不同土层土质、群桩属性条件下的相互作用体系所表现出的受力与变形特点也不尽相同。在遭受水平地震作用时的上、下部相互作用的抗震设计中，结构工程与岩土工程对这一领域各自有所偏重，前者较为关注其上部结构的惯性反馈相互作用，而后者则更加关注的是其桩土基础子结构的刚体相互作用，但场地土在抗震工程中的双重作用均是不可忽视的。本论文工作将围绕地基-基础-上部结构共同作用这一课题作进一步探讨，侧重于水平地震作用下层状地基土中的桩基-建筑物的动力相互作用的研究，为实践应用提供了适合于工程目的的、比较简捷的实用计算方法，亦拟为没有明确规范指导的桩(土)基础-结构抗震设计提供一定的理论依据和设计建议。本文共分为六章： 1．通过对大量相关文献的概述总结，分析了国内外开展土-结构物共同作用研究的现状及其发展水平，评述了已有研究工作成果的局限性及优缺点；提出了本文针对桩基上下部结构体系所采用的理论分析途径和基本框架思路。 2．建立了以适应工程需要的基于二维平面动力分析的简化整体有限元模型；提出了能有效考虑桩尺寸效应的桩-土无单元划分技术，在考虑了模型的边界效应、桩基的水平动力特性和桩土界面的滑移、接触非线性行为的基础上，从时域内较为全面的研究了层状土域中桩基上下部结构的惯性相互作用和运动相互作用两种基本效应。 3．建立了时域内的桩-分层土-框架结构的三维全域内的动力非线性分析模型，对不同工况地震作用下(诸如不同地震波输入、土的弹性与弹塑性以及桩土接触等条件)的地基土-桩基-上部结构共同作用进行了较全面的场动模拟。该方法的最大特点是结合近、远场域的有限单元网格渐分技术，通过边界三维弹阻单元的设置，可以突出再现上、下部共同作用体系在地震作用下的全时程线性、非线性反应特性，从而为精确开展各类结构动力相互作用的设计与试验测试奠定了一定的理论基础。 4．针对在处理多桩数以及不同型式群桩时，数值解析方法存在的复杂性、适用性等问题，本文以动力文克尔梁模型为基本理论，利用基于Haskell-Thomson理论的传递矩阵法，给出了分层地基中单桩在轴、横多向受力条件下的力与位移动力相互关系的显示表达。在改进了Gazetas均质土中的桩一土一桩相互作用三步法计算模式的基础上，考虑了轴向力系影响，分别提出了桩顶谐振条件下以及水平地震作用下计算层状介质中动力相互作用因子的新方法，进一步地扩展了群桩-土相互作用简化方法的应用范围。现有文献中尚未见这方面研究成果的报道。 5.利用层状介质中桩一桩动力相互作用因子分析，获得了任意构型、桩数、土层属性下的群桩系统阻抗反应;基于共同作用理论，本文导出了时域中上、下部相互作用动力平衡方程式。基于该方程式，考查了场地土层、桩距径比特别是群桩布置等诸多因素对于桩一土一结构体系的影响，对水平地震作用下群桩一土一上部结构的混合时域、频域内反应特性进行了较全面的分析;基于复形调优法，利用群桩动力阻抗的频域相关性，以体系周期为基本目标函数，提出了群桩多维极值条件控制下的抽桩动力优化设计方法;并编制了群桩一分层土一上部结构的动力相互作用分析及优化设计程序。通过实例分析表明，在带桩结构工程中应用该程序进行抗震作用下的动力计算是简单可行的，同时也为桩基承载结构设计提供了一种新的思路。 6.给出了一系列有关上、下部结构共同作用的对比算例和工程实例数值分析，总结出各参与要素对动力相互作用体系地震响应的作用规律，并探讨了桩-土一上部结构共同作用程度的简单判别方法;此外还得出了一些结论，为在抗震设计中较精确地考虑上、下部结构共同作用提出了一些建议，亦为抗震规范的进一步修订提供了一定的理论依据。
崔春义[8]2007年在《桩—筏基础共同作用体系的时间效应数值分析与研究》文中提出在沿海地区存在深厚饱和软土下卧层，而且往往固结排水条件不良和流变性明显。因此，考虑时间效应的桩-筏基础体系共同作用研究十分必要。桩-筏基础体系共同作用的时间效应问题是一项富有挑战性的基础性和实用性课题。事实上，考虑时间效应的共同作用问题，特别是边界条件复杂的情况下很难依靠实验观测手段进行全面分析，建立在成熟理论框架上的数值模拟方法成为目前共同作用时间效应分析的主要途径和手段。目前，围绕共同作用时间效应的研究已取得较深入和全面的成果。但由于当时计算技术条件和理论的限制，概括地说具有如下特点和局限性：一、大多基于半解析半数值分析方法，无法适应边界条件复杂的情况(如载荷多样、接触条件和结构样式复杂等)；二、大多简化成二维平面应变模型无法真实反映体系三维空间效应和考虑上部结构的影响。三、由于固结数值计算的复杂性和求解繁琐性，大多数研究成果简化了基础与地基土接触界面行为的数学物理描述，无法真实反映基础与地基土之间例如滑动、脱空等接触界面行为；四、大多采用地基模型局限在线弹性范围或简单元件流变模型，在高荷载状态下，不能真实地反映地基土本构特性及其对共同作用体系中内力分布与变形发展的影响。本文基于已有研究成果的特点和局限性，更合理全面地考虑影响共同作用时间效应的诸如接触界面行为、地基弹塑性特性和上部结构刚度的影响等各种因素，通过建立更符合实际的数值模拟模型及相应的数值计算，深入地探讨和分析桩-筏基础共同作用体系的协同工作机制，对设计理论和工程实践具有一定指导作用和参考价值。研究内容主要包括如下几个方面：1在简化成平面应变状态下，应用二维Biot固结理论，对于地基土采用弹塑性Mohr-Coulomb屈服准则，利用基于罚接触算法的Coulomb接触对模拟基础与土之间允许“滑动和脱空”界面接触行为，对桩-筏基础与地基共同作用体系(包括筏板基础不完全共同作用体系和桩筏基础不完全共同作用体系)进行了二维弹塑性固结有限元数值分析。通过算例分析首先较为详细地讨论了加载后地基固结过程中超孔隙水压力的消散规律及其相关的Mandel-Cryer效应与地基受力变形变化的联系。进一步地，对于不同桩长情况下的桩筏基础不完全共同作用体系进行了固结时效性对比分析，结合已有研究成果，概括出桩-筏基础不完全共同体系时间效应一般性的非单调时间变化特征。分析表明在一定桩长范围内，随着桩长的变化，桩-筏与地基不完全共同作用体系的非单调时间变化特征可以相互转化，筏板基础和深桩桩筏基础呈现的时间变化特征只是此一般性特征的极限情况。并且通过对一般性桩长的具体算例，结合超孔隙水压力场的消散分布变化规律，探讨了桩-筏基础不完全共同作用体系一般性时间变化特征形成的机理和动因。此外，对桩筏基础共同作用体系的平面应变简化固结分析的局限性进行了讨论。从而提出了当沿平面内方向桩的布置较稀疏或土渗透性较好时，进行三维共同作用固结时间效应分析的必要性。2在前述桩-筏基础不完全共同作用体系时效性分析的基础上，附加考虑了上部结构刚度的影响，并通过建立三维有限元数值计算模型，合理地考虑了共同作用体系中地基土的空间效应。应用Biot固结理论、地基土Mohr-Coulomb弹塑性屈服准则，利用Coulomb接触对模拟桩基础、筏基础与土之间界面接触行为，通过分别建立上部结构-筏板基础-地基完全共同作用体系和上部结构-桩筏基础-地基完全共同作用体系固结时间效应分析三维有限元模型，对桩-筏基础完全共同作用体系时间效应进行了三维弹塑性固结有限元分析，结合在真实三维状态下超孔隙水压力消散分布变化规律，进一步探讨了桩-筏基础完全共同作用体系受力变形特性和协调机制的非单调时间变化特征及动因。分析还表明上部结构作为完全共同作用体系的一部分，其内力变形特性同样具有非单调的时间变化特征，其自身刚度也对体系时效性的影响也很显著，并且此种影响呈现一定的有限性，不会随上部结构刚度的提高而无限增大。此外，从另一角度论证了共同作用固结时效性平面应变分析的局限性和进行三维完全共同作用分析的必要性。3以大型非线性有限元软件ABAQUS为平台，通过编制了Fortran语言接口程序，二次开发了Perzyna过应力理论框架下的地基土弹粘塑性模型(EVP)，并实现了与Biot固结理论有限元耦合数值计算。基于此弹粘塑性模型，首先探讨了联合考虑地基流变特性和固结作用时，地基土中超孔隙水压力消散分布变化规律，论述了当地基土流变特性明显时，由粘性效应和Mandel-Cryer效应耦合作用下的超孔隙水压力增长机理。其次，建立了完全、不完全共同作用体系弹粘塑性固结有限元数值模型，通过参数对比分析研究了流变特性对共同作用固结时间效应的影响机制。分析表明考虑地基流变特性对固结时效性的影响时，共同作用时间效应呈现出与只考虑固结作用时趋势相近的非单调时间变化特征。当蠕变指数越大，超孔隙水压力受粘性效应和Mandel-Cryer效应耦合效应的影响越显著，从而桩-筏基础下卧层边缘和内部区的超孔压消散不平衡性越强，地基时程内有效应力场和位移变形调整幅度也就越大，桩-筏基础共同作用体系各部分内力变形时间变化特征程度就越明显。
姚祖恩, 蔡驰[9]1991年在《空间框架、基础、桩与土共同作用分析研究》文中研究指明本文采用有限单元法对空间框架、基础、桩和土介质系统进行了共同作用分析。分析时,充分利用有限单元法的优点,对空间框架、基础、桩和土分别采用了不同的有限元模型,特别考虑了土的层状分布及非均质性。 为在微型计算机上实现共同作用分析,分别对空间框架、基础和桩与土编制了三个计算程序。根据子结构原理,实现系统的整体分析。文中对一十层空间框架、基础、桩和土系统的典型工程进行了数值分析,获得了一些对设计十分有益的结论。
刘长喜[10]2009年在《山区道路悬挑结构与岩土的共同作用研究》文中指出随着我国经济的飞速发展,交通量日益增大,原有低等级公路普遍面临拓宽改造的问题,目前经常使用的开挖边坡及填土、圬工及锚索挡墙等拓宽方式,经济、环保效益不高。对于陡峻边坡条件下,提出了用整体悬挑结构拓宽山区道路,其设计理念是在不破坏原始生态环境的前提下,充分利用现有稳定路基,以悬挑结构补足道路欠宽部分,具有明显的经济、技术、环保优势。以214国道k1274+855~895为依托工程,对悬挑结构的受力机理进行分析,在适当假定的基础上提出悬挑结构与岩土共同作用的计算模型,综合立柱、锚杆与岩土的总刚度矩阵,利用变基床系数和地基柔度矩阵进行迭代,对悬挑结构与岩土的共同作用进行有限元分析,建立共同作用的基本方程。提出了悬挑结构与岩土共同作用的简化计算模型,推导了计算平面结构的力法方程,进而推广得到空间力法方程,对不同地质条件下锚固端的解决方案进行了讨论,对结构的稳定性也进行了分析。利用Ansys软件,建立反映结构实际工作状况的有限元模型,分析多种地基条件下(密实老填土、碎石土、岩石、局部软弱地基)悬挑结构的协同工作性能,计算表明本文提出的计算方法能够较好的反应结构与岩土的共同作用性能。
参考文献：
[1]. 空间框架与桩基的共同作用分析[D]. 张苑竹. 西安理工大学. 2000
[2]. 基于共同作用分析法的高层框架与桩基础设计[D]. 李益民. 四川大学. 2003
[3]. 考虑上部结构共同作用的桩筏基础非线性分析[D]. 张鹤年. 南京工业大学. 2005
[4]. 内河架空直立式框架码头与高陡岸坡共同作用研究[D]. 刘作飞. 重庆交通大学. 2009
[5]. 上部结构—筏板基础—地基土相互作用的有限元分析[D]. 谢晨智. 湖北工业大学. 2007
[6]. 水平荷载作用下高层建筑—基础—地基的共同作用研究[D]. 田晓艳. 西安科技大学. 2005
[7]. 层状场域内上、下部结构动力相互作用分析及其优化设计[D]. 熊辉. 湖南大学. 2003
[8]. 桩—筏基础共同作用体系的时间效应数值分析与研究[D]. 崔春义. 大连理工大学. 2007
[9]. 空间框架、基础、桩与土共同作用分析研究[J]. 姚祖恩, 蔡驰. 浙江大学学报(自然科学版). 1991
[10]. 山区道路悬挑结构与岩土的共同作用研究[D]. 刘长喜. 重庆交通大学. 2009
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