结构–桩筏–地基体系时间效应的三维数值分析

软土的非线性特性及上部荷载作用下地基的固结效应对上部结构内力分布及桩筏基础变形往往具有不容忽视的影响。不考虑上部结构刚度影响的共同作用分析常规设计方法与二维简化方法尚未全面地反映共同作用体系的实际工作机理。为此基于Biot固结理论,考虑地基土的弹塑性特性,对上部结构–桩筏基础–地基共同作用体系的时间效应进行了三维有限元数值分析。结果表明:地基的固结效应对共同作用体系的承载机理与变形协调能力具有显著的影响,共同作用体系的工作性能紧密地依赖于超孔隙水压力随时间的变化特征。同时上部结构刚度对共同作用体系的时间效应也具有不可忽视的影响。因此,在共同作用体系分析中应合理地考虑结构刚度效应和地基固结的时间效应。

被动桩与土相互作用解析计算研究

为解决被动桩–土相互作用的力学问题,基于土体弹性假设及Winkler地基模型,分析了抗滑桩与土体相互作用机理,提出被动桩与土相互作用的弹性地基梁模型控制方程组,推导了桩身力学响应的数学解析表达式,编制MATLAB计算程序进行桩内力计算,并与现场监测数据进行了对比,结果验证了本文解析方法是可靠的;最后将该模型应用于深圳中荣煜滑坡治理的抗滑桩设计计算中,探讨了地基水平抗力系数,滑坡剩余推力及其分布函数,对抗滑桩内力和挠度的影响,计算结果表明:在滑坡剩余下滑力相同的条件下,各种不同分布形式中三角形分布将产生大的弯矩,抛物线分布次之,均匀分布最小,悬殊比率大,达47%;相同地基水平抗力条件下,均匀分布桩顶挠度大于三角形和抛物线分布;这些研究成果可为优化抗滑桩的结构设计及内力计算提供理论依据。

半无限大弹性地基上变截面筒中筒高层建筑结构的自由振动

本文以变截面筒中筒结构为例建立了地基、基础与上部结构共同工作的自由振动模型；导出了计算储存在半无限弹性地基中弹性变形能所需的各种地基刚度。通过对广东国际大厦所采用的筒中筒结构的自由振动分析，得出了一些令人满意的比较切合实际的结论。

水平与上拔组合荷载下柔性单桩承载特性试验研究

为探讨柔性单桩在水平与上拔组合荷载下的承载特性,开展了两组共6根单桩室内模型加载试验。其结果表明:相比于纯水平受荷桩的极限承载力Hu1,预先施加不超过0.5Tu1(纯上拔桩的极限承载力)的上拔荷载能够提高单桩的水平极限承载力,且随上拔荷载增加,水平极限承载力先增大后减小;增大预先施加的上拔荷载降低了同一水平荷载下桩身的弯矩及土反力,也削弱了地基的水平刚度,综合影响下桩身的水平位移先减小后增大;预先施加不超过0.5Hu1的水平荷载主要增大0~10D(D为外径)范围内桩身的平均摩阻力从而提高上拔极限承载力值,且水平荷载越大,其提高效果越显著;当水平荷载达到0.5Hu1时,对应的上拔极限承载力相比Tu1增加了17.1%,设计中可对增加的上拔极限承载力给予考虑。进一步通过理论研究验证了试验结果的合理性,给出了组合荷载下柔性桩的上拔极限承载力计算公式,其计算误差在6%范围内。

半无限大弹性地基等效刚度公式及其应用

根据Mindlin关于一集中力作用在半空间弹性体中的位移公式,采用能量等效原理推导出半无限大弹性地基考虑基础埋深时基坑底部的法向等效刚度和切向等效刚度公式、基坑坑壁的法向等效刚度和切向等效刚度公式。同理根据Boussinesq关于半空间体在边界上受法向集中力的位移公式和Cerruti关于半空间体在边界上受切向集中力的位移公式,推导出不考虑基础埋深时地基的法向等效刚度和切向等效刚度公式,以及运用这些公式计算出半无限大弹性地基取不同地基土时的等效刚度。最后举例说明了这些等效刚度公式在分析高层和超高层建筑的上部结构、基础、地基的共同工作时的应用。

地基固结对结构—筏板—地基共同作用影响的三维数值分析

不考虑上部结构刚度影响的常规设计方法及共同作用分析的二维方法尚未真实地或全面地反映上部结构-筏板基础-地基的联合工作机理.为此,基于三维Biot固结理论,结合Mohr-Coulomb理想弹塑性模型考虑地基土的非线性特性来反映地基的固结效应,对上部结构-筏板基础-地基共同作用体系进行了三维有限元数值分析.计算与分析表明:当考虑三维空间效应时,地基的固结作用对上部结构-筏板-地基共同作用体系的承载机理与变形协调能力具有显著的影响,共同作用体系中各部分受力变形特性具有明显的时间效应,并且紧密地依赖于超孔隙水压力随时间的变化特征,同时上部结构刚度对共同作用时间效应的影响较为明显.

箱形基础在上下部共同作用下整体受力的极限分析

提出箱形基础在上下部共同作用下整体受力极限分析方法,并与实际工程实测结果对照验证其合理性与可靠性。将上部结构与箱基、地基视为整体,借助于上下部同步进入极限状态的虚功率方程,从极限分析的角度对箱基在上下部共同作用下的整体受力进行求解。根据十字机动破坏模型和双抛物线基反力破坏模式,求出相应箱基整体受力上限解。箱基整体进入极限受弯状态时,视上部结构为框架体系,计算上部结构抗弯刚度对箱基整体受力解约束效应分析。选取两个具有较完整实测结果的箱形基础工程按以上方法进行极限分析,并与实测对比。结果显示,与现行“箱筏基规范”考虑上部效应法相比,该极限分析方法计算结果更接近实测。同时,上下部共同作用整体受力极限分析方法更易于手算和电算编程,并可用于各种基反力模式。

考虑结构刚度效应的筏基完全共同作用体系分析

筏板基础作为软土地基上高层结构的一种重要基础形式,在工程实践中得到了广泛应用。合理考虑上部结构、筏板与地基的共同作用效应具有现实意义。然而目前大多数研究仅限于二维分析,在工程设计中所采用的常规方法尚无法考虑共同作用效应。为此,在考虑地基的弹塑性性质与上部结构及筏板的刚度效应的基础上,在对上部结构、筏板基础与地基三者所组成的共同作用体系进行整体三维空间有限元数值分析。分析结果表明:当考虑三维空间效应时,上部结构和筏板基础的刚度对基础自身内力与变形具有显著的影响,并呈现不同的特征与趋势,但是这种影响具有一定的有限性。同时共同作用所引起的次应力效应、荷载分担转移等效应在工程设计中应予以合理地反映。

高层建筑地基基础概念设计的思考

基于高层建筑箱、筏、桩筏基础变形、反力等实测资料的分析指出,按传统理念设计的箱基、筏基、桩筏基础有两个缺陷:一是呈现明显的碟形沉降引起上部结构的较大次应力;二是基底马鞍形反力分布导致基础板或承台冲剪力和弯矩显著增大。为使差异沉降和箱、筏承台的内力减至最小并改善上部结构受力性状,提出变刚度调平概念设计。对于框筒、框剪结构,应强化核心筒区的桩土刚度(调整桩长、桩径或桩数),相对弱化外围刚度;对于主裙连体建筑,应强化主体,弱化裙房(采用天然地基、复合地基和疏短桩基);对于箱、筏基础,可局部强化核心筒区(采用桩基或刚性桩复合地基)。对于上述变刚度调平概念设计,进行上部结构—基础—桩—土共同作用分析,进一步优化布桩和承台配筋。通过大比例现场模型试验对上述优化设计理念进行了验证,并应用于10余项工程,取得了良好的技术经济效果。

受土体侧移作用的单桩的弹塑性地基反力解析法

不稳定边坡在开挖、降雨影响下会产生较大的土体侧向位移,导致邻近抗滑桩产生附加位移及弯矩.为此,文中基于Winkler地基梁模型,采用简化的桩周土体弹塑性本构关系来模拟非线性桩-土的相互作用,提出了抗滑桩与土坡相互作用的弹塑性地基反力法控制方程组,依据桩身响应在滑面处连续条件及桩顶底边界条件求得桩身响应的解析解矩阵表达式.最后,将文中的解析解与已有模型试验实测值进行对比分析,结果验证了文中解析方法的可靠性.

基于地基–基础–上部结构共同作用分析的长短PHC管桩基础处理

探讨了采用地基–基础–上部结构共同作用分析的方法,分析长短PHC管桩基础的工作性能。该方法以变刚度调平理论[1]及地基–基础–上部结构共同作用理论[2]为基础,以瑞士开发的高性能岩土工程数值分析软件zsoil.pcv2010 x64版本为求解工具,提出了基于上述理论和工具处理长短PHC管桩基础的方法。还介绍了3个基于上述理论处理长短PHC管桩基础的工程实例,均取得了较好的处理效果。

黄土地区高层建筑结构-桩-土共同作用的受力分析与数值模拟

通过对高层建筑上部结构 桩 土共同作用的分析 ,定量地说明了上部结构荷载在共同作用下形成重分布 ,荷载向边柱集中 ,形成“深梁” ,找出了黄土地区上部结构与基础共同作用的分布规律 ;利用差分法求出了基础梁产生的弯矩与剪力的表达式。其结果无论是在静力分析的定性规律上还是在其定量数值上均得到了与黄土地基测试结果较好的一致性 。

超高层建筑空间巨型框架与其基础地基共同工作的简化分析新方法

对超高层建筑空间巨型框架的结构分析提供了一种新的简化分析模型(二级框架柱考虑其轴向刚度作为巨型梁的文克勒弹性地基),利用这种模型分析了上部结构、基础、地基的共同工作。又对二级框架梁、柱考虑其弯曲刚度作为巨型柱的剪切型弹性地基得出了改进的简化分析模型,其计算精度与精确解很接近。在此基础上考虑了基础结构,并考虑了地基的弹性变形,建立了由巨型文克勒弹性地基梁和巨型剪切型弹性地基柱组成的空间巨型框架与其基础、地基共同工作的模型,并通过算例进行分析计算。计算结果表明:共同工作的分析模型是合理的、可行的,从而为超高层建筑巨型框架与其基础地基的整体共同工作分析提供了一种可行的简化方法,并给出了几点对此类结构的初步设计有指导意义的结论。

上部结构-桩基础-地基相互作用体系地震反应分析

考虑上部结构与地基基础的动力相互作用,通过模型试验研究上部结构-桩基础-地基体系的地震反应,并运用ANSYS软件进行模拟分析,计算相互作用体系在水平地震作用下的动力反应。结果表明,有限元分析结果与模型试验结果比较接近,ANSYS软件可用于相互作用体系的分析。

岩溶区地震波的反演分析

对岩溶区地基—基础—上部结构共同作用体系动力分析时,进行结构分析的关键步骤之一是输入合理的地震波,对所选择的地震波进行反演是很有必要的。首先简要介绍岩溶区的地质特点以及地震波反演的基本理论,接着采用EduShake软件对所选地震波进行反演分析,并与地表处地震波对比分析,结果表明:地表处的EI Centro波和Taft波的加速度均比基岩处的加速度大,其中地表处的EI Centro波和Taft波的加速度峰值比基岩处的加速度峰值分别大12.3%和24.9%;EI Centro波、Taft波地表处与基岩处的加速度短时均方根的衰减规律基本一致,且地表处的加速度短时均方根时程曲线总体较基岩处的加速度短时均方根时程曲线偏大,说明地表处地震动强度较基岩处大,即岩溶区土层对地震波有放大的作用。

超高层建筑空间巨型框架结构与基础地基共同工作的半解析静力分析

将超高层建筑空间巨型框架结构与其基础等效连续化为一个半无限大弹性地基上的加劲薄壁筒组合体,并以此三维模型,用半解析法分析计算了受静力作用的超高层建筑空间巨型框架结构与其基础地基的共同工作。通过计算结果分析,得出了一些很有价值的结论。

复杂基础设计的软件解决方案探讨

本文介绍复杂基础设计软件要解决的专业及技术难点,并结合北京望京B11-1工程的基础设计及计算展示JCCAD软件的具体应用,并将工程实测与计算结果进行比较分析。面对越来越复杂的工程需求,介绍PKPM基于BIM技术的地基基础及地下空间计算分析软件的规划与进展。

考虑桩土差异沉降影响的桩网复合地基桩土应力比分析方法

桩土应力比是桩网复合地基或路基设计的重要控制参数,受土拱效应、拉膜效应和桩土相互作用及其耦合作用的综合影响,为此,本文首先引入几何同心拱模型,考虑桩土差异沉降与土拱发挥程度的关系,建立了新型桩网复合地基土拱效应分析模型,并根据水平加筋网变形特征将水平加筋网变形曲面视为球面与柱面的组合,建立了反映桩土差异沉降影响的拉膜效应分析模型。然后,考虑桩土相互作用及桩土差异沉降,建立了考虑路基填土、网、桩土加固区耦合作用的桩网复合地基荷载传递分析模型,进而提出了其桩土应力比分析新方法。该方法不仅能反映土拱效应、拉膜效应和桩土相互作用对桩土应力比的影响,而且还能反映桩土差异沉降对三者发挥程度的影响。最后,通过工程实例计算以及与现有同类相关方法的比较分析,表明了本文分析模型与方法的可行性与合理性。

上部结构与地基基础共同作用理论与实例分析

高层建筑上部结构与地基处于一个共同作用的完整体系中,以某工程为例,运用上部结构与地基基础共同作用理论进行沉降计算,并与现场实测结果进行分析比较,其计算值与实测值吻合较好.

考虑上部结构的桩筏基础非线性共同作用分析

当前虽然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,进一步认识其与桩筏基础非线性共同作用机理,优化桩筏基础设计,具有重要的现实意义。本文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,建立了一种考虑上部结构共同作用的桩筏基础非线性分析方法,并编制了分析程序。通过实例分析,探讨了上部结构与桩筏基础非线性共同作用的机理,研究了合理布桩方式,探讨了以差异沉降为目标的优化设计的可能途径。