差异上部结构—基础—地基的相互作用研究

论文摘要

高层建筑体系是由上部结构、基础和地基三部分组成的统一体,在外荷载的作用下,三者是相互作用、相互影响的。但是工程界中常规的设计方法普遍将上部结构、基础和地基隔离开来分别考虑。这种设计方法忽略了相互作用的影响,使上部结构实际内力往往与实际情况不符合,其结果往往造成设计不是偏于不安全就是偏于浪费,造成经济上的损失。因此,合理可行的结构和基础设计方法要基于对共同作用问题的全面了解。目前,对共同作用的研究已经取得了一些定性的结论,但由于共同作用整体理论研究的复杂性,仍然有很多问题需要我们探讨和研究。 本文针对差异上部结构目前在基础和地基设计所存在的突出问题,在探讨建立差异上部结构—基础—地基相互作用研究方法的基础上,进行了桩基常刚度和变刚度条件下差异上部结构—基础—地基相互作用的有限元分析,合理地解决了差异上部结构—基础—地基相互作用体系的建模问题,完整地获得了差异上部结构—基础—地基相互作用体系各部分的应力与位移计算结果,揭示了不同桩基刚度条件下差异上部结构—基础—地基相互作用体系的受力与变形特征,明确了对于差异上部结构这一特殊荷载体系,针对上部结构荷载的不同,合理地进行筏基和箱基这类基础及桩基的相应变刚度设计,是在荷载变化处,减小上部结构中的次应力、防止基础筏板的断裂、以及降低基础差异沉降的不可忽视的一环;同时,获得了桩顶荷载和筏板底土反力大小及分布的规律,给出了变刚度调平优化设计实现的方法一外疏内密的布桩方法,分析了影响桩间土分担荷载和沉降的因素,讨论了充分发挥筏板底面土承担荷载,对于土与桩共同承担建筑物的总荷载,改善荷载传递体系,减少桩基造价、减小筏板厚度和差异沉降的有益性。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 差异上部结构共同工作分析的前景展现
• 1.1.2 差异上部结构—基础—地基相互作用分析中所暴露的问题
• 1.2 差异上部结构—基础—地基相互作用的研究历史及现状
• 1.2.1 上部结构—基础—地基相互作用的研究历史
• 1.2.2 差异上部结构—基础—地基相互作用的研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 差异上部结构—基础—地基相互作用的方法研究
• 2.1 概述
• 2.2 差异上部结构刚度矩阵和荷载向量向边界节点的凝聚
• 2.2.1 差异上部结构子结构等效边界刚度矩阵与等效边界荷载向量的建立
• 2.2.2 差异上部结构刚度与荷载向量向基础顶面凝聚过程
• 2.2.3 差异上部结构—基础—地基共同工作的基本方程
• 2.3 差异结构下筏形承台与桩土的相互作用研究
• 2.3.1 筏板的基本理论
• 2.3.2 承台底面土与桩所承担的荷载的分配
• 2.3.3 桩土相互作用特性分析
• 2.3.4 差异上部结构—基础—地基共同作用理论分析
• 第3章 差异上部结构—基础—地基相互作用的有限元分析
• 3.1 概述
• 3.2 ANSYS简介
• 3.2.1 建模
• 3.2.2 加载和求解
• 3.2.3 后处理功能
• 3.3 差异上部结构—基础—地基相互作用分析中所选取的单元的性质
• 3.4 实例分析的有限元建模
• 3.4.1 差异上部结构—基础—地基相互作用实例的问题描述
• 3.5 差异上部结构—基础—地基相互作用计算模型的建立
• 3.5.1 上部结构模型的建立
• 第4章 桩基础常刚度条件下的差异上部结构—基础—地基相互作用分析
• 4.1 概述
• 4.2 常刚度布桩方式的建模及计算
• 4.2.1 布桩方式及计算方法说明
• 4.2.2 计算结果分析
• 第5章 桩基础变刚度条件下的差异上部结构—基础—地基相互作用分析
• 5.1 概述
• 5.2 计算模型建立
• 5.3 计算结果分析
• 第6章 结论
• 6.1 对同一个实例常刚度分析和变刚度分析方法的比较
• 6.2 结论
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献