考虑基坑开挖与上部结构刚度影响的群桩基础竖向承载性状数值分析

论文摘要

高层建筑桩筏基础是一个涉及众多因素,非常复杂的系统。除了受到上部结构——地基——基础共同作用的影响外,基坑开挖使得土体天然应力释放,引起基坑周围地层移动,亦对桩筏基础产生较大作用,影响其工作性能。基于此背景,本文分析了基坑开挖和上部结构刚度对群桩基础竖向承载性状的影响。本文在系统回顾和总结国内外对群桩、上部结构——基础——地基共同作用和基坑开挖对基桩影响问题研究现状的基础上,对土体采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,用接触面单元模拟桩土相互作用,利用ABAQUS建立上部结构——桩筏基础——地基——基坑开挖三维有限元分析模型。对不同基坑开挖深度,不同上部结构层数,不同地基土参数条件下的群桩基础竖向承载性状进行了大量的参数分析。讨论群桩沉降特性、桩土荷载分担、桩顶反力分布、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端阻力以及开挖引起的桩身水平位移及其弯矩的变化规律。本文还进行了考虑基坑开挖与不考虑基坑开挖的群桩基础竖向承载性状的对比分析。通过本文的研究,取得了基坑开挖与上部结构刚度对高层建筑桩筏基础影响的基本认识,这些认识对于改进桩筏基础设计理论有一定的参考意义。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 群桩基础的研究现状
• 1.1.3 基坑开挖对工程桩影响的研究现状
• 1.1.4 上部结构、基础和地基共同作用的研究现状
• 1.2 本文研究的思路与方法
• 1.3 本文的主要工作与创新之处
• 第二章 有限单元法分析原理
• 2.1 概述
• 2.2 有限单元法基本原理
• 2.3 材料本构模型及其单元类型
• 2.3.1 材料本构模型
• 2.3.2 材料单元类型
• 2.4 接触问题的计算理论
• 2.4.1 接触问题的数值计算方法
• 2.4.2 接触面单元类型
• 2.4.3 接触面单元本构模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 ABAQUS 软件的应用技术
• 3.1 概述
• 3.2 ABAQUS 的分析和建模过程
• 3.2.1 ABAQUS 的分析过程
• 3.2.2 ABAQUS/CAE 的建模过程
• 3.3 ABAQUS 中非线性问题的求解
• 3.4 基坑开挖和上部结构的模拟方法
• 3.4.1 初始应力场的实现
• 3.4.2 基坑开挖模拟
• 3.4.3 上部结构模拟
• 3.4.4 ABAQUS 中接触问题的处理
• 3.5 本章小结
• 第四章 考虑基坑开挖的群桩承载性状分析
• 4.1 概述
• 4.2 有限元计算模型
• 4.2.1 计算模型
• 4.2.2 计算参数
• 4.2.3 模拟步骤说明
• 4.3 群桩Qg-sg曲线特征
• 4.4 桩顶反力分布特征
• 4.5 承台下土体反力分布特征
• 4.5.1 承台下土体承担的荷载
• 4.5.2 承台土体反力分布特征
• 4.6 桩身轴力分布特征
• 4.7 桩侧摩阻力分布特征
• 4.8 桩端阻力特征
• 4.9 开挖引起的桩身轴线水平位移及其弯矩
• 4.10 与不考虑开挖情况的对比
• 4.11 数值方法的可靠性分析
• 4.12 本章小结
• 第五章 考虑基坑开挖和上部结构刚度的群桩承载性状分析
• 5.1 概述
• 5.2 有限元计算模型
• 5.3 桩筏基础沉降特征
• 5.4 桩顶反力分布特征
• 5.5 承台下土体的荷载分担
• 5.6 桩身轴力和桩侧摩阻力分布特征
• 5.7 桩端阻力特征
• 5.8 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 考虑基坑开挖的群桩受力变形特性
• 6.1.2 考虑基坑开挖和上部结构刚度的群桩受力变形特性
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢