变刚度刚性桩复合地基筏板基础分析方法研究

论文摘要

刚性桩复合地基筏板基础是高层建筑广泛采用的一种基础形式,其工作性状是上部结构-筏板-褥垫层-群桩-地基土体共同作用的结果。目前,人们对其荷载传递机制、承载变形特性以及与地基土相互作用特征尚未获得全面和清晰的认识,其设计计算方法也有待进一步完善。因此,对刚性桩复合地基筏板基础的分析方法及其工作机理的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。本文针对刚性桩复合地基筏板基础,首先,采用无单元法、有限元法和变桩长、桩径桩-土体系相互作用模式,建立刚性桩复合地基-筏板基础的耦合数值方法,并研制计算程序；其次,应用大比尺刚性桩复合地基筏板基础模型试验结果,论证该方法的合理性与可靠性；第三,结合算例,对刚性桩复合地基筏板基础与桩筏基础进行比较,分析了两种基础与地基土相互作用的特征；第四,分别对均匀布桩、变桩距、变桩长三种不同布桩模式的刚性桩复合地基筏板基础进行计算,研究基础沉降、桩身轴力及桩侧摩阻力等的变化规律,并对各种方案进行对比、分析,得出一些有益的结论。本文所建立的刚性桩复合地基筏板基础的数值分析方法可用于工程设计方案的比较分析,具有较好的工程实用价值。关于变刚度刚性桩复合地基筏板基础沉降变形特征的分析有利于提高人们对基础与地基土相互作用机理的认识,具有重要的学术意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 刚性桩复合地基研究现状
• 1.2.1 试验研究
• 1.2.2 数值方法研究
• 1.2.3 复合地基沉降计算方法
• 1.3 本文的研究内容和方法
• 第2章 褥垫层的有限元法与筏板的无单元法
• 2.1 引言
• 2.2 有限单元法基本原理
• 2.2.1 基本思想
• 2.2.2 解题步骤
• 2.3 褥垫层有限元分析
• 2.3.1 单元位移函数矩阵
• 2.3.2 几何矩阵
• 2.3.3 单元刚度矩阵
• 2.4 无单元法基本思想
• 2.4.1 插值函数
• 2.4.2 权函数
• 2.4.3 计算过程
• 2.5 Winkler地基上筏板基础的无单元分析
• 2.5.1 总势能
• 2.5.2 共同作用基本方程
• 2.6 高斯积分
• 2.7 本章小结
• 第3章 变桩长、桩径刚性桩复合地基筏板基础的分析方法
• 3.1 引言
• 3.2 变桩长、桩径桩-土体系的相互作用分析模式
• 3.2.1 层状地基中单桩与土的相互作用
• 3.2.2 桩与桩的相互作用
• 3.2.3 桩-土、土体单元之间的相互作用
• 3.2.4 桩身轴力和桩侧摩阻力
• 3.3 节点布置和土层划分
• 3.3.1 节点布置
• 3.3.2 土层划分
• 3.4 桩土体系的刚度矩阵
• 3.5 筏板、褥垫层与桩—土体系共同作用的基本方程
• 3.6 分析方法的基本假设和特点
• 3.6.1 基本假设
• 3.6.2 方法特点
• 3.6.3 增量法
• 3.7 变桩长、桩径刚性桩复合地基筏板基础分析程序
• 3.7.1 程序功能
• 3.7.2 程序流程图
• 3.8 本章小结
• 第4章 刚性桩复合地基筏板基础数值计算与模型试验比较分析
• 4.1 引言
• 4.2 模型试验与计算模型
• 4.2.1 模型试验
• 4.2.2 数值计算模型
• 4.3 沉降比较分析
• 4.4 桩顶反力分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 刚性桩复合地基筏板基础与桩筏基础比较分析
• 5.1 引言
• 5.2 基础模型
• 5.2.1 计算模型
• 5.2.2 场地地质条件
• 5.3 复合地基计算结果与桩筏基础计算结果对比
• 5.3.1 沉降的比较分析
• 5.3.2 桩顶反力的比较分析
• 5.3.3 桩身轴力、桩侧摩阻力的比较分析
• 5.3.4 桩土荷载分担比
• 5.4 本章小结
• 第6章 刚性桩复合地基筏板基础工作机理分析
• 6.1 引言
• 6.2 基础方案与计算模型
• 6.2.1 基础方案
• 6.2.2 计算模型
• 6.3 均匀布桩刚性桩复合地基筏板基础
• 6.3.1 基础沉降
• 6.3.2 桩轴力、桩侧摩阻力与桩顶反力
• 6.4 变桩距刚性桩复合地基筏板基础
• 6.4.1 基础沉降
• 6.4.2 桩轴力、桩侧摩阻力与桩顶反力
• 6.5 变桩距、变桩长刚性桩复合地基筏板基础
• 6.5.1 基础沉降
• 6.5.2 桩轴力、桩侧摩阻力与桩顶反力
• 6.6 各布桩方案的比较分析
• 6.6.1 沉降对比
• 6.6.2 桩轴力、桩侧摩阻力对比
• 6.7 本章小结
• 第7章 结论及建议
• 参考文献
• 致谢