超高层建筑桩筏基础的理论分析和工程应用研究

论文摘要

高层及超高层建筑(尤其是软土地基上的此类建筑)的桩基础和上部筏板可以形成桩筏基础。桩筏基础具有良好的承受载荷、减少平均沉降、调节差异沉降功能。本文拟采用共同作用的思路对桩筏基础分析方法进行研究,同时通过超高层建筑——上海环球金融中心桩筏基础实测进行验证,并引入计算机图形学中的Voronoi算法来考虑土层的横向不均匀性。本文开展的研究主要有以下内容:1)以修正的Poulos弹性理论解为基础,分析单桩、双桩、桩土、土土影响系数,进而计算桩土刚度。在桩土刚度的影响因素中,对桩长、桩径、土层压缩模量、泊松比等因素的具体影响进行研究。同时通过对实际工程中长短桩和后浇带问题进行分析,验证程序的有效性。2)Geddes弹性理论解把桩阻力分为:均匀分布侧阻力、三角形(线性增长)分布侧阻力和端阻力三种形式。本文对Geddes弹性应力解进行修正后,分析桩—桩影响系数,进行群桩分析,通过分析模型结构验证方法的合理性。并研究桩长、桩径、土层压缩模量等因素的对桩身刚度的影响。3)以Reissner厚板理论为基础,采用八结点等参元分析筏板结构,采用有限元软件ANSYS中壳元验证程序分析结果,进而分析板计算的影响因素。分析共同作用方法的特点,找到分析上部结构的简化方法,并应用到工程实际中。把共同作用的分析方法应用到中央电视台电视文化中心(TVCC)的工程分析中,验证程序的实用性。4)总结Voronoi图和其对偶图Delaunay三角形的定义和性质,同时分析其算法,主要研究间接法得到Voronoi图的算法。采用此算法分析一个理想模型考虑横向不均匀性与否的差别,同时分析转炉桩筏基础在考虑横向不均匀性与否的差别,总结考虑土层横向不均匀性与否的影响。5)采用共同作用的方法分析超高层建筑——上海环球金融中心桩筏基础的沉降、桩项反力、弯矩等项目,整理环球金融中心工程实测数据。通过精密水准仪测量筏板标高,由变化值得到沉降,绘制等值线图。采用桩顶压力盒和表面应变计测试桩项反力,分析其变化规律。利用钢筋应力计和混凝土应变计测量筏板钢筋和混凝土的应力、应变变化,同时用温度计测试筏板混凝土的温度,观测水化热的影响。采用孔隙水压力计和土压力盒测试孔隙水压力和桩间土的水土压力,分析桩土荷载的分担比。总结此类桩筏结构的规律,验证程序分析结果的有效性,为此类超高层建筑桩筏基础的设计总结经验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出和研究意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 理论研究的趋势
• 1.1.3 课题研究的意义
• 1.2 桩筏基础分析方法综述
• 1.2.1 桩基础研究综述
• 1.2.2 筏板研究综述
• 1.3 土层不均匀性的考虑
• 1.4 本文开展的工作
• 1.5 本文创新点
• 第2章 桩土刚度计算理论分析
• 2.1 概述
• 2.2 桩土刚度的修正Poulos解分析
• 2.2.1 Poulos解的理论基础
• 2.2.2 现有修正poulos解方法
• 2.2.3 修正Poulos解方法及分析
• 2.2.4 桩土刚度影响因素分析
• 2.2.5 工程中长短桩分析
• 2.2.6 工程中后浇带分析
• 2.3 桩土刚度的修正Geddes分析
• 2.3.1 理论基础
• 2.3.2 现有基于Geddes解分析方法
• 2.3.3 Geddes解的应用和桩土刚度分析
• 2.3.4 影响因素分析
• 2.4 两种分析方法的对比
• 2.5 本章小结
• 第3章 桩筏基础共同作用分析方法及应用
• 3.1 筏板结构分析
• 3.1.1 Reissner厚板理论假定
• 3.1.2 Reissner厚板模型理论基础
• 3.1.3 弹性厚板八结点等参单元
• 3.1.4 分析流程图
• 3.1.5 计算实例
• 3.1.6 ANSYS分析校验
• 3.1.7 板分析的影响因素
• 3.2 上部结构分析
• 3.2.1 上部结构分析方法概述
• 3.2.2 简化分析方法
• 3.2.3 分析实例
• 3.3 共同作用分析
• 3.3.1 上部结构刚度的影响
• 3.3.2 基础刚度的影响
• 3.3.3 地基刚度的影响
• 3.4 央视TVCC桩筏基础分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 考虑土层横向不均匀性的桩筏基础分析
• 4.1 引言
• 4.2 定义和性质
• 4.2.1 Voronoi图定义
• 4.2.2 Delaunay三角剖分定义
• 4.2.3 Voronoi图性质
• 4.2.4 Delaunay三角形的性质
• 4.3 Voronoi图的算法
• 4.3.1 TIN的基本定义
• 4.3.2 局部优化过程
• 4.3.3 Delaunay三角网生成
• 4.3.4 Voronoi图的生成
• 4.4 考虑土层不均匀性的理想模型分析
• 4.4.1 模型概况
• 4.4.2 结果分析
• 4.5 考虑土层横向不均匀性的转炉桩筏基础分析
• 4.5.1 工程概况
• 4.5.2 程序计算和结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 环球金融中心桩筏基础计算和工程实测分析
• 5.1 上海环球金融中心计算分析
• 5.1.1 工程概况
• 5.1.2 计算过程
• 5.1.3 分析结果
• 5.2 测试设备和测试内容
• 5.2.1 沉降测试
• 5.2.2 桩顶反力
• 5.2.3 筏板钢筋应力及混凝土应力和温度
• 5.2.4 水、土压力
• 5.3 施工进度
• 5.4 测试结果分析
• 5.4.1 沉降测试
• 5.4.2 桩顶反力
• 5.4.3 筏板钢筋应力及混凝土应力和温度
• 5.4.4 水、土压力
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 下一步研究展望
• 附录A Boussinesq解
• 附录B Mindlin解
• 附录C Poulos解
• 附录D 桩土分析Poulos解类框架图
• 附录E 桩土分析Geddes解类框架图
• 附录F 桩基沉降系数表
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果