浅谈井塔—桩筏基础—地基—井壁的共同作用机理研究

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1、西安科技大学硕士学位论文井塔—桩筏基础—地基—井壁的共同作用机理研究姓名：查晓礼申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：戴俊20080415论文题目：井塔一桩筏基础一地基一井壁的共同作用机理研究专业：硕士生：指导教师：结构工程查晓礼戴俊冥卫1虿摘要(签名)矿山井塔结构体系是由上部结构(井塔)、桩筏基础、地基和井壁四部分组成的统一体，四者共同承受外荷载，并相互影响。但工程中常规的设计方法普遍将上部结构(井塔)、桩筏基础和地基隔离开来分别考虑，且不考虑桩筏基础与井壁的共同承载特性，这种设计方法忽略了共同承载，忽略了上部结构、桩筏基础、井壁各部分的

2、实际内力与实际情况有差别，结果造成设计偏于不安全或偏于浪费，造成经济上的损失。据此有必要将上部结构(井塔)、桩筏基础、地基和井壁四者作为一个整体进行研究，分析四者发生共同承载时各部分之间受力的特点，以优化井塔、桩筏基础、井壁的设计，使设计的筏板厚度、桩的直径和长度、井壁的厚度既能满足工程安全可靠的要求，又能达到节省材料的目的。本文将上部结构(井塔)、桩筏基础、地基、井壁四者看成一个共同承载的完整系统，用共同作用分析方法对该系统进行分析。采用子结构分析方法，对上部结构、筏基、桩和地基所组成的体系进行分析，先将整个结构分割成若干个子结构，然后按照规

3、定的顺序进行各个子结构刚度和荷载的凝聚，从而实现整个上部结构的刚度和荷载向桩筏基础的筏板的凝聚，最后把桩和地基作为桩一土体系的整体来分析，建立桩土支承体系的支承刚度矩阵，进而求出上部结构(井塔)、桩筏基础、地基共同作用的基本方程。通过将上部结构刚度和上部结构荷载凝聚叠加到桩筏基础的筏板上，同时假设井塔桩筏基础对井壁的某一影响深度，对井壁一桩一土支承体系相互影响和基础筏板的分析，就可得到上部结构一井壁一桩筏系统共同作用的位移方程。地基采用Drucker-Prage模型，桩土界面采用面一面接触单元处理，桩筏基础筏板采用厚板理论分析，通过建立结构模型

4、，用数值计算的方法对竖向荷载作用下的井塔、桩筏基础、地基和井壁组成的体系进行了三维有限元分析。分析结果表明桩筏基础筏板顶部的竖向最大位移值与实测值相符合；桩筏基础在“回’’字型筏板的四个内角处和桩基与筏板连接处出现应力集中现象，这是由于截面的变化所致；井壁上的拉、压应力最大值出现在井壁底部，侧壁应力从下到上逐渐减小。用数值模拟分析考虑四者共同承载的桩筏基础的竖向位移最大值与沉降观测实测最大值是相符合的，证明了将井塔、桩筏基础、地基和井壁四者作为一个共同承载的整体分析是可行和必要的。关键词：井塔；井壁；上部结构；桩筏基础：子结构法；共同承载；有限

5、元分析研究类型：应用研究Subject：StudyontheMechanismofJointLoad—bearingofVariousSectionsinaMineShaftTowerSystemSpecialty：StructuralEngineeringName：ZhaXiao．1iInstructor：DaiJunABSTRACT(s；gna佃代)型丝羔垄竺二兰兰(Signature)Mineshafttowerstmcturesystemconsistsofsuperstructure(shafttoweO，pile-raftfound

6、ations，foundationsoilandsidewall，whicharejointedload-beatingandinfluencedeachotherinoutsideloadingaction．Butthetraditionaldesigningmethodadoptedinengineeringfieldregardsthesuperstructure(shafttower)，pile-raftfoundationsandfoundationsoilrespectivelyandcalculatesthemseparately

7、．Andthejointload··bearingcharacterofpile--raftfoundationsandsidewallwillnotbeconsidered．Disregardingthejoint10ad—bearingbetweenthem，alsodisregardingthedifferenceamongthemcouldmaketheinternalforcesofthesuperstructure，pile．raftfoundationsandsidewallnotconformtothereality,andth

8、eresultofthedesigningmethodbecomeseitherunsafeorwasted，andleadstoeconomiclo