上部结构_桩基_地基共同作用数值分析及桩基变刚度调平优化设计

《上部结构_桩基_地基共同作用数值分析及桩基变刚度调平优化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上部结构-桩基—地基共同作用数值分析及桩基变刚度调平优化设计李永乐1，王450011;2.茜2广西公路技工学校，广西南宁(1.华北水利水电学院，河南郑州530023)摘要:本文采用有限元法对高层建筑上部结构—桩筏基础—地基共同作用及相互影响进行了研究。研究表明:高层建筑上部结构—桩筏基础—地基共同作用及相互影响时，基础总体沉降和差异沉降随楼层的增加呈非线性变化趋势，上部结构中存在次应力，弯矩和轴力比常规法设计偏大;随楼层的增加，桩体对荷载的分担比在减少，土体分担比在增加;随着上部结构刚度的增加，荷载向角桩、边桩集中;增加筏板厚度，能减少一定的差异沉降和基础平均沉降，

2、从而减少上部结构的次应力，提高地基土的荷载分担比，同时筏板下桩顶反力分布更不均匀，因此需要从筏板受力，以及考虑筏下桩、土的受力来综合确定一个合理的筏板厚度，使设计安全经济;随着地基土变形模量的提高，地基土分担的上部荷载增加，桩顶反力趋向平均，筏板最大弯矩逐渐减小。桩筏基础在均匀布桩条件下呈中间大边缘小的“碟型”分布。差异沉降是由于上部结构次生应力和筏板内力产生的。通过对地基土刚度以及桩长、桩径、桩距等五种桩基刚度的调整，并分析不同刚度对基础差异沉降影响可知:改变桩长的布桩形式并结合地基土刚度调整的中心布桩形式是高层建筑桩筏基础最佳设计方案。关键词:上部结构;桩筏基础

3、;地基;共同作用;有限元;变刚度;调平设计中图分类号:文献标识码:文章编号:1000-3665(2013)01-0064-09TU470A在常规的建筑结构设计中，一般都是把上部结构隔离出来，把基础视为绝对刚性支座，求出上部结构的内力、变形;再把地基反力作用在桩或地基上来设计桩或校核地基强度和变形。由于没有考虑基础差异沉降引起上部结构的次应力，使上部结构的设计偏于不安全，这种常规设计方法与建筑物实际工作性状不相符。因此，研究上部结构—桩筏基础—地基共同作用机理具有重要的理论意义和实用价值。上部结构、基础与地基共同作用的课题研究从20世纪50年代开始，逐步引起了国内外学

4、者的重视，已经获得了许多成果［1～4］。但在本构模型、系统分析以及变刚度调平优化设计等方面，还存在许多需要解决的问题。跨;各层框架柱截面尺寸为800mm×800mm，梁截面尺寸为600mm×400mm，梁柱砼等级为C30，弹性模量为3×104MPa，泊松比μ=0.17，密度ρ=2500kg/m3;楼板厚度为0.20m，材料参数同梁柱;基础采用桩筏基础，筏板厚度为1m，悬挑长度为2m，筏板砼等级为C30;桩采用均匀等长等距布置，桩间距为4m，桩径1m，桩长15m，共布桩49根，桩身砼等级为C30;场地地质条件为:地表至4.0m深范围内为稍密或中密粉土，4.0～8.5m

5、深范围内为可塑或软塑粉质粘土，8.5～12.0m深范围内为中密粉土，12m以下为硬塑粉质，地下水位在地表以下6.0m左右。土体材料参数取各土层的加权平均值，弹性模量为1.8E7Pa，泊松比μ=0.35，内聚力为12kPa，内摩擦角φ为28°。柱和桩的布置图如图1所示。共同作用模型的建立1实体模型介绍本次研究实例为15层建筑，上部结构采用纯框架结构，框架层高3.6m，纵横方向柱距均为8m，分为3模型概化、计算域和边界条件在建模过程中将上部结构钢筋混凝土梁、楼板和筏板基础均概化为线弹性体，土体为连续的弹塑性体，符合Drucker-Prager模型。土体范围向下取至桩端平

6、面以下30m处，水平方向向桩边缘外取至12m处。由1.11.2收稿日期:2012-04-24;修订日期:2012-05-22基金项目:河南省科技攻关项目(0624440017);华北水利水电学院高层次人才科研项目资助(20050301)作者简介:李永乐(1957-)，男，教授，博士，主要研究方向为岩土工程、地质工程、水文学及水资源等。E-mail:hnhslyl@163．com［5］于模型的对称性，取1/4模型计算，除对称面施加对称约束外，其余各边界均为采用滚动支座，不允许x方向和y方向的移动，底端采用固定支座，顶端根据实际情况为自由面。整个有限元模型如图2所示。图

7、3节点竖向位移等值线云图Fig.3Isolinecloudchartforverticaldisplacementofpitchpoint图1柱网(a)和桩位(b)布置平面图Fig.1Mapshowing(a)columnnettingssetsand(b)pilepositionarrangement图4筏板单元节点竖向位移等值线云图Fig.4Isolinecloudchartforverticaldisplacementofraftboardunitpitch图2上部结构—桩筏基础—地基土共同作用有限元模型Fig.2Synergyfiniteelementm