考虑接触效应的土—桩筏—上部结构的有限元分析

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桩筏基础在高层建筑物的基础中广泛应用,其既具桩基础的优点,承载力高,减小沉降,而且具有筏板基础能够调节不均匀沉降,扩大地下空间的使用的优点。常规设计中一般把上部结构、桩筏、地基分别计算,只考虑力的平衡条件,但是实际工程中三者相互作用,还存在位移平衡,即位移协调,而且实际结构的变形引起结构的内力重分布。桩筏基础与土体是不同的材料,在交界面上存在着接触,接触分析则能真实反映桩与土、筏板与土的工作性状。本文主要包括理论分析和有限元分析方面。在查阅了大量国内外文献和工程、实验数据的基础上,总结了土的本构关系、桩土接触计算的发展,单独分析了一个桩土模型与一个框架-筏板-Winkler模型,最后设计了考虑与不考虑共同作用的土-桩筏-上部结构的模型,并利用ANSYS有限元分析软件进行建模和分析(有限元分析增加了接触问题,分析了群桩桩侧与桩底、筏板底与土的接触),分析比较了梁柱内力;筏板的沉降、弯矩;桩基沉降差异,最后比较了并探讨各种因素变化(上部结构层数;梁、柱、桩筏混凝土弹性模量;土体的弹塑性参数)对共同作用的影响;得出:(1)考虑共同作用时柱子出现边柱加载,中柱卸载的情况,考虑与不考虑共同作用时梁的弯矩与剪力,也发生显著的变化;(2)共同作用时,上部结构能够调节筏板的不均匀沉降,但对平均沉降影响不大;对于筏板弯矩,常规设计甚至比共同作用弯矩要大;(3)考虑共同作用时,桩间的沉降差要比不考虑共同作用要小;(4)变化上部结构、桩筏基础、土体三者刚度,三部分内力与变形也发生相应改变。
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