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桩梁式托换结构体系属于特种工程的一种,工程实施的目的是为了改变构筑物荷载传递到基础的路径,用新的承力结构帮助或替代原有结构承载体系。随着我国城市化进程不断深入,为了给地下建设提供空间,必须对原建筑荷载进行托换。特别是在大城市开展的地铁建设中更是面临许多这样的托换问题,丰富的工程背景为开展这项研究提供了宽广的舞台。
目前已经开展的研究中,主要是从工程中出现的实际问题出发,以解决工程需要为目的,缺少从结构变形角度展开的研究。本文将同样从解决工程问题的角度入手,对托换结构体系的变形求解方法和托换工程对上部结构的影响进行全面、系统分析,主要的工作包括以下几个方面:
1、对托换工程的发展情况、分类、关键技术进行了介绍,结合托换工程的特点,提出了进行托换工程变形计算的研究必要性,针对目前忽略的研究内容提出了自己的设想。
2、将桩梁托换体系的变形分解为桩、梁两部分的变形。桩的竖向变形求解采用荷载传递函数法,并且编写了适用于多土层情况下的P-S曲线计算程序PSCP,通过和实际观测结果对比,验证了程序的可靠性;对托换梁上托换点处的挠曲变形计算,首先建立了托换梁单元合理的单元刚度矩阵,并组合出了整个梁系的整体刚度矩阵,再按照刚度凝聚变换将原体系的总刚度矩阵和荷载矩阵变换得到托换点初的凝聚刚度矩阵和荷载矩阵,由于整个计算过程非常复杂,文中编制了计算程序BSAP。
3、通过ANSYS软件模拟了施加预应力对减少托换梁挠曲变形的具体数值,通过建立多组模型,得到了不同荷载状态、不同预应力强度作用下的位移值,通过分析计算结果,可以总结出在施加预应力后托换梁变形值的变化规律。并将不施加预应力时托换梁变形的计算结果和BSAP程序计算结果对比,验证了程序的可靠性和适用范围。
4、运用文中方法求解各托换构件变形,将得到的托换体系在托换荷载作用下的变形作为柱脚沉降代入上部结构模型中,通过ETABS程序进行分析,对托换前后的上部构件内力值进行对比和评估,总结构件受到托换工程的影响规律。
5、分析了施工过程对托换工程的重要性,并介绍了在托换工程中针对一些特殊施工问题的解决方法,以及特别需要注意的施工技术和监测问题。