框架-桩筏-地基相互作用的有限元分析

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随着经济的发展,高层建筑大量涌现,推动其设计方法也不断的进步,结构的相互作用影响分析便是一个非常重要的课题之一。高层建筑结构的主要特征是层数多、高度高、重量大,如建在软土或深厚土层地基之上,再采用传统的刚性基础假定,不考虑上下部相互作用的影响是不合理的,计算的结果和实际情况会有很大的出入。实际建筑物都是由上部结构、基础和地基构成的整体系统,各个部分在荷载相互下相互作用,相互影响,形成一个统一的整体。相互作用问题的研究已经从核电站、高层建筑、水坝扩展到大型桥梁、地下结构及生命线工程等众多领域,成为当前结构岩土工程领域关注的课题之一。在高层建筑建设中,桩筏基础具有优良的特性而受到越来越多的重视。在常规的结构设计中,把上部框架结构与地基和基础分开设计,不考虑整体结构各部分之间的共同作用下变形协调的关系。但是实际工程中三者的受力和变形相互影响,存在着位移平衡以及结构内力的重分布,土-桩筏-上部结构三者是处在一个共同作用的整体内。国内外的学者在如何考虑上部结构、基础和地基三者之间的共同作用方法的研究都进行了深入的讨论,并在实际工程得到了运用。本文在考虑上部结构、基础和地基三者之间的共同作用时主要包括理论研究和有限元分析两个方面。对相互作用的原理及各部分的有限元模型选择进行了介绍。同时还考虑了土体与桩筏之间的接触问题。利用ANSYS建立有限元模型,分别考虑了不同的筏板厚度、不同的框架层数、不同的地质条件及混凝土的刚度对结构的受力和变形的影响。对于上部框架结构,由于底层柱的轴力、剪力和弯矩对相互作用的影响比较敏感。因此,取上部框架结构底层柱进行分析。在考虑基础刚度对结构的相互作用分析时,分别取了筏板的厚度和基础的混凝土强度等级的影响。不同地质条件对结构的相互作用影响分析时,取了土体的弹性模量和土体粘聚力的影响。通过对整体结构的相互作用研究,对框架结构的柱轴力以及框架梁的弯矩、筏板内力和沉降、桩身轴力的变化规律进行了分析,研究在考虑相互作用时产生的结构次应力的影响。利用文中结论可以对桩筏基础设计进行有效的预测和指导作用。
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