考虑共同作用下框架结构-筏板-地基有限元分析

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现代建筑的蓬勃发展促进了土木工程理论的发展,目前应用上部结构-筏板基础-地基三者的共同作用方法用于工程实践中是土木工程研究领域的热点问题,它们不但满足静力平衡,还满足变形协调。在共同作用方法前普遍采用的常规设计方法没考虑变形协调,会导致上部结构设计不安全和筏板基础设计不经济,不符合实际工程情况。本文在前人研究的基础上对上部结构、筏板基础、地基的互相影响的机制及他们各自模型进行了分析,探讨了ANSYS有限元软件和模型单元的选择。有限元分析作为一种实用的数值分析方法,能有效的模拟实际工程。有限元分析软件的理论基础是有限元理论,在应用有限元理论时,要保证模型的准确、合理。本文根据实际工程建立纯框架结构、筏板基础和地基的空间整体模型,对其在竖向荷载下的共同作用进行了分析。本文的研究工作如下:(1)全面的介绍共同作用的机理和模型的选择。(2)利用ANSYS模拟上部结构、筏板基础和地基的共同作用,使三者之间互相影响,实现力的平衡和变形协调。(3)比较常规设计方法和共同作用方法下上部结构内力和筏板基础沉降的差异。考虑共同作用后角柱和边柱明显加载,且角柱的加载幅度大于边柱的加载幅度。同时,中柱明显卸载。上部结构加载和卸载的效应在下部楼层表现比较明显,上部楼层趋于缓和。筏板基础沉降明显减小,差异沉降也减小。(4)共同作用下其他参数不变时,只改变上部结构刚度,随着刚度的增大,框架柱轴力增大,筏基沉降增大,差异沉降减小。其他参数不变时只改变筏板厚度,随着厚度增加,角柱和边柱轴力减小,中柱轴力增大,各柱弯矩减小,同时筏基沉降和差异沉降减小。其他参数不变时只改变地基刚度,随着刚度的增大,有利于减小上部结构的应力,同时筏板基础的沉降值和差异沉降减小,但对筏板的变形和应力影响很小。考虑共同作用的有限元分析得到计算结果是符合实际情况的,能够为实际工程的安全性和经济性提供依据。共同作用方法也存在一些未解决的问题,需要我们不断的研究突破。
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