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桩筏基础日益广泛应用于多高层及超高层建筑,其分析理论和设计方法特别是在桩-筏-土相互作用方面已取得了大量的研究成果。但目前这些研究成果采用的分析理论大多偏重于数值计算,理论复杂而公式繁多,特别是其分析结果往往为一些带有较大主观性的定性判断,给广大工程设计人员的推广使用带来很大困难。因此,寻求经济合理且实用的设计方法一直是桩筏基础研究的重要课题。
本人在阅读和整理国内外学者、专家和工程技术人员在桩筏基础研究领域的研究成果及文献资料的基础上,阐述了竖向荷载作用下桩筏基础工作性状的研究现状,总结了目前国内外桩筏基础较常用的优化设计方法。
介绍了土体的应力-应变-强度本构关系和相关模型,较详细讨论了弹塑性本构模型——修正的帽盖模型,对模型中的几个参数的合理取值提出了建议。较深入探讨了桩-筏-土体系的相互作用机理。
研究了反映桩筏基础刚度特性的一些重要参数,包括单桩刚度、筏板相对弯曲和整体弯矩及筏-土刚度比等,进而对桩筏基础的整体刚度进行了定性分析和定量计算。
借助有限元程序Midas/GTS建立桩筏基础的三维有限元分析模型,近似考虑了施工过程,模拟分析了在四种不同形式的竖向荷载作用下不同结构形式的桩筏基础的工作性状。引入了一系列无量纲的桩筏基础分析参数,通过参数研究,分析并比较了不加桩的筏板和桩筏基础的工作性状差异,得到了不同形式的竖向荷载作用下桩筏基础工作性状的一些规律,进而引出了桩筏基础优化设计思想。
基于桩筏基础的有限元分析,结合系统最优化理论,提出了沉降和总造价双控目标的“沉降满足、造价最小”的桩筏基础优化设计方法。最后运用具体设计算例,验证了该方法的可行性。