地基—梁板体系基础—上部结构共同作用分析方法研究

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十字交叉梁基础和筏板基础是目前工业与民用建筑较常采用的基础型式。由于现有的分析计算手段还不是很完善,计算结果的精度还有待改进,因此在改进计算方法方面还有很多工作要做,特别是地基、基础与上部结构作为一个整体,三者的共同作用对于基础的受力与变形有比较大的影响,然而在目前的设计中还难以考虑这些因素。本文针对这一课题,对复杂梁板体系进行了比较精确的解析分析,同时采用半解析半数值方法对上部结构与复杂梁板体系基础以及地基的共同作用进行了分析,论文的主要工作和成果如下。 (1)对影响地基基础共同作用的地基因素进行了分析。基于弹性半空间地基模型的Boussinesq和Mindlin解,建立了考虑基础埋深时与地基的共同作用方程和考虑相邻基础时与地基的共同作用方程。对基础埋深与地基的共同作用以及相邻基础与地基的共同作用进行了分析,算例表明埋深和相邻基础对地基基础共同作用有比较大的影响。同时针对文克尔地基模型完全不考虑土的扩散能力、而弹性半空间模型夸大了实际地基土的扩散能力,在现有文献资料基础上,提出了修正的考虑地基实际变形特征的分析方法。 (2)四周弹性支承矩形板的解析分析。针对目前筏板基础按倒楼盖法查表计算基础板弯矩时边界条件只能简单的处理成简支、固支的情况,考虑了边梁对板的扭转变形和弯曲变形的约束,利用梁与板的位移和转角协调条件,用叠加法对荷载作用下弹性支承矩形板进行解析分析,给出理论解答。算例表明弹性支承边界与简支或固支边界的计算结果存在比较大的差别,内力计算时应该按实际边界支承条件进行计算。 (3)十字交叉梁与地基共同作用的解析分析。将十字交叉梁基础分为两个方向的基础梁,利用梁的弹性理论,通过梁与地基之间、梁与梁之间的力与变形协调建立平衡方程,求解十字交叉梁基础与地基的共同作用。算例表明本文方法精度可靠,实用性较好。最后对十字交叉梁与地基共同作用的敏感度进行了分析。 (4)梁板式筏基与地基共同作用的解析分析。在保证基础整体刚度不变的情况下,将梁板式筏基与地基共同作用简化为平板、肋梁与地基的相互作用,通过它们之间的力与变形的协调以及与地基的相互作用来进行整体分析,得出理论解答。并将本文方法与既有的试验结果和有限元法等其它方法作比较。最后,对板平面内荷载对基础板的变形和内力影响进行了分析。 (5)上部结构一十字交叉梁、梁板式筏基一地基的共同作用。利用有限元软件ANSYS进行模型分析,分析上部结构刚度参与筏基与地基共同作用时对基础内力和沉降的影响规律,并通过与实际层数的计算结构比较,得到上部框架结构 刚度叠加到首层时对计算结果的影响情况。在此基础上,将上部结构简化成一层等效刚度板,通过建立梁、板、柱以及地基之间的变形协调方程,分析上部结构刚度参与十字交叉梁、梁板式筏基和地基的共同作用,并对基础的内力和变形受上部结构刚度的影响情况进行了分析。 (6)将本文方法用于工程实例分析,并与其它方法和实测数据进行比较,计算结果与实际情况基本相符。由于本文的半解析半数值方法可以灵活的考虑文克尔地基、弹性半空间地基、分层地基以及非线性地基等多种地基模型,而且地基变形模量等计算参数可很方便的由岩土工程勘察以及现场压板试验得到,加之本文方法未知量少,计算速度快,而有限元方法存在难以分析地基土半无限体以及计算参数难于选取的毛病。因此与有限元法等数值方法相比,本文方法可更方便的应用于实际工程计算。
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