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超高层建筑桩筏基础的理论分析和工程应用研究

申兆武  
【摘要】: 高层及超高层建筑(尤其是软土地基上的此类建筑)的桩基础和上部筏板可以形成桩筏基础。桩筏基础具有良好的承受载荷、减少平均沉降、调节差异沉降功能。本文拟采用共同作用的思路对桩筏基础分析方法进行研究,同时通过超高层建筑——上海环球金融中心桩筏基础实测进行验证,并引入计算机图形学中的Voronoi算法来考虑土层的横向不均匀性。本文开展的研究主要有以下内容: 1)以修正的Poulos弹性理论解为基础,分析单桩、双桩、桩土、土土影响系数,进而计算桩土刚度。在桩土刚度的影响因素中,对桩长、桩径、土层压缩模量、泊松比等因素的具体影响进行研究。同时通过对实际工程中长短桩和后浇带问题进行分析,验证程序的有效性。 2)Geddes弹性理论解把桩阻力分为:均匀分布侧阻力、三角形(线性增长)分布侧阻力和端阻力三种形式。本文对Geddes弹性应力解进行修正后,分析桩—桩影响系数,进行群桩分析,通过分析模型结构验证方法的合理性。并研究桩长、桩径、土层压缩模量等因素的对桩身刚度的影响。 3)以Reissner厚板理论为基础,采用八结点等参元分析筏板结构,采用有限元软件ANSYS中壳元验证程序分析结果,进而分析板计算的影响因素。分析共同作用方法的特点,找到分析上部结构的简化方法,并应用到工程实际中。把共同作用的分析方法应用到中央电视台电视文化中心(TVCC)的工程分析中,验证程序的实用性。 4)总结Voronoi图和其对偶图Delaunay三角形的定义和性质,同时分析其算法,主要研究间接法得到Voronoi图的算法。采用此算法分析一个理想模型考虑横向不均匀性与否的差别,同时分析转炉桩筏基础在考虑横向不均匀性与否的差别,总结考虑土层横向不均匀性与否的影响。 5)采用共同作用的方法分析超高层建筑——上海环球金融中心桩筏基础的沉降、桩项反力、弯矩等项目,整理环球金融中心工程实测数据。通过精密水准仪测量筏板标高,由变化值得到沉降,绘制等值线图。采用桩顶压力盒和表面应变计测试桩项反力,分析其变化规律。利用钢筋应力计和混凝土应变计测量筏板钢筋和混凝土的应力、应变变化,同时用温度计测试筏板混凝土的温度,观测水化热的影响。采用孔隙水压力计和土压力盒测试孔隙水压力和桩间土的水土压力,分析桩土荷载的分担比。总结此类桩筏结构的规律,验证程序分析结果的有效性,为此类超高层建筑桩筏基础的设计总结经验。


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