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基于中厚板理论的桩筏基础研究

李小凯  
【摘要】: 高层建筑设计中,垂直、水平荷载都很大,天然地基承载力往往不能满足设计要求,从而使桩筏基础成为被普遍采用的基础形式。而且随着经济建设的发展,人们要求现代高层建筑的层数越来越多,体形的变化也更加复杂,这就使得高层建筑的基础底板厚度越来越厚,形状也趋于不规则。对于这类桩筏基础,若仍然采用经典的薄板理论进行分析,就存在一定的局限性。随着板厚度的增加,横向剪切变形不可忽略,Kirchhoff假设不再成立,薄板理论已不能给出正确的解答,横向剪切变形的影响必须加以考虑。因此用一般通用程序中的薄板单元进行分析,除存在针对性不强的弊病外,而且不能正确地输出板的横向剪力,设计者宁可采取保守的做法,为减小基础的变形,防止结构的破坏,一味地增加板厚和配筋量而造成材料的很大浪费。 中厚板理论是随着科学技术的发展和其在生产实践中的广泛应用而发展起来的。本文系统地介绍了Kirchhoff薄板和考虑横向剪切力作用的Reissner中厚板的相关理论,分析了薄板、中厚板理论的两种不同假设,找到了二种理论主要区别。从弹性力学的变分法原理出发,简单介绍了有限单元法。 在此基础上,结合华中科技大学附属协和医院外科病房大楼工程,在考虑地基、桩和筏板的相互作用的情况下,以基于三维空间理论的实体有限单元模型为衡量标准,对同一结构(筏板)分别用薄板和中厚板单元建立有限单元模型进行计算。计算时重点选取了从筏板施工开始至主楼结构封顶的全过程中具有代表性7次荷载进行模拟。比较了三种模型相关的计算结果并且结合筏板检测数据进行了分析。得出一些有益的结论,验证了工程设计单位的计算假定和设计方法。 我国现行规范中尚无桩筏基础的设计规范。而且迄今为止,对桩筏基础的设计计算,也没有统一的、完整的计算方法。本文对制定未来的桩筏基础中筏板的统一的、程式化的设计和计算方法有一定的参考价值。


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