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考虑上部结构共同作用的桩筏基础有限元分析

王闪闪  
【摘要】:桩筏基础是高层建筑广泛采用的一种重要的基础型式,关于高层建筑体系中上部结构、桩筏基础与地基共同作用的研究受到学术界和工程界的普遍关注。虽然人们对该课题已进行了大量分析与探讨,研究成果显著,但由于这一体系的复杂性和计算条件的限制,目前的研究成果还不能完全满足实际的需要,还有许多问题需要学术界、工程界同仁的共同努力。 本文在分析研究国内外有关共同作用理论及其研究现状的基础上,利用有限元法对该问题进行数值分析。桩体及筏板视为弹性体材料,筏板采用8 结点的平面等参弯曲单元进行分析,桩体采用三维20 节点实体单元模拟。地基土考虑为非线性弹性的邓肯-张模型,应用空间20 结点的等参单元分析。在桩土之间引入Goodman 接触面单元来模拟和分析。上部结构视为线弹性材料,利用空间杆系结构的有限元法进行分析,并应用子结构方法,把上部结构的刚度和荷载凝聚于基础板上,再进行地基与基础的共同作用整体有限元分析。建立一种空间8 节点的平面弯曲单元-20 节点有限元-16 节点接触面单元相耦合的数值计算模型。 用面向对象编程工具Visual C++6.0 编制了针对共同作用的有限元分析程序OOPFE(Object-Oriented programming of finite element )。利用大型有限元分析软件ANSYS 的前处理程序快速形成供计算程序使用的数据文件,用VC++语言编制相应的后处理程序。 利用自编程序作为基本工具,计算分析了竖向荷载作用下桩筏基础考虑上部结构刚度的影响时,基础平均沉降、差异沉降、桩顶反力分布、筏板内力、筏板荷载承担比的变化特性;此外,本文还对等间距均匀布桩桩筏基础作了抽桩分析。 实例研究表明,本文自编的上部结构-桩筏基础-地基共同作用的有限元程序OOPFE 是切实可行的,其运算结果比较令人满意,具有一定实用价值。


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