毕业设计(论文)软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用分析.pdf
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1、软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用分析重庆大学硕士学位论文(专业学位)学位类别:工程硕士(建筑与土木工程)重庆大学土木工程学院万方数据万方数据中文摘要摘 要随着我国的经济水平不断提高与建设步伐不断加快,不得不在软土上修建各 种复杂建筑物的问题以及通过共同作用来达到优化结构、节约资源的目的,逐渐 成为热点问题。本文对软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用进行研究,得出了一 些有益的结论。本文研究的主要思路有两条:第一条思路是在结构整个体系受常规荷载作用 下,研究软土地基变形模量、上部结构层数、软土地基粘聚力以及软土地基内摩 擦角对软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用的影响;第二条思路是在第一条思
2、路 的基础上增加地震荷载的作用,研究软土地基变形模量、上部结构层数、软土地 基粘聚力、软土地基内摩擦角以及不同地震荷载作用下对软土地基-桩筏基础-上部 结构共同作用的影响。本文通过理论分析与有限元数值模拟,得出以下主要结论:传统设计与共同作用设计对比,传统设计具有一定的不合理性;增大软土地基的变形模量,可以有效减小基础沉降问题,改变粘聚力,对 基础沉降的影响较小;上部结构的水平位移随着软土地基变形模量、软土地基粘聚力以及软土地 基的内摩擦角增大而减小,随上部结构层数、地震荷载的增大而增大;上部结构的刚度在逐层形成中,其刚度的贡献并不是线性增加的,上部结 构对差异沉降的调节是有限的;中柱的柱底轴
3、力随软土地基的变形模量、粘聚力和内摩擦角的增大而增大,边柱的柱底轴力随软土地基的变形模量、粘聚力和内摩擦角增大而减小,出现中 柱加载,边柱减载,边柱的荷载逐渐转向中柱的现象;在软土地基上,地震荷载作用后,一边的柱底轴力在增加,另一边的柱底 轴力在减小,最大轴力出现在边柱,另外,地震荷载是来回往复的荷载,因此,两边的边柱都将会产生最大轴力,所以,边柱是一个比较危险的结构构件,设计 工作者在抗震设计时,需要着重对边柱进行设计。关键词:软土地基,桩筏基础,上部结构,共同作用,有限元I万方数据重庆大学硕士学位论文ABSTRACTWith the c o ntinu o u s impro ve me
4、nt o f Chinas e c o no mic le ve l and the ac c e le rating pac e o f c o nstru c tio n,the pro ble m o f having to bu ild c o mple x bu ild ings o n so ft so il and the go al o f o ptimizing stru c tu re and saving re so u rc e s thro u gh jo int e ffo rts has grad u ally be c o me a ho t issu e.In
5、 this pape r,the jo int ac tio n o f so ft so il fo u nd atio n-pile raft fo u nd atio n-su pe rstru c tu re is stu d ie d and so me u se fu l c o nc lu sio ns are d rawn.The main id e as o f this pape r are two:The first id e a is to stu d y the De fo rmatio n mo d u lu s o f d iffe re nt so ft so
6、il fo u nd atio ns,the c o he sio n o f d iffe re nt so ft so il fo u nd atio ns,the nu mbe r o f d iffe re nt u ppe r stru c tu ral laye rs,and the d iffe re nt so ft The influ e nc e o f the inte rnal fric tio n angle o f so il fo u nd atio n o n the jo int ac tio n o f so ft so il fo u nd atio n-
7、pile raft fo u nd atio n-su pe rstru c tu re;The se c o nd line o f tho u ght ad d s the ro le o f se ismic lo ad ing o n the basis o f the first line o f think ing,and stu d ie s and analyze s the De fo rmatio n mo d u lu s o f d iffe re nt so ft so il fo u nd atio ns,The e ffe c ts o f d iffe re n
8、t so ft so il fo u nd atio n c o he sio n,d iffe re nt nu mbe r o f su pe rstru c tu re laye rs,c o he sio n o f d iffe re nt so ft so il fo u nd atio ns and d iffe re nt e arthq u ak e lo ad s o n the jo int ac tio n o f so ft so il fo u nd atio n-pile raft fo u nd atio n-u ppe r stru c tu re.In th
9、is pape r,thro u gh the o re tic al analysis and finite e le me nt nu me ric al simu latio n,the fo llo wing main c o nc lu sio ns are d rawn:Co mmo n d e sign and trad itio nal d e sign c o ntrast,the trad itio nal d e sign has a c e rtain irratio nality;Inc re asing the De fo rmatio n mo d u lu s
10、o f so ft so il fo u nd atio n c an e ffe c tive ly re d u c e the fo u nd atio n se ttle me nt pro ble m,and c hange the c o he sio n fo rc e to have little e ffe c t o n se ttle me nt;The ho rizo ntal d isplac e me nt o f the su pe rstru c tu re d e c re ase s with inc re asing De fo rmatio n mo d
11、 u lu s o f so ft so il fo u nd atio n,c o he sio n o f so ft so il fo u nd atio n and inte rnal fric tio n angle o f so ft so il fo u nd atio n,and inc re ase s with the inc re ase o f the nu mbe r o f su pe rstru c tu re laye rs and se ismic lo ad s;Und e r se ismic lo ad ing,the ax ial fo rc e at
12、 the bo tto m o f the c o lu mn inc re ase s with the inc re ase o f the De fo rmatio n mo d u lu s o f the fo u nd atio n,and the ax ial fo rc e at the bo tto m o f the sid e c o lu mn d e c re ase s with the inc re ase o f the De fo rmatio n mo d u lu s o f the fo u nd atio n,and the lo ad ing o c
13、 c u rs in the mid d le c o lu mn.With lo ad she d d ing,the lo ad o f the sid e c o lu mns grad u ally shifts to the mid d le c o lu mn,and finally the ax ial 万方数据英文摘要fo rc e at the bo tto m o f e ac h c o lu mn will te nd to be e q u al;Und e r the ac tio n o f e arthq u ak e s,the ax ial fo rc e
14、at the bo tto m o f o ne c o lu mn is inc re asing,the ax ial fo rc e at the bo tto m o f the c o lu mn is d e c re asing,and the max imu m ax ial fo rc e appe ars at the sid e c o lu mn.In ad d itio n,the se ismic lo ad is a bac k and fo rth re c ipro c al lo ad.The re fo re,the two sid e c o lu mn
15、s The max imu m ax ial fo rc e is ge ne rate d.The re fo re,the sid e c o lu mn is a stru c tu ral me mbe r that is mo re d ange ro u s.Whe n the d e sign wo rk e r is wo rk ing o n se ismic d e sign,it is ne c e ssary to d e sign the sid e c o lu mn.The inno vatio n o f this artic le:Co nsid e ring
16、 the jo int ac tio n to c alc u late the d e fo rmatio n and inte rnal fo rc e s o f the su pe rstru c tu re,pile-raft fo u nd atio n,and so ft so il fo u nd atio n c an pro vid e re fe re nc e fo r d e sign wo rk e rs and impro ve the d e sign le ve l o f the d e sign;By c hanging the d iffe re nt
17、fac to rs,we c an d e e ply stu d y the c hanging laws o f the inte rac tio n be twe e n the su pe rstru c tu re,the pile d raft fo u nd atio n and the so ft so il fo u nd atio n to pro vid e re fe re nc e fo r the ac tu al pro je c t;(3)The pse u d o-static me tho d was u se d to stu d y the jo int
18、 ac tio n o f the so ft so il fo u nd atio n-pile-raft fo u nd atio n-su pe rstru c tu re u nd e r the ac tio n o f se ismic lo ad,and so me prac tic al and u se fu l c o nc lu sio ns we re o btaine d,whic h was c o nd u c ive to se ismic d e sign.Key words:so ft gro u nd,pile fo u nd atio n,su pe r
19、stru c tu re,c o lle c tive e ffe c t,finite e le me ntin万方数据重庆大学硕士学位论文IV万方数据目 录目 录中文摘要.I英文摘要.II图索弓I.IX表索弓I.XIII主要符号.XV1绪论.11.1 研究背景.11.2 研究意义.21.3 国内外研究现状.31.3.1 共同作用理论研究现状.31.3.2 桩筏基础研究现状.51.3.3 软土地基研究现状.61.3.4 地震作用研究现状.61.4 本文研究的主要内容与研究目的.71.4.1 研究内容.71.4.2 研究目的.71.4.3 技术路线.82软土地基桩筏基础上部结构共同作用理论分析
20、.92.1 共同作用的分析方法.92.1.1 原位实测方法.92.1.2 模型试验方法.92.1.3 理论分析方法.92.1.4 计算机数值模拟.92.2 软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用的基本方程.102.3 子结构法原理分析.102.3.1 上部结构刚度和荷载的凝聚过程.103.3.2共同作用分析的子结构法.112.3 筏板分析.122.3.1 薄板理论分析.122.3.2 厚板理论分析.152.4 桩分析.172.4.1 单桩分析.17v万方数据重庆大学硕士学位论文2.5 夕)212.5.1 弹塑性地基模型.222.5.2 莫尔-库伦屈服准则.222.5.4 软土的工程特性.242.
21、6 上部结构、地基和基础对共同作用的影响.242.6.1 上部结构的影响.242.5.2 基础的影响.252.5.3 地基的影响.262.7本章小结.263 ABAQUS软件概述及模型建立.273.1 ABAQUS软件概述.273.1.1 ABAQUS功能模块介绍.273.1.2 ABAQUS中的单元类型.283.1.3 ABAQUS有限元程序计算流程.293.2 软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用模型建立.303.2.1 基本假定.303.2.2 地应力平衡.313.2.3 建立模型.313.3 本章小结.354常规荷载作用下软土地基-桩筏基础上部结构共同作用分析.374.1 变形模量对共
22、同作用的影响.374.2 层数对共同作用的影响.414.3 粘聚力对共同作用的影响.454.4 内摩擦角对共同作用的影响.484.5 本章小结.525考虑地震荷载作用下软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用分析.535.1 变形模量对共同作用的影响.535.2 层数对共同作用的影响.575.3 粘聚力对共同作用的影响.615.4 内摩擦角对共同作用的影响.655.5 不同地震荷载对共同作用的影响.685.6 本章小结.73VI万方数据目 录6结论与展望.756.1 本文总结.756.2 展望.76致 谢.77参考文献.79VII万方数据重庆大学硕士学位论文VIII万方数据图索引图索引图1.1本文
23、研究技术路线.8图2子结构节点分类.10图2.2子结构法凝聚过程.11图2.3薄板分析示意图.12图2.4薄板微小六面体示意图.14图2.5厚板分析示意图.15图2.6地基土和桩身的计算模式.18图2.7 弹塑性应力-应变关系.22图2.8 屈服面.23图2.9上部结构刚度对基础受力状况的影响.24图2.10绝对柔性基础基底反力分布.25图2.11刚性基础基底反力分布.25图2.12基地反力分布类型.26图2.13地基条件对基础受力的影响.26图3.1 ABAQUS有限兀程序计算流程.30图3.2上部结构有限元计算模型.33图3.3上部结构平面布置图.33图3.4桩筏基础有限元计算模型.33图
24、3.5桩筏基础平面布置图.33图3.6软土地基有限元计算模型.34图3.7整体结构有限元计算模型.34图3.8地应力平衡计算结果云图.34图3.9竖向位移U3计算结果云图.35图3.10水平位移U1计算结果云图.35图4.1最大沉降量随变形模量变化.37图4.2最小沉降量随变形模量变化.37图4.3平均沉降量随变形模量变化.38图4.4差异沉降随变形模量变化.38图4.5桩筏基础沉降随地基变形模量变化.39IX万方数据重庆大学硕士学位论文图4.6 C-C轴柱底轴力随变形模量变化.40图4.7最大沉降随层数变化.41图4.8最小沉降随层数变化响.41图4.9平均沉降随层数变化.42图4.10差异
25、沉降随层数变化.42图4.11桩筏基础沉降随层数变化.43图4.12 C-C轴上柱底轴力随层数变化.44图4.13最大沉降量随粘聚力变化.45图4.14最小沉降量随粘聚力变化.45图4.15平均沉降量随粘聚力变化.46图4.16差异沉降量随粘聚力变化.46图4.17桩筏基础沉降随粘聚力变化.47图4.18 C-C轴柱底轴力随粘聚力变化.48图4.19最大沉降量随内摩擦角变化.49图4.20最小沉降量随内摩擦角变化.49图4.21平均沉降量随内摩擦角变化.49图4.22差异沉降量随内摩擦角变化.49图4.23桩筏基础沉降随内摩擦角变化.51图4.24 C-C轴柱底轴力随内摩擦角变化.52图5.1
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