桩-筏组合基础减小差异沉降的模拟研究

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桩-筏组合基础具有较好的降沉、调平性能,并且经济性良好。以减少差异沉降为主要目的的变刚度调平设计是桩-筏组合基础设计中的关键点。然而在传统的桩-筏组合基础设计中,上部结构荷载假定都由桩直接承担,未能充分发挥筏板的分担作用,设计偏保守,容易造成浪费及其他次生问题。本文在前人研究成果的基础上,重点对桩-筏组合基础中的桩-土-筏共同作用有效解决差异沉降问题,应用数值模拟技术进行分析探讨。论文重点做了以下几个方面的工作:(1)对土体分别采用Mohr-Coulomb模型和线性Drucker-Prager模型,对比两种不同土体本构模型下的筏板沉降。证明三维问题中两个模型的参数转换公式是正确的。(2)利用ABAQUS有限元分析软件,建立桩-筏组合基础模型,分析研究多种布桩方式、桩长、筏板厚度、土层弹性模量和变刚度垫层对基础差异沉降的影响,得出在承载力满足的前提下,中心布桩就可以很好地减小基础的差异沉降。(3)调整布桩间距和桩长能减小基础差异沉降且经济效益较好;基础的平均沉降和差异沉降都随着桩间土层、桩端土层弹性模量的增大而减小,且减小幅度逐渐降低。随着筏板下变刚度垫层弹性模量比的增加,无桩筏基和均匀满堂布桩基础的差异沉降减小,减小效果越来越不明显,筏板下加变刚度垫层能有效减少基础的差异沉降。(4)结合工程实例,运用ABAQUS进行模拟分析。利用计算成果,对工程实例提出几种改进方案。得出在桩顶加褥垫层能够减小桩顶反力,发挥地基土的承载力。对于存在岩溶、土洞等的复杂地基,在上部结构荷载集度大的区域增加桩基竖向支承刚度(反者减之)和在筏板下加变刚度垫层两种方法相结合采用,可以更有效地、经济地减小基础的差异沉降。
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