樁筏基礎簡化分析方法

樁筏基礎簡化分析方法第1頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄一、研究背景二、現(xiàn)有分析方法和軟件三、群樁地基中的應力四、樁地基中的變形和沉降計算五、地基壓縮性指標的確定六、群樁基礎的分析模型七、樁筏基礎相對剛度八、軟件開發(fā)九、典型工程應用十、結論第2頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月一、研究背景軟弱地基上樁筏基礎需解決的問題：樁筏基礎承受巨大豎向和水平向荷載高層建筑大底盤樁筏基礎樁－厚筏基礎變厚度樁筏基礎群樁沉降計算地基土壓縮性指標的確定To目錄第3頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月樁筏基礎承受巨大豎向和水平向荷載高層建筑：單柱荷載大，風荷載、地震荷載工業(yè)建筑：上海外高橋電廠二期工程鍋爐，單柱荷載1萬噸，水平荷載2千噸上海金山石化10萬立方米油罐，直徑82m，荷載268kPa。Return第4頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月高層建筑大底盤樁筏基礎主樓和裙樓建造在大底盤樁筏基礎上，主樓和裙樓基礎不設沉降縫，采用后澆帶方式。需要控制主裙樓沉降差，了解主裙樓交界處局部應力、主裙樓的相互影響、筒體集中荷載下筏板的內力。Return第5頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月樁－厚筏基礎結構物荷載增加，變形要求嚴格，筏板厚度加大，超出了薄板理論適用條件：上海金茂大廈板厚4m

上海寶鋼1＃鍋爐板厚9m

上海外高橋電廠二期工程鍋爐板厚4.75mReturn第6頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月變厚度樁筏基礎工業(yè)建筑中煙囪基礎、鍋爐基礎、大型油罐基礎等高層建筑中梁板式基礎、主裙樓基礎變厚度等需要了解厚度變化位置的局部應力及其對整個樁筏基礎的影響Return第7頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月群樁沉降計算三類沉降計算方法：半經(jīng)驗的等代實體墩基法，樁筏基礎的整體分析方法，經(jīng)驗的方法第一類方法計算簡單，應用較多：樁基規(guī)范和上海地基基礎規(guī)范等第二類方法計算復雜，應用較少：彈性理論法、邊界元法、有限元法等第三類方法是基于地區(qū)的經(jīng)驗，在大量調查統(tǒng)計基礎上提出的經(jīng)驗公式，受地區(qū)局限第8頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月國家樁基規(guī)范法存在問題應力計算偏大壓縮層厚度偏大壓縮模量取值偏大To研究背景第9頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月地基土壓縮性指標的確定沉降計算及群樁分析關鍵一般要求按照壓縮曲線確定，取值困難土層自重應力超過壓縮試驗范圍無粘性土難以獲得可靠的壓縮曲線To目錄第10頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月二、現(xiàn)有的分析方法和軟件彈性法基于各向同性彈性半空間的Mindlin解建研院的JCCAD，北京理正的樁基CAD沉降控制樁基設計理論適用于中低層建筑同濟大學的啟明星有限元有限層法等方法沒有商業(yè)化軟件

第11頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月建研院樁基CAD軟件理論基礎中厚板模型，梁板式筏板采用不同單元樁剛度確定：單樁靜載荷試驗P～S曲線彈性理論相互影響系數(shù)法使用情況：計算結果和實際情況相差較大，設計院應用較少第12頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月理正樁基CAD軟件薄板理論和梁理論相結合，板和梁采用不同單元樁的剛度確定：彈性理論法使用情況：角樁反力偏大，應用較少第13頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月國外軟件國外軟件主要為通用的巖土工程和結構工程軟件，比如SAP84、PLAXIS、FINAL等由于規(guī)范的不同，國外軟件很難在國內打開市場To目錄第14頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月三、群樁地基中的應力采用常規(guī)有限元法和復合單元法分析群樁地基應力采用彈性理論法分析群樁地基應力獲得樁端荷載傳遞系數(shù)表達式建立樁端應力計算模型第15頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月群樁應力計算模型

第16頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月樁端荷載傳遞系數(shù)

第17頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月群樁樁端附加應力隨樁長地變化

第18頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月承臺面積相同、樁數(shù)不同樁端附加應力

第19頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月持力層和樁側土體模量比變化

對樁端平面附加應力的影響第20頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月樁土相對剛度對樁端平面以下附加應力

第21頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月不同承臺長寬比下的樁端平面附加應力系數(shù)

第22頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月群樁應力分析結論復合單元法中引入分區(qū)積分技術，單元劃分靈活，節(jié)點數(shù)和單元數(shù)較少，計算時間較短群樁將大部分應力傳到了樁端平面，水平方向擴散的應力很小所提出的應力計算模型具有計算簡便、準確、概念清晰的優(yōu)點，避免了其它方法十分繁瑣的缺點To目錄第23頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月四、群樁地基的變形和沉降計算單樁變形規(guī)律群樁的變形規(guī)律群樁沉降計算方法第24頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月單樁沉降規(guī)律第25頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月單樁沉降組成比例第26頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月群樁沉降規(guī)律第27頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月群樁沉降組成群樁中單樁沉降Sj由樁身壓縮Spj和樁端沉降Sbj組成，即Sj＝Sbj＋Spj樁身壓縮通過靜載荷試驗或者單樁理論分析確定樁端沉降通過分層總和法計算第28頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月群樁樁端沉降計算方法第29頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月各種方法計算的群樁沉降比較工程號項目實測上海規(guī)范國家規(guī)范簡易理論本文工程一最終沉降6.7cm16.9cm8.7cm7.7cm7.1cm壓縮層厚度69.06m69.06m36.4m21m壓縮層相對厚度1.9BR1.8Be1.9BR1.8Be1.0BR0.97Be0.6BR0.56Be工程二最終沉降3.722.4cm5.8cm4.6cm4.8cm壓縮層厚度46.8m46.8m21.5m10.8m壓縮層相對厚度2.2BR1.94Be2.2BR1.94Be1.0BR0.89Be0.5BR0.43Be工程三最終沉降10.621.6cm14.2cm10.6cm壓縮層厚度37.7m37.7m12.78m壓縮層相對厚度2.7BR1.5Be2.7BR1.5Be0.9BR0.5Be第30頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月國家樁基規(guī)范沉降計算存在的問題樁端應力偏大壓縮層厚度偏大壓縮模量偏大第31頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月群樁中單樁P～S曲線第32頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月群樁地基的變形和沉降計算方法分析結論設計荷載下，單樁樁頂沉降主要由樁身壓縮組成，樁端沉降很小群樁樁頂沉降主要由樁端沉降組成，樁身壓縮較小本文群樁沉降計算方法分析合理，與實測值吻合在相同荷載下，群樁沉降遠大于單樁沉降，群樁中單樁P～S曲線反映了群樁中單樁剛度To目錄第33頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月五、群樁分析時壓縮性指標的確定粘性土可以主要根據(jù)高壓固結試驗的e～p曲線和原位試驗（靜力觸探和標貫試驗）確定無粘性土主要根據(jù)原位試驗（靜力觸探和標貫試驗）確定第34頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月粘性土Es1-2和Es之間的關系第35頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)壓縮試驗和原位試驗估算的不同土質的壓縮模量第36頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月標貫擊數(shù)和比貫入阻力隨深度變化To目錄第37頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月六、群樁基礎分析模型第38頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月群樁中單樁非線性剛度Pj——j樁樁頂荷載Sj——j樁樁頂沉降

——筏板下樁的平均荷載第39頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月薄板殼理論薄板單元厚板假定厚板假定薄板假定薄板假定三維實體等參元三維彈性理論單元構造中厚板殼理論中厚板殼單元單元構造單元構造筏板單元構造途徑第40頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月板單元的構造16節(jié)點三維實體單元中引入Reissner厚板的假定，獲得了適用于任意截面、厚薄板通用的三維實體退化板單元第41頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月單元的分區(qū)積分該單元具有以下特點：同一個單元可以包括樁、土、孔穴等多種材料，使單元數(shù)量大大減少，降低計算工作量第42頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月單元適用范圍厚薄板通用變厚度筏板考慮地基和樁的水平剛度作用同一個單元內可以考慮幾種不同材料適用于大型復雜結構的分析第43頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月群樁分析方法的特點變厚度筏板厚板和薄板高層建筑主樓和裙樓整體分析考慮相鄰基礎的相互作用計及地基和樁的水平剛度考慮地基的非均質性、不等厚、缺失等計算參數(shù)為常用的土工參數(shù)，容易確定適用于常規(guī)設計的樁基第44頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月變厚度筏板分析實例一

——筏板平面及平面圖第45頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月變厚度筏板分析實例一

——筏板有限元模型第46頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月變厚度筏板分析實例一

——沉降等值線第47頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月變厚度筏板分析實例一

——Mx彎矩第48頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月變厚度筏板分析實例二

——梁板式筏板柱距8m，梁高1.8m，梁寬0.6m，板厚0.7m、1.0m、1.8m第49頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月變厚度筏板分析實例二

——梁板式筏板變形第50頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月變厚度筏板分析實例二

——梁板式筏板彎矩第51頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月厚筏分析單柱最大豎向荷載1.28萬噸單柱最大水平荷載1800噸筏板厚度4.75m第52頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月工程樁概況工程樁采用f750×14mmSP鋼管樁，樁長70m工程樁持力層為⑧-2層中下部的粉質粘土粉砂層單樁極限承載力為9000KN第53頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月基礎板沉降及不均勻沉降控制標準整體傾斜小于1/500柱出平面沉降小于1.5cm設計要求第54頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月筏板撓度圖第55頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月樁頂反力隨板厚的變化第56頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月非地震荷載作用下板中正彎距Mx包絡圖非地震荷載作用下板中正彎距Mx包絡圖第57頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月地震荷載作用下板中最小剪力Qx包絡圖To目錄第58頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月七、樁筏基礎的相對剛度第59頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月相對剛度對不均勻沉降的影響第60頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月相對剛度對最大沉降的影響第61頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月相對剛度對筏板最大彎矩的影響第62頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月樁頂反力隨相對剛度的變化相對剛度介于1～2時樁頂反力分布比較均勻第63頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月按照樁頂反力確定的筏板厚度To目錄第64頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月九、軟件開發(fā)第65頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月軟件主要特點分析方法先進，可以考慮各種地基以及筏板；和PKPM、TBSA等結構分析軟件完全接口，直接從上述軟件分析結果中讀取數(shù)據(jù)或者人工直接輸入；和CAD繪圖軟件完全接口，從CAD文件中讀取基礎圖、樁位圖等或者人工直接輸入；數(shù)據(jù)采用鼠標、鍵盤、文件三種方式輸入，實時修改和顯示，輸入簡單，界面友好；有限元網(wǎng)格自動劃分，具有整體加密和局部加密功能；輸出內力、應力、沉降、樁頂反力等的云圖、等值線圖、剖面圖、局部區(qū)域平均值等，輸出直觀；該軟件已經(jīng)成功應用于近十余個國家和省市重點工程分析設計。第66頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月軟件第67頁，課件共71頁，創(chuàng)作于2023年2月九、典型工程應用上海外高橋二期工程鍋爐基礎設計

——國內最大的鍋爐基礎上海金山石化10萬立方米有關基礎設計

——國內外軟土地基最大的有關基礎杭州市雙牛大廈主裙樓整體設計To目錄第68頁，課件共71頁，創(chuàng)