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典型软土层中群桩变刚度调平设计方案研究

铁道科学与工程学报 2022年第5期19卷 1288-1297页

作者：李亮张鹏鹏龙秋亮雷皓程赵炼恒中南大学土木工程学院湖南长沙410075 湖南省航务工程有限公司湖南长沙410009

群桩等刚度设计中因“加筋遮帘效应”会导致各基桩间轴向内力出现差异,造成上部结构开裂、倾斜,严重影响上部建筑结构的安全和使用。为减小群桩各基桩间轴向内力差,通过开展群桩变刚度调平优化设计研究,以进一步提高群桩的承载性能。基... 详细信息

群桩等刚度设计中因“加筋遮帘效应”会导致各基桩间轴向内力出现差异,造成上部结构开裂、倾斜,严重影响上部建筑结构的安全和使用。为减小群桩各基桩间轴向内力差,通过开展群桩变刚度调平优化设计研究,以进一步提高群桩的承载性能。基于变刚度调平设计理念,采用三维有限元分析软件ABAQUS对竖向受荷群桩的沉降特性及基桩轴向内力分布特征进行分析。重点选取粉质黏土、砂层土和淤泥质土等典型软弱土层,通过改变桩长、桩径和桩间距3个关键参数的调节方式以调平基桩刚度,使基桩轴向内力分配均衡化,据此提出3种典型土层中基桩变刚度调节优化设计方案。研究结果表明:粉质黏土、砂层土和淤泥质土中,各基桩轴向内力差异与中心桩内力值比例分别高达90.5%,51.3%和51.8%,且不同调节方式对不同土层中基桩刚度调节效果影响程度不同;3种典型土层中,变桩长、桩径的方式可显著降低各基桩间内力差值,但淤泥质土和砂层土中变桩间距对降低内力差的效果较小。不同土层中基桩刚度调节效果影响程度的不同与土层力学特性、桩土相互作用和荷载承担比例直接相关,故群桩变刚度调平设计应针对不同典型桩侧土层组合采取合适的调节方式。

关键词：群桩变刚度调平内力差异优化设计数值模拟

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变刚度调平在高层建筑设计中的应用

变刚度调平在高层建筑设计中的应用

作者：袁洁河北工程大学

学位级别：硕士

随着高层建筑的发展，桩基础得到了广泛的应用，它大大发挥了桩基的承载性能，而且取得了较好的经济效益和社会效益。然而传统的布桩方法是采用天然地基和均匀布桩，初始竖向支承刚度均匀分布，当设置于其上的刚度有限的基础（承台）受... 详细信息

随着高层建筑的发展，桩基础得到了广泛的应用，它大大发挥了桩基的承载性能，而且取得了较好的经济效益和社会效益。然而传统的布桩方法是采用天然地基和均匀布桩，初始竖向支承刚度均匀分布，当设置于其上的刚度有限的基础（承台）受均布荷载作用时，由于土与桩、桩与桩的相互作用导致了地基或群桩的竖向支承刚度分布发生内弱外强的变化，其沉降会出现内大外小的蝶形分布，将引起自身和上部结构的附加弯、剪内力乃至开裂;基底反力会出现内小外大的马鞍形分布，将导致基础的整体弯矩增大。当上部结构为荷载与刚度内大外小的框架-核心筒结构时，蝶形沉降会更趋明显。为了避免上述的负面效应，通过变刚度调平概念设计，突破传统设计理念，调整地基或基桩的竖向支承刚度分布，促使建筑物的差异沉降减到最小，基础或承台内力和上部结构次应力显著降低，节约资源，提高建筑物的使用寿命，确保正常的使用功能。本文在前人研究的基础上，重点阐述了变刚度调平设计的的原理、方法和工程应用，总结了复合地基群桩沉降计算的方法，然后结合工程实例，运用变刚度调平概念设计和复合桩基沉降计算方法，并采用Flac3D软件分析了框架-核心筒结构变刚度调平后的沉降值，满足规范要求，减小了承台的附加内力。通过工程算例结果表明，对于框架-核心筒结构的高层建筑结构桩基，可以采取强化核心筒区域的桩基刚度，如增加桩长、改变桩距和桩径等，相对弱化外围框架的桩基刚度，如采用复合疏桩基础。这样可以有效的减小不均匀沉降，降低筏板的内力和上部结构的次应力，并得到良好的经济效益。

关键词：变刚度调平复合地基不均匀沉降 Flac3D

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可控刚度桩筏基础变刚度调平的工程实践

建筑科学 2018年第7期34卷 139-146页

作者：朱锐周峰翟德志常银生屈伟南京工业大学交通运输工程学院江苏南京210009 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 南京市房屋安全管理处江苏南京210009 常熟理工学院江苏常熟215500

基底下的地基土支承刚度不均匀导致的建筑基础差异沉降问题在中软土及土岩溶组合地区较为突出,因此,减少其差异沉降是高层建筑桩筏基础设计中的关键点。本文介绍的典型工程采用以天然地基为主、部分区域内采用桩顶设置刚度调节装置的人... 详细信息

基底下的地基土支承刚度不均匀导致的建筑基础差异沉降问题在中软土及土岩溶组合地区较为突出,因此,减少其差异沉降是高层建筑桩筏基础设计中的关键点。本文介绍的典型工程采用以天然地基为主、部分区域内采用桩顶设置刚度调节装置的人工挖孔桩的变刚度调平设计方法,在解决因地基土差异沉降过大引起的差异沉降问题的同时,还充分利用了良好的天然地基承载力,取得了良好的经济效益和社会效益。通过现场测试数据与结果进行对比分析,验证可控刚度桩筏基础应用于该项目的合理性与可靠性。现场实测结果显示,本工程D区域采用可控刚度桩筏基础后,建筑物总沉降和差异沉降均满足设计要求,地基土分担了上部结构65%的荷载,充分发挥了地基土体承载力。设计思路及相关经验可供类似工程借鉴与参考。

关键词：地基土支承刚度刚度调节装置天然地基变刚度调平差异沉降

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挤扩支盘桩的数值模拟及变刚度调平应用

上海大学学报（自然科学版） 2011年第3期17卷 325-330页

作者：米晓庆朱杰江上海大学土木工程系上海200072

差异沉降是群桩复合地基研究中一个不容忽视的问题,往往使得结构产生不良内力.传统的解决方法是采用改变桩长、桩距、桩径等来实现地基的刚度调平.支盘桩是一种具有高承载力和低沉降量特性的新型桩,通过差分分析软件FLAC 3D对挤扩支盘... 详细信息

差异沉降是群桩复合地基研究中一个不容忽视的问题,往往使得结构产生不良内力.传统的解决方法是采用改变桩长、桩距、桩径等来实现地基的刚度调平.支盘桩是一种具有高承载力和低沉降量特性的新型桩,通过差分分析软件FLAC 3D对挤扩支盘桩、基础、土层共同作用进行模拟,并对挤扩支盘桩的参数进行敏感性分析,最终达到减少和消除差异沉降的目的,使结构布置更加合理.

关键词：挤扩支盘桩变刚度调平差异沉降数值模拟

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北京达美中心广场基础变刚度调平设计

建筑结构 2015年第13期45卷 62-66,56页

作者：王杨詹永勤中国建筑科学研究院北京100013

介绍了达美中心广场大底盘多塔楼结构的基础设计。在基础设计时,运用变刚度调平的设计理念,采用协同分析计算的方法,增强塔楼基础、弱化裙房基础。两栋150m高塔楼采用桩基础,两栋100m高塔楼采用CFG桩复合地基,裙房采用天然地基。塔楼核... 详细信息

介绍了达美中心广场大底盘多塔楼结构的基础设计。在基础设计时,运用变刚度调平的设计理念,采用协同分析计算的方法,增强塔楼基础、弱化裙房基础。两栋150m高塔楼采用桩基础,两栋100m高塔楼采用CFG桩复合地基,裙房采用天然地基。塔楼核心筒下和外框架柱下按不同桩长及不同桩间距分别布桩,不同的区域实现不同的承载能力和支承刚度,减小了差异沉降、底板内力和上部结构次应力。

关键词：基础设计协同分析变刚度调平差异沉降

复合地基变刚度调平设计在某框架-核心筒结构中的应用

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建筑结构 2021年第S1期51卷 1823-1826页

作者：袁杰侯森苑嗣明菏泽市规划建筑设计研究院有限公司菏泽274000

介绍了某框架-核心筒结构采用了进行变刚度调平设计的CFG桩复合地基。仅对核心筒区域和外框架区域进行地基处理并采用不同的CFG桩间距,以达到调整地基刚度、控制差异沉降的目的,经计算可以采用变厚度筏板,从而使基础的受力更为合理,也... 详细信息

介绍了某框架-核心筒结构采用了进行变刚度调平设计的CFG桩复合地基。仅对核心筒区域和外框架区域进行地基处理并采用不同的CFG桩间距,以达到调整地基刚度、控制差异沉降的目的,经计算可以采用变厚度筏板,从而使基础的受力更为合理,也提高了经济性。提出了采用PKPM(4.3.4版)软件对实际工程进行复合地基变刚度调平设计时应当注意的几个问题。

关键词：变刚度调平复合地基差异沉降

变刚度调平设计在某超高层建筑桩筏基础设计中的应用

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武汉勘察设计 2012年第6期 37-42页

作者：褚江涛魏俊涛广州南方建筑设计研究院武汉分院武汉430060

基底之上的载荷分布明显不均导致的基础沉降差问题在中软土地区较为突出。以减少沉降差异为主要目的的变刚度调平布桩模式是桩筏基础设计中的关键点。本文简述了其理论依据,介绍了其在国内的研究进展,以一实例,分析了这一思想在带裙房... 详细信息

基底之上的载荷分布明显不均导致的基础沉降差问题在中软土地区较为突出。以减少沉降差异为主要目的的变刚度调平布桩模式是桩筏基础设计中的关键点。本文简述了其理论依据,介绍了其在国内的研究进展,以一实例,分析了这一思想在带裙房的某超高层框架核心筒结构基础设计中的具体运用。算例分析表明,在保证承载力的基础上,变刚度调平后的基础差异沉降较小,经济性良好。

关键词：变刚度调平桩筏基础框架核心筒差异沉降

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圆形筏板基础变刚度调平分析与设计

圆形筏板基础变刚度调平分析与设计

作者：夏飞北京航空航天大学

学位级别：硕士

柔性基础在上部均布荷载作用下基底反力分布均匀,基底以下土体内部附加应力在同一水平面上分布规律为中间大、周围小;刚性基础沉降是均匀的,因而其基底反力分布为中间小、周围大;具有一定厚度的油罐圆形筏板基础刚度在柔性和刚性之间,... 详细信息

柔性基础在上部均布荷载作用下基底反力分布均匀,基底以下土体内部附加应力在同一水平面上分布规律为中间大、周围小;刚性基础沉降是均匀的,因而其基底反力分布为中间小、周围大;具有一定厚度的油罐圆形筏板基础刚度在柔性和刚性之间,因而其变形规律也介于柔性和刚性基础之间,由于天然地基或经过均匀处理的地基（例如均匀布桩）的初始竖向刚度是均匀分布的,因此圆形筏板基础在均布荷载的作用下,会产生中间大、周围小的碟形沉降。传统的油罐基础设计方法忽视了上述的不均匀沉降,认为基础是刚性的,均匀沉降,同时地基进行均匀处理。随着油罐大型化,荷载和承载面积均变大,加上许多油罐分布在沿海的软基上,因此油罐基础非常容易产生大的不均匀沉降。姚仰平等提出的超固结土本构模型——UH模型,能够反映超固结土的剪缩、剪胀、硬化、软化以及应力路径依赖性等方面的特性,并成功实现与有限元软件ABAQUS的结合。本文以有限元数值模拟为基础,建立三维的分析模型,采用UH模型作为土的本构模型,将前人提出的变刚度调平的概念引入到油罐筏板基础的分析中来,考虑地基基础相互作用,模拟分析油罐基础的不均匀沉降特性。本文在模拟柔性基础、刚性基础和一般刚度基础受力变形的基础上,进行了油罐基础不均匀沉降主要影响因素的敏感性分析,得到增加筏板厚度、整体增大地基土刚度均对基础沉降差影响不明显,进而将变刚度调平方法引入到油罐地基的设计中,通过改变板下土体的刚度分布,探索变刚度地基对油罐基础不均匀沉降的影响规律。最后模拟了考虑内密外疏的变刚度布桩方式对油罐基础不均匀沉降的影响规律,以期为实际工程设计提供参考。

关键词：油罐基础不均匀沉降变刚度调平有限元方法 UH模型

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沿海软土区地基变刚度调平设计应用研究

沿海软土区地基变刚度调平设计应用研究

作者：赵金鹤河北工程大学

学位级别：硕士

经济全球化的趋势下,各国交流密切经济发展迅速,城市更加繁荣,高层、超高层建筑平地而起,工程建设中桩基础因其优势而被大量采用,能够更好满足桩基承载性能。以前常用的布桩方式采用的是天然地基和均匀布桩,天然地基和均匀布桩的复合地... 详细信息

经济全球化的趋势下,各国交流密切经济发展迅速,城市更加繁荣,高层、超高层建筑平地而起,工程建设中桩基础因其优势而被大量采用,能够更好满足桩基承载性能。以前常用的布桩方式采用的是天然地基和均匀布桩,天然地基和均匀布桩的复合地基承受均布荷载时,竖向支承刚度平均分布,基础沉降产生内大外小的蝶形分布形态,产生不均匀沉降。如果上部结构荷载为框架—核心筒等不均匀结构形式时,产生的差异沉降更加明显。差异沉降对上部建筑的可靠性会产生非常大的影响,如何调节结构物的差异沉降,使结构物保持稳定,是近几年学者一直研究的课题。软土地区的工程实例中,天然地基一般不能达到承载和变形要求,可以采用复合地基的基础形式控制建筑物不均匀沉降。本文结合前人研究的内容,分析了复合地基变刚度布桩差异沉降控制的原理,分别比较不同基础形式下、不同桩长情况下的主裙楼桩基沉降,提出沿海软土区复合地基变刚度调平设计步骤。此文结合天津某超高层项目具体工程地质和水文地质条件,对复合地基变刚度布桩差异沉降控制的原理进行详细分析。结合FLAC3D软件建立分析模型,分析了框架—核心筒结构变刚度调平后的沉降值,与实际测量结果相结合。所得出的结论如下:(1)结合实际工程数据,框架—核心筒结构的高层建筑,通过变刚度调平设计,例如通过设置长短桩,调整桩间距等,相对强化核心区域的桩基刚度,弱化外围框架的桩基刚度。能够更好地减小沉降差,也能减少建设成本。(2)对上部结构-基础-桩土共同分析,以调整“桩土支承刚度分布为主线”,通过改变布桩方式合理调整桩基刚度,能够减少最大沉降和不均匀沉降。(3)通过天然地基和复合桩基对比分析沉降差,在框架—核心筒结构下采用变刚度布桩方式能够显著的控制基础的不均匀沉降,减少对建筑物造成的不良影响。(4)通过模型模拟的数值和现场观测的结果大致相符合,表明如果在实际工程中采用数值模拟的方法,可以比较精确的预测桩基沉降的影响,对以后类似工程可以提供参考。

关键词：软土变刚度调平复合地基差异沉降 FLAC3D