软土地基桩筏基础与上部结构共同作用承载特性试验研究

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桩筏基础由于其整体性好、刚度大的特点,在软土地基工程中被广泛运用。然而传统方法将桩筏基础与上部结构分开独立设计,忽略了二者受力变形后相互作用关系,且随着上部结构高度增加,此类设计方法与实际情况的误差也越来越大,致使造价过高,也对建筑物的稳定性有一定的影响。因此,开展桩筏基础与上部结构共同作用承载特性试验研究,兼顾设计的安全性与经济性,对于实际工程有一定的指导意义。当前国内外学者对桩筏基础与上部结构的共同作用已有了大量研究,但多数学者均采用有限元模拟的方法进行分析,采用模型试验的研究成果还比较欠缺,且针对软土地基相似模型试验中得出的结论是否符合实际情况也需要进一步探讨。在结合前人研究成果的基础上,本文通过几何相似比为1:10的模型试验和ABAQUS有限元软件数值模拟相结合的方法,研究了不同工况下软土地基中桩筏基础与上部结构共同作用的承载变形特征,得出了以下主要结论:(1)在桩筏基础与上部结构共同作用下,土体沉降在前期分布较为均匀。随着荷载增大,桩间土体竖向位移较为明显,基础下土体中间的沉降更大。上部结构的刚度对基础变形的约束提高了地基土体的承载能力。桩筏基础的沉降与荷载之间呈近线性变化,桩筏基础沉降随着上部结构高度的增加而增大,由于群桩效应等因素的影响导致桩筏基础呈现出盆式沉降现象。提高上部结构的刚度有助于增大桩体与土体的利用率,从而减少整体沉降,对差异沉降也有明显的控制效果。(2)考虑桩筏基础与上部结构的共同作用后,底柱与上部结构层数的拟合曲线呈线性变化。由于上部结构的刚度约束了桩筏基础受力后的变形,减少了差异沉降,使桩筏基础筏板的应力分布更加均匀,应力突变主要集中在桩体和柱体周围。随着荷载的增加,角柱和边柱轴力增大的最快,中柱出现了卸荷现象。(3)考虑桩筏基础与上部结构共同作用时,随着楼层数的增加,桩顶反力的增量逐渐减小,桩顶反力与楼层数呈对数关系变化。筏板下桩体的承载性能不是同时发挥的,在承受荷载过程中,桩体顶部内力反复自我协调,形成中桩与角桩-边桩循环的过程,在此过程中,桩体和上部结构的柱体均会产生不可忽略的弯矩。在对结构进行设计时,应着重关注上部结构对基础变形产生的约束作用,以提高土体和桩体的利用效率,并应注意对桩顶内侧以及底柱进行抗弯性能强化,使建筑物更加安全、经济。
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