桩筏基础简化分析方法

桩筏基础简化分析方法第一页，共七十一页，编辑于2023年，星期三目录一、研究背景二、现有分析方法和软件三、群桩地基中的应力四、桩地基中的变形和沉降计算五、地基压缩性指标的确定六、群桩基础的分析模型七、桩筏基础相对刚度八、软件开发九、典型工程应用十、结论第二页，共七十一页，编辑于2023年，星期三一、研究背景软弱地基上桩筏基础需解决的问题：桩筏基础承受巨大竖向和水平向荷载高层建筑大底盘桩筏基础桩－厚筏基础变厚度桩筏基础群桩沉降计算地基土压缩性指标的确定To目录第三页，共七十一页，编辑于2023年，星期三桩筏基础承受巨大竖向和水平向荷载高层建筑：单柱荷载大，风荷载、地震荷载工业建筑：上海外高桥电厂二期工程锅炉，单柱荷载1万吨，水平荷载2千吨上海金山石化10万立方米油罐，直径82m，荷载268kPa。Return第四页，共七十一页，编辑于2023年，星期三高层建筑大底盘桩筏基础主楼和裙楼建造在大底盘桩筏基础上，主楼和裙楼基础不设沉降缝，采用后浇带方式。需要控制主裙楼沉降差，了解主裙楼交界处局部应力、主裙楼的相互影响、筒体集中荷载下筏板的内力。Return第五页，共七十一页，编辑于2023年，星期三桩－厚筏基础结构物荷载增加，变形要求严格，筏板厚度加大，超出了薄板理论适用条件：上海金茂大厦板厚4m

上海宝钢1＃锅炉板厚9m

上海外高桥电厂二期工程锅炉板厚4.75mReturn第六页，共七十一页，编辑于2023年，星期三变厚度桩筏基础工业建筑中烟囱基础、锅炉基础、大型油罐基础等高层建筑中梁板式基础、主裙楼基础变厚度等需要了解厚度变化位置的局部应力及其对整个桩筏基础的影响Return第七页，共七十一页，编辑于2023年，星期三群桩沉降计算三类沉降计算方法：半经验的等代实体墩基法，桩筏基础的整体分析方法，经验的方法第一类方法计算简单，应用较多：桩基规范和上海地基基础规范等第二类方法计算复杂，应用较少：弹性理论法、边界元法、有限元法等第三类方法是基于地区的经验，在大量调查统计基础上提出的经验公式，受地区局限第八页，共七十一页，编辑于2023年，星期三国家桩基规范法存在问题应力计算偏大压缩层厚度偏大压缩模量取值偏大To研究背景第九页，共七十一页，编辑于2023年，星期三地基土压缩性指标的确定沉降计算及群桩分析关键一般要求按照压缩曲线确定，取值困难土层自重应力超过压缩试验范围无粘性土难以获得可靠的压缩曲线To目录第十页，共七十一页，编辑于2023年，星期三二、现有的分析方法和软件弹性法基于各向同性弹性半空间的Mindlin解建研院的JCCAD，北京理正的桩基CAD沉降控制桩基设计理论适用于中低层建筑同济大学的启明星有限元有限层法等方法没有商业化软件

第十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期三建研院桩基CAD软件理论基础中厚板模型，梁板式筏板采用不同单元桩刚度确定：单桩静载荷试验P～S曲线弹性理论相互影响系数法使用情况：计算结果和实际情况相差较大，设计院应用较少第十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期三理正桩基CAD软件薄板理论和梁理论相结合，板和梁采用不同单元桩的刚度确定：弹性理论法使用情况：角桩反力偏大，应用较少第十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期三国外软件国外软件主要为通用的岩土工程和结构工程软件，比如SAP84、PLAXIS、FINAL等由于规范的不同，国外软件很难在国内打开市场To目录第十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期三三、群桩地基中的应力采用常规有限元法和复合单元法分析群桩地基应力采用弹性理论法分析群桩地基应力获得桩端荷载传递系数表达式建立桩端应力计算模型第十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期三群桩应力计算模型

第十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期三桩端荷载传递系数

第十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期三群桩桩端附加应力随桩长地变化

第十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期三承台面积相同、桩数不同桩端附加应力

第十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期三持力层和桩侧土体模量比变化

对桩端平面附加应力的影响第二十页，共七十一页，编辑于2023年，星期三桩土相对刚度对桩端平面以下附加应力

第二十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期三不同承台长宽比下的桩端平面附加应力系数

第二十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期三群桩应力分析结论复合单元法中引入分区积分技术，单元划分灵活，节点数和单元数较少，计算时间较短群桩将大部分应力传到了桩端平面，水平方向扩散的应力很小所提出的应力计算模型具有计算简便、准确、概念清晰的优点，避免了其它方法十分繁琐的缺点To目录第二十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期三四、群桩地基的变形和沉降计算单桩变形规律群桩的变形规律群桩沉降计算方法第二十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期三单桩沉降规律第二十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期三单桩沉降组成比例第二十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期三群桩沉降规律第二十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期三群桩沉降组成群桩中单桩沉降Sj由桩身压缩Spj和桩端沉降Sbj组成，即Sj＝Sbj＋Spj桩身压缩通过静载荷试验或者单桩理论分析确定桩端沉降通过分层总和法计算第二十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期三群桩桩端沉降计算方法第二十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期三各种方法计算的群桩沉降比较工程号项目实测上海规范国家规范简易理论本文工程一最终沉降6.7cm16.9cm8.7cm7.7cm7.1cm压缩层厚度69.06m69.06m36.4m21m压缩层相对厚度1.9BR1.8Be1.9BR1.8Be1.0BR0.97Be0.6BR0.56Be工程二最终沉降3.722.4cm5.8cm4.6cm4.8cm压缩层厚度46.8m46.8m21.5m10.8m压缩层相对厚度2.2BR1.94Be2.2BR1.94Be1.0BR0.89Be0.5BR0.43Be工程三最终沉降10.621.6cm14.2cm10.6cm压缩层厚度37.7m37.7m12.78m压缩层相对厚度2.7BR1.5Be2.7BR1.5Be0.9BR0.5Be第三十页，共七十一页，编辑于2023年，星期三国家桩基规范沉降计算存在的问题桩端应力偏大压缩层厚度偏大压缩模量偏大第三十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期三群桩中单桩P～S曲线第三十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期三群桩地基的变形和沉降计算方法分析结论设计荷载下，单桩桩顶沉降主要由桩身压缩组成，桩端沉降很小群桩桩顶沉降主要由桩端沉降组成，桩身压缩较小本文群桩沉降计算方法分析合理，与实测值吻合在相同荷载下，群桩沉降远大于单桩沉降，群桩中单桩P～S曲线反映了群桩中单桩刚度To目录第三十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期三五、群桩分析时压缩性指标的确定粘性土可以主要根据高压固结试验的e～p曲线和原位试验（静力触探和标贯试验）确定无粘性土主要根据原位试验（静力触探和标贯试验）确定第三十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期三粘性土Es1-2和Es之间的关系第三十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期三根据压缩试验和原位试验估算的不同土质的压缩模量第三十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期三标贯击数和比贯入阻力随深度变化To目录第三十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期三六、群桩基础分析模型第三十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期三群桩中单桩非线性刚度Pj——j桩桩顶荷载Sj——j桩桩顶沉降

——筏板下桩的平均荷载第三十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期三薄板壳理论薄板单元厚板假定厚板假定薄板假定薄板假定三维实体等参元三维弹性理论单元构造中厚板壳理论中厚板壳单元单元构造单元构造筏板单元构造途径第四十页，共七十一页，编辑于2023年，星期三板单元的构造16节点三维实体单元中引入Reissner厚板的假定，获得了适用于任意截面、厚薄板通用的三维实体退化板单元第四十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期三单元的分区积分该单元具有以下特点：同一个单元可以包括桩、土、孔穴等多种材料，使单元数量大大减少，降低计算工作量第四十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期三单元适用范围厚薄板通用变厚度筏板考虑地基和桩的水平刚度作用同一个单元内可以考虑几种不同材料适用于大型复杂结构的分析第四十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期三群桩分析方法的特点变厚度筏板厚板和薄板高层建筑主楼和裙楼整体分析考虑相邻基础的相互作用计及地基和桩的水平刚度考虑地基的非均质性、不等厚、缺失等计算参数为常用的土工参数，容易确定适用于常规设计的桩基第四十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期三变厚度筏板分析实例一

——筏板平面及平面图第四十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期三变厚度筏板分析实例一

——筏板有限元模型第四十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期三变厚度筏板分析实例一

——沉降等值线第四十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期三变厚度筏板分析实例一

——Mx弯矩第四十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期三变厚度筏板分析实例二

——梁板式筏板柱距8m，梁高1.8m，梁宽0.6m，板厚0.7m、1.0m、1.8m第四十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期三变厚度筏板分析实例二

——梁板式筏板变形第五十页，共七十一页，编辑于2023年，星期三变厚度筏板分析实例二

——梁板式筏板弯矩第五十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期三厚筏分析单柱最大竖向荷载1.28万吨单柱最大水平荷载1800吨筏板厚度4.75m第五十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期三工程桩概况工程桩采用f750×14mmSP钢管桩，桩长70m工程桩持力层为⑧-2层中下部的粉质粘土粉砂层单桩极限承载力为9000KN第五十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期三基础板沉降及不均匀沉降控制标准整体倾斜小于1/500柱出平面沉降小于1.5cm设计要求第五十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期三筏板挠度图第五十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期三桩顶反力随板厚的变化第五十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期三非地震荷载作用下板中正弯距Mx包络图非地震荷载作用下板中正弯距Mx包络图第五十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期三地震荷载作用下板中最小剪力Qx包络图To目录第五十八页，共七十一页，编辑于2023年，星期三七、桩筏基础的相对刚度第五十九页，共七十一页，编辑于2023年，星期三相对刚度对不均匀沉降的影响第六十页，共七十一页，编辑于2023年，星期三相对刚度对最大沉降的影响第六十一页，共七十一页，编辑于2023年，星期三相对刚度对筏板最大弯矩的影响第六十二页，共七十一页，编辑于2023年，星期三桩顶反力随相对刚度的变化相对刚度介于1～2时桩顶反力分布比较均匀第六十三页，共七十一页，编辑于2023年，星期三按照桩顶反力确定的筏板厚度To目录第六十四页，共七十一页，编辑于2023年，星期三九、软件开发第六十五页，共七十一页，编辑于2023年，星期三软件主要特点分析方法先进，可以考虑各种地基以及筏板；和PKPM、TBSA等结构分析软件完全接口，直接从上述软件分析结果中读取数据或者人工直接输入；和CAD绘图软件完全接口，从CAD文件中读取基础图、桩位图等或者人工直接输入；数据采用鼠标、键盘、文件三种方式输入，实时修改和显示，输入简单，界面友好；有限元网格自动划分，具有整体加密和局部加密功能；输出内力、应力、沉降、桩顶反力等的云图、等值线图、剖面图、局部区域平均值等，输出直观；该软件已经成功应用于近十余个国家和省市重点工程分析设计。第六十六页，共七十一页，编辑于2023年，星期三软件第六十七页，共七十一页，编辑于2023年，星期三九、典型工程应用上海外高桥二期工程锅炉基础设计

——国内最大的锅炉基础上海金山石化10万立方米有关基础设计

——国内外软土地基最大的有关基础杭州市双牛大厦主裙楼整体设计To目录第六十八页，共七