深大基础地基回弹再压缩变形计算方法及工程应用

对于深、大基础来说,建筑物完成后基底以下土体往往处于补偿或超补偿状态,此时再压缩沉降变形在建筑物最终沉降变形中占有较大比例,基坑开挖回弹变形及再压缩变形计算应引起重视。回弹比率、再加荷比、再压缩比率等概念的提出及其在回弹变形与再压缩变形研究中的应用,为回弹变形与再压缩变形之间建立了更为清晰、利于计算的关系。土体再压缩变形发展过程中的两阶段线性关系在再压缩变形计算方法中的应用,可对任一再加荷工况下土体再压缩变形进行计算。通过工程实测与计算对比分析可知,该方法的计算结果,对建筑物沉降发展过程的变形控制具有实用性。     

均匀及非均匀荷载作用下柱下梁板式筏基反力变形及破坏特征试验研究

本次试验对高跨比1/6的梁、板厚跨比1/12的两组梁板式筏基模型进行加荷试验。试验表明,梁板基础呈现整体正向挠曲、内部区域反向挠曲特征。荷载通过柱传递至梁,再由梁传递到板,当柱下荷载均匀时,在地基承载力特征值内,地基反力非直线分布,梁下平均反力与柱下平均反力相差不大,约为总平均反力的1.1~1.15倍,板下平均反力小于总平均反力,板格中点处的地基反力约为总平均反力的55%,结构破坏时裂缝出现在板格上表面,裂缝贯通后呈对角线破坏形态;对于角部区域板块,角柱位置的地基反力与平均反力的比值约为1.2,其余部位地基反力均小于平均反力,区格板中心下的反力最小,约为角柱位置的地基反力的40%。结构破坏时梁中部顶面首先开裂,裂缝向下延伸至板边,由板边沿平行于梁的方向向板中心呈渐进式破坏,裂缝贯通后呈十字交叉破坏形态。     

复变函数法分析盾构隧道开挖引起的土体位移和衬砌变形

盾构隧道开挖引起的地层变形历来是人们所关注的重要课题。目前,既有成果较少考虑隧道衬砌与土体相互作用所带来的影响,尤其是较少针对衬砌变形进行分析,就此基于隧道椭圆化变形边界条件,提出了考虑衬砌与土体两种不同介质相互作用下的地层位移和衬砌变形复变函数解答。在该方法中,隧道埋深只影响共形映射后圆环域的环壁厚度,而解析区域依然保持圆形,具有不会对函数解析产生影响的优势;此外,该法经共形映射后保证了边界连续性,避免了既有应力函数法为保证隧道扰动土体无穷远处位移为零,而对解析解进行修正所导致物理意义不明确的缺陷。通过实例分析,得到了隧道开挖引起的地表沉降,并与实测数据进行了对比验证;通过参数分析,获取了扰动地层和隧道衬砌变形的影响规律。结果表明:复变函数解答得到的土体位移曲线与实测值吻合较好,且地表最大沉降值更接近于实测值;隧道的埋深和半径对土体位移和衬砌变形均有较大影响,衬砌厚度对其影响虽然较小,但仍不可忽略;衬砌径向位移曲线呈仰卧的鸭蛋形,关于90°/270°轴对称,拱顶和拱底被压扁,拱顶压缩量明显大于拱底,左、右两侧压缩量小于上、下两侧,表现为收缩之后又被压扁向左、右两侧突出,且随着埋深的增大,衬砌整体上浮;衬砌环向位移曲线呈侧立的苹果形,关于0°/180°轴对称,且在90°和270°处取值为零,随着隧道埋深的增大,环向位移绝对值增大。     

叠加原理在L形高层建筑整体筏板基础沉降计算中的应用

计算得出,L形高层建筑筏板基础的地基反力分布与变形特征为:以L形主楼拐角附近为反力和沉降中心向四周扩散,高层部分反力分布比较均匀,两翼之间的裙房部位反力变化较大。主楼部分沉降比较均匀,具有刚性建筑特征,裙房部分沉降逐渐变小。实测表明,相邻跨间局部挠曲约在1‰以内。基于叠加原理的组合分析方法可用于平面形状具有L形特征的高层建筑的筏板基础反力与沉降计算。     

某区间预应力密排框架箱形结构与常规结构的性能对比

在本文所述的地铁区间中采用了新结构预应力密排框架箱形结构方案,并与常规结构性能进行了对比研究。由有限元计算结果对比可知,新结构体系的安全性能不比普通的低;新结构体系斜截面承载力对应的重要性系数,不小于正截面承载力对应的数值,可避免出现剪切先于弯曲的脆性破坏;新结构体系的适用性和耐久性,比普通混凝土箱形区间结构的好。新区间结构实现了既能满足规范要求,又不比邻近常规结构性能低的设计目标,可以保证结构设计安全可靠。在地铁车站中对新结构的进一步试点应用和研究后,可以在地铁工程中逐步推广应用,从而逐步实现无柱大空间地铁车站的实施目标。     

明挖区间隧道无柱大空间预应力结构设计

提出3种无柱大空间预应力区间结构方案,并选取预应力密排框架箱形结构方案。针对该方案,通过完成内张拉预应力技术研究、有限元计算分析优化、结构构件设计计算和验算、新方案和普通方案构件承载力设计值与荷载效应组合设计值的对比等,得出预应力密排框架箱形结构方案设计安全可靠,可满足地铁明挖区间无柱大空间区间隧道要求,并为地铁明挖无柱大空间车站结构设计提供借鉴。     

高层建筑与裙房基础整体连接情况下基础的变形及反力分析

通过室内大型模拟试验 ,对高层建筑与裙房在整体连接情况下上部结构、基础与地基的共同作用问题进行了研究。根据试验结果并结合数值计算分析 ,得出了筏基变形和地基反力分布特征 ,指出大底盘框架厚筏体系的工程性质同高层建筑与连接其的第一跨裙房基础是密切相关的 ,并提出了“共同作用的有效范围”的概念。     

高层建筑厚筏基础的简化计算分析

采用三次B样条函数模拟厚筏基础变形曲线,将上部结构、厚筏与地基进行耦合计算,降低了厚筏分析的复杂程度。同时,考虑高层建筑上部结构、厚筏与地基的共同作用,根据工程实测结果,对高层建筑结构刚度进行了等代简化。数值分析结果与模拟试验结果对比,符合较好。     

隧道开挖对邻近桩基变形及承载能力影响的弹塑性解答

 采用球形孔和圆柱孔扩张(收缩)理论研究桩基与隧道的相互作用。首先,基于Mohr-Coulomb屈服准则,采用圆柱形孔收缩模型模拟隧道开挖过程,得到Pasternak地基上隧道开挖引起的邻近单桩弹塑性水平位移。其次,提出隧道开挖对邻近桩基承载能力弹塑性影响的计算方法。桩基总承载能力由桩端极限承载能力和桩身极限侧阻摩擦力两部分组成。其中,采用无限介质中球形孔扩张模型计算桩端小孔极限压力,并得到桩端极限承载能力;采用修正的?法计算临界状态下桩身等效平均剪应力分布,进而得到桩身极限侧阻摩擦力,该方法考虑隧道开挖对桩身剪应力的削减作用。在此基础上,计算隧道开挖过程对周围土体弹塑性应力的影响;分析隧道和桩基相对位置对桩基承载能力的影响;定义桩基总承载力降低到85%时桩基发生破坏,研究桩端与隧道中心相对间距与桩基破坏时隧道体积损失临界值的关系,并考察土体黏聚力、内摩擦角、密实度、土体模量以及桩径等参数的影响。结果表明,柱孔收缩弹塑性模型可以较好地模拟隧道开挖对邻近桩基弹塑性水平位移的影响;隧道开挖后在一定范围内形成一个塑性区,在该区域内土体有效应力影响因子Rp值小于1,表明对桩基承载能力有削减作用,当桩身全部处于塑性区以外时,其承载能力不受隧道开挖的影响;隧道和桩基相对位置对桩基承载能力有较大影响,当桩端与隧道中心的间距一定时,随着隧道埋深的增加,桩端极限承载力影响因子Rqb逐渐趋于1,说明增加隧道埋深对桩基承载力更加有利;桩基破坏时隧道体积损失临界值与桩端–隧道中心间距平方呈线性关系,桩基承载能力对土体模量比较敏感。     

大空间预应力结构在宋家庄站后区间的应用

提出三种无柱大空间预应力区间结构方案,并选取预应力密排框架箱形结构方案。针对该方案,通过完成内张拉预应力技术研究、有限元计算分析与优化、结构构件设计计算和验算、新方案和普通方案构件承载力设计值与荷载效应组合设计值的对比等,得出宋家庄站—肖村桥站明挖区间隧道无柱大空间预应力结构设计安全可靠,可满足地铁明挖区间无柱大空间区间隧道要求的结论,并为地铁明挖无柱大空间车站结构设计提供借鉴。