谈箱形基础的几个问题

本文简述了箱形基础的出现及目前的应用情况,提出并讨论了箱形基础的设计中遇到的问题。主要内容有:基底反力、压缩层深度、基础与上部结构共同工作、箱基的变形和沉降、内力测试及分析等。     

较坚实土层上箱形基础基底反力的改进计算

介绍高层建筑箱形基础在卵石、碎石及中等风化的红砂岩地基上的反力特性与计算方法,提供了箱形基础位于较坚实地基上基底反力的计算方法,可供从事箱形基础设计人员参考.     

上海四幢高层建筑箱形基础测试的综合研究

本文根据上海市区康乐大楼、华盛大楼、胸科大楼和四平大楼箱形基础的实测资料,着重对深埋（系指埋深超过5m）箱形基础地基变形三个阶级的特性及计算方法、基底反力的分布规律及计算方法、基础应力量测中的温度影响及估计基础应力的方法等问题进行研究和探讨.     

“I”型平面箱基反力实测与计算

通过对西南交通大学某教学楼箱形基础基底反力的实测结果，得出了“Ｉ”形平面箱基置于密实卵石层上的基底反力分布规律，又用有限压缩层地基模型对该箱基反应力进行了计算，结果表明：实测反力与计算反力分布规律一致，实测反力平均值与计算反力平均值相对误差为６．９％，也说明此法计算箱基反力是可行的。     

“I”形平面箱基反力实测与计算

通过对西南交通大学某教学楼箱形基础基底反力的实测结果，得出了“Ⅰ”形平面箱基置于密实卵石层上的基底反力分布规律，又用有限压缩层地基模型对该箱基反力进行了计算，结果表明：实测反力与计算反力分布规律一致，实测反力平均值与计算反力平均值相对误差为６．９％，也说明此法计算箱基反力是可行的。     

深埋箱形基础的地基反力问题（高层建筑箱基研究之二）

在分析了深埋箱形基础地基变形的基础上,进一步探讨基底接触压力分布规律是很有必要的。外科大楼箱基底面接触压力分布图形设计时原按图15（a）考虑,在参考了其他工程基底土反力实测资料以后,图形按图15（b）修改。根据两种图形计算最大弯矩,后者仅为前者的45％,配筋量相差达一倍以上。目前国内不少高层建筑箱基测试结果表明,按常用的、建立在弹性理论基础上的刚性板上反力系数求算箱基整体弯矩比按实测反力的计算结果往往大三倍左右,可见日前常用的计算刚性基础底面上反力分布方法很值得进一步研究。     

箱形基础在上下部共同作用下整体受力的极限分析

提出箱形基础在上下部共同作用下整体受力极限分析方法,并与实际工程实测结果对照验证其合理性与可靠性。将上部结构与箱基、地基视为整体,借助于上下部同步进入极限状态的虚功率方程,从极限分析的角度对箱基在上下部共同作用下的整体受力进行求解。根据十字机动破坏模型和双抛物线基反力破坏模式,求出相应箱基整体受力上限解。箱基整体进入极限受弯状态时,视上部结构为框架体系,计算上部结构抗弯刚度对箱基整体受力解约束效应分析。选取两个具有较完整实测结果的箱形基础工程按以上方法进行极限分析,并与实测对比。结果显示,与现行“箱筏基规范”考虑上部效应法相比,该极限分析方法计算结果更接近实测。同时,上下部共同作用整体受力极限分析方法更易于手算和电算编程,并可用于各种基反力模式。     

圆形结构下筏式基础变形反力分布规律试验研究

通过大型室内模型试验,指出圆形结构的荷载呈放射状传递到地基,当荷载与基础的相对挠曲呈线性关系时,柔性基础的基底反力、基础变形在结构外的2.5倍基础厚度范围内都是均匀分布的。柔性基础在破坏前的相对挠曲是逐渐增加的,而刚性基础在破坏时基础的相对挠曲突然增大。柔性基础的基底反力始终是中心点反力最大;刚性基础的中心点处基底反力小于周边基础反力。研究表明,基础变形、反力分布与基础和上部结构的刚度及形状有关,基础刚度越大,其调整基础变形、反力分布的能力越大。     

高层建筑箱形基础基底反力确定法

弹性地基上箱形基础基底反力的计算是一个没有很好解决的问题,按各种方法计算得出的结果相差很大,并且与实际情况不甚符合。本文通过对一般第四纪土及软土地基上的高层建筑箱形基础基底反力的实测及分析,获得不同地基上上、不同长宽比的箱形基础基底反力分布曲线,计算出了基底平面的反力系数表。按本文提出的方法进行计算比较简便,其结果也比较接近实际情况。     

黄土地区高层建筑箱形基础的沉降分析

高层建筑采用箱形基础,施工时基坑开挖会挖去大量土体,引起地基土回弹,同时建筑荷载较大,控制基础沉降成为工程设计的关键问题之一。文中以西安小雁塔宾馆工程为依托,通过测量基坑土的回弹变形,基坑开挖和建筑物荷载对相邻地基土的变形影响以及地基土层的沉降量,分析了高层建筑箱形基础基坑开挖到建筑施工的不同阶段,基坑范围内及相邻地基土的沉降变形特征。结果表明,深基础基坑开挖引起的回弹变形约占最终沉降量的30%,且当建筑物加荷等于挖土卸荷时仍有沉降。基坑范围内地基土的沉降量远大于相邻地基土,经分析这种差异主要来源于基础边缘土体的剪切变形。     

偏心荷载下双层饱和黏土地基承载特性

在海洋与近海工程中,海洋建筑物地基受到水平荷载、竖向荷载和弯矩荷载的共同作用,地基土体非均质成层分布。因而,复合加载模式下层状地基的极限承载力与破坏机理研究是海洋工程设计的关键问题。针对竖向荷载(V)和弯矩荷载(M)共同作用下双层饱和黏土地基的极限承载力与破坏机理进行有限元分析。土体采用理想弹塑性模型,屈服准则为Mohr-Coulomb准则;基础与地基间假定切向完全黏结、竖向可分离。通过有限元计算,得到双层地基在V-M荷载空间的破坏(极限)荷载包络线,归纳得出地基的破坏模式。计算结果表明,双层地基的破坏包络线随着上层土体的厚度与基础宽度比值、上下土层的抗剪强度指标比值的增大而不断扩大,最终达到一个稳定值;在V-M复合加载条件下,地基可能发生深层整体剪切破坏或浅层局部剪切破坏。     

红黏土地基承载力的离心模型试验与数值模拟

为了对比研究柔性和刚性浅基础黏土地基破坏机理和极限承载力,采用离心模型试验和数值分析方法研究了云南红黏土。得到如下结论:柔性基础地基相对于刚性基础地基极限承载力有明显的提高,沉降也相应增加;柔性基础地基有更好的位移协调性,其裂缝开展较晚并远离基础角点,分布更密、更均匀;刚性基础地基的滑动面要比柔性基础更大、更深;基础外侧地基土竖向位移由持续沉降转向隆起时的承载力可作为局部剪切破坏的极限承载力。     

非均质介质破坏机制及承载力的有限元分析

地基承载介质的破坏模式将直接影响到地基承载力计算方法的选择。为了有效地对非均质成层介质的承载力问题进行分析研究,编制了有限元程序对其破坏机制进行模拟计算。结合原位载荷试验,利用试验数据对有限元分析结果进行了验证,表明有限元计算结果是可信的。在此基础上对非均质成层介质地基在外部载荷作用下内部塑性变形和破坏面的形状进行计算分析,结果表明:非均质介质地基的破坏模式主要是整体剪切破坏和局部剪切破坏两种形式;塑性变形首先出现在基础边缘,随着外载荷的增大,塑性变形区域在非均质介质中逐渐扩展并最终形成一个贯通的塑性区。     

桩箱(筏)基础与地基土共同作用的分析研究

提出了一种新型桩、土相互作用的地基模型,这种模型是应用了本文推导的位移系数来求解群桩中每根桩的荷载分配系数,以及应用Geddes的应力系数计算桩、土地基的柔度矩阵.同时,用这种模型分析了桩箱(筏)基础与地基土的共同作用.通过实例比较,计算结果较为合理.     

考虑上部结构作用箱基整体弯矩实用计算法

根据箱形基础底板钢筋应力的实测资料,结合相应的沉降及地基反力实测结果,本文分析了上部结构作用对箱基整体弯矩的主要影响因素,提出了箱基应力包络线的概念,将上部结构刚度对箱基整体弯矩影响的计算转化为上部结构荷载重分配的计算,给出了物理概念明确且易为一般工程设计人员应用的建议计算公式。     

高层建筑基础构造防水底板设计

结合近年来高层建筑常用的基础构造防水底板设计的工程实践,通过对这种基础的分析比较,研究了设计过程中有关地基承载力深度修正的计算取值、底板的抗浮设计、防水板反力确定原则及构件计算的建议方法。建议地基承载力深度修正的计算取值除考虑基础埋置深度外尚应考虑构造防水板承载力的影响,以避免由于其载力不足而导致基底以下土体剪切破坏的可能;抗浮设计水位的选取可根据基底持力层的透水性情况分别考虑上层滞水或承压水的影响;针对防水板反力的确定,在总结了国内常用技术规范对构造防水板底板反力计算要求的基础上,建议底板的反力可取上部结构竖向荷载的5%~15%加上地下水浮力进行结构分析;还对独立基础和桩基情况下防水板构件的计算进行了分析探讨并给出了相关建议,供设计参考。     

Effect of transverse shear strains on plates resting on elastic foundation using modified Vlasov model

A four-noded quadrilateral (PBQ4) and an eight-noded quadrilateral (PBQ8) plate bending element based on Mindlin plate theory are adopted for the analysis of thin and thick plates resting on elastic foundation using modified Vlasov model. The terms of vertical deflection stiffness matrix and shear deformation stiffness matrix of the subsoil are evaluated using finite element method, and presented in explicit forms. Selective reduced integration technique is used in addition to full integration technique for both the types of the elements to avoid shear-locking problem that occurs under the thin plate limit. It has been demonstrated that the performance of the eight-noded quadrilateral element is excellent for thin and thick plates on elastic foundation when selective-reduced integration technique is used. General conclusion can be drawn from the results that the effect of the shear strain on the behavior of the plate resting on subsoil is always quite small for free plates compare to the supported ones.     

高层建筑地基基础概念设计的思考

基于高层建筑箱、筏、桩筏基础变形、反力等实测资料的分析指出,按传统理念设计的箱基、筏基、桩筏基础有两个缺陷:一是呈现明显的碟形沉降引起上部结构的较大次应力;二是基底马鞍形反力分布导致基础板或承台冲剪力和弯矩显著增大。为使差异沉降和箱、筏承台的内力减至最小并改善上部结构受力性状,提出变刚度调平概念设计。对于框筒、框剪结构,应强化核心筒区的桩土刚度(调整桩长、桩径或桩数),相对弱化外围刚度;对于主裙连体建筑,应强化主体,弱化裙房(采用天然地基、复合地基和疏短桩基);对于箱、筏基础,可局部强化核心筒区(采用桩基或刚性桩复合地基)。对于上述变刚度调平概念设计,进行上部结构—基础—桩—土共同作用分析,进一步优化布桩和承台配筋。通过大比例现场模型试验对上述优化设计理念进行了验证,并应用于10余项工程,取得了良好的技术经济效果。     

黏性土地基的破坏模式试验研究

 为了研究条形基础地基的剪切破坏形式和承载机制,在相似理论的指导下,设计并完成了一组模型试验,模拟粉质黏土地基受荷后产生变形,扩展直到破坏的全过程;测量并分析地基中不同点处的土压力大小和分布规律,观测了剪切带的形成和发展过程。结果表明,模型试验能够很好地体现地基的受力变形特征、地基中各点的真实应力状态及变化规律,在研究深基坑变形过程、破坏形态方面具有理论研究意义。