基坑和上部结构同时施工分析概述

来源:南粤论文中心 作者:刘强武 发表于:2014-09-15 11:27  点击:
【关健词】基坑、上部结构、有限元
摘要:本文从基坑对邻近建筑影响现状、地基不均匀变形对结构影响研究现状和地基基础和结构共同作用研究现状阐述基坑和上部结构同时施工研究现状,该过程十分复杂,大型有限元软件分步模拟是解决该类问题的重要方法。

     1 引言
  随着经济的发展和技术进步,我国建筑业进入了飞速发展的时期,大量深基坑基坑工程涌现,基坑周边环境情况也越来越复杂。由于工期及场地条件等因素限制,深基坑和周边邻近的上部结构同时施工的情形也越来越多,这大大增加了工程设计和施工的难度,不仅要保证基坑的安全和稳定,而且要能保证上部结构的顺利施工。这一施工过程涉及诸多复杂问题,包括周边在建结构对基坑的不利影响、基坑对在建结构的影响及之间的相互作用等。这些问题和地基土的特性、基础形式、上部结构形式,基坑规模及和上部结构相对位置关系等密切相关。目前一般设计和施工过程分析中,将上部结构和基坑分成两部分单独分析研究,没有能考虑结构的刚度等对基坑受力变形的影响和基坑造成的变形对上部结构受力及变形的影响。
  2 研究现状
  2.1基坑开挖对邻近建筑影响研究现状
  基坑开挖引起土体水平位移和地层沉降会对邻近的建筑物、道路、地下管线等造成影响,当影响超过一定限值,就会造成破坏性后果,确定基坑开挖过程中周边环境及建筑位移和变形十分重要。Boone提出考虑建筑物轴向强度、剪切强度、土体移动的状况、建筑物距土体滑移轮廓的位置、土体和基础滑移程度等因素对建筑物受损程度估算的方法。王利民等根据基坑工程施工过程中监测结果,得出基坑开挖引起的周围建筑物沉降变形的影响范围、沉降量与建筑到基坑的距离关系、沉降与围护结构和土体水平位移的关系、地表沉降与围护结构水平位移的关系等。杨敏等采用三维弹塑性有限元法,模拟基坑开挖和临近桩基的相互作用,分析了临近桩基对基坑开挖引起的土体变形场的影响,并讨论了基坑空间效应、开挖深度、围护墙刚度、桩基与基坑距离、桩基刚度和桩头约束等因素对临近桩基侧向位移和弯矩的影响。
  2.2 地基不均匀变形对结构影响研究现状
  基坑和上部结构同时施工过程中,上部结构的应力和变形除了自重外主要由地基变形引起。张伟平等提出了一种上部框架结构和地基基础共同作用的简化计算方法,通过采用变弹模的轴压杆来模拟地基,等效的斜压杆来模拟上部结构中的砖填充墙和框架结构,进而模拟地基和上部结构共同作用。并通过实际工程检测结果验证计算的结果的精确性。刘畅等提出了地基不均匀沉降对上部结构影响的竖向弹性支承分析法, 通过在结构柱下加上弹簧, 用弹簧来模拟地基对上部结构的作用,进行上部结构和地基基础的整体分析。董诚等采用有限元程序分析框架结构在施工时发生明显不均匀沉降后结构可能存在的安全隐患,同时和现场检测结果对比评价结构的安全性。2005年马杰通过有限元软件分别建模分析,就局部沉降对钢筋混凝土框架结构的空间作用进行了初步研究,分析认为通用有限元软件用来分析钢筋混凝土框架及其它结构形式空间作用比较准确。
  2.3地基基础和结构共同作用研究现状
  基坑开挖和上部结构同时施工时,需要考虑基础和上部结构的共同作用。Meyerhof.G.G提出支撑在独立基础上平面框架结构共同作用的概念,并提出了估算框架等效刚度公式,采用上部框架结构有效刚度比例分配总弯矩的方法来考虑共同作用,但是没有考虑上部结构的内力重分布和剪切变形的影响。胡夏闽等用有限元软件研究了组合梁钢框架与地基基础的共同作用进行了分析,探讨了不同的基础形式和刚度对上部结构的影响,得出基础变形对组合钢梁内力重分布影响较大。刘福顺等[88]通过模拟施工过程,研究建筑的沉降规律和沉降过程对上上部结构影响,并推导了施工时地基变形和上部结构内力计算公式。
  1993年邓安福等运用有限元和边界元耦合的方法,分析了双参数地基上筏板基础与上部结构的共同作用问题。这种方法由于采用了双参数地基模型,使地基计算更符合实际,并将地基效应归并于筏基的弯曲微分方程中,使计算量大大减少,计算效率得到很大提高。陈有华等对上部结构采用有限元进行非线性分析,地基采用边界元分析,应用有限元和边界元在交界面上耦合进行共同作用计算。
  3.基坑和上部结构同时施工分析
  基坑和上部结构同时施工过程十分复杂,基坑深度、上部结构形式、基坑和上部结构距离以及基坑和上部结构的施工顺序等对该过程都有很大的影响。从以上研究可以发现,之前基坑和上部结构大多是分离的研究,没有考虑基坑和上部结构的相互影响,这显然是不够准确的。随着计算机科学的发展,有限元模拟成为解决该类问题的重要方法,学者的研究及施工监测也充分证明了有限元模拟的准确性。
  参考文献
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  [4] 张伟平,顾祥林,张誉. 砖墙填充框架在地基不均匀沉降作用下附加内力的计算分析[J],四川建筑科学研究,2002,28(3).
  [5] 刘畅,郑刚.地基不均匀沉降对上部结构影响的弹性支承分析法[J].建筑结构学报,2004,25(4).
  [6] 董诚,刘兴远,张琦彬. 地基不均匀沉降后的某框架结构安全性分析[J]. 后勤工程学院学报,2004,12(2).
  [7] 马杰. 局部沉降对框架结构的空间作用有限元分析[D].武汉:武汉大学,2005.
  [8] Meyerhof. G. G. The Settlement analysis of bending frame[J].The structural engineer,1947(25).
  [9] 胡夏闽,薛永林.组合梁钢框架与地基基础的共同作用分析[J].南京工业大学学报2004,26(6).
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  [11]邓安福,干腾君,李正良.上部结构-筏式基础-地基共同作用分析的一种新方法[C].全国首届结构与介质相互作用学术会议论文集,1993
  [12] 陈有华.高层建筑与地基基础联合作用的非线性分析[J].建筑结构,No.1,1996
  作者简介:刘强武(1986 12—),男,汉族,河南信阳人,硕士,工作单位:上海同济开元建筑设计有限公司,研究方向:建筑结构设计与施工。 (责任编辑:南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网)

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