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软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用分析重庆大学硕士学位论文（专业学位）学位类别：工程硕士（建筑与土木工程）重庆大学土木工程学院万方数据万方数据中文摘要摘 要随着我国的经济水平不断提高与建设步伐不断加快，不得不在软土上修建各 种复杂建筑物的问题以及通过共同作用来达到优化结构、节约资源的目的，逐渐 成为热点问题。本文对软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用进行研究，得出了一 些有益的结论。本文研究的主要思路有两条：第一条思路是在结构整个体系受常规荷载作用 下，研究软土地基变形模量、上部结构层数、软土地基粘聚力以及软土地基内摩 擦角对软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用的影响；第二条思路是在第一条思路 的基础上增加地震荷载的作用，研究软土地基变形模量、上部结构层数、软土地 基粘聚力、软土地基内摩擦角以及不同地震荷载作用下对软土地基-桩筏基础-上部 结构共同作用的影响。本文通过理论分析与有限元数值模拟，得出以下主要结论：传统设计与共同作用设计对比，传统设计具有一定的不合理性；增大软土地基的变形模量，可以有效减小基础沉降问题，改变粘聚力，对 基础沉降的影响较小；上部结构的水平位移随着软土地基变形模量、软土地基粘聚力以及软土地 基的内摩擦角增大而减小，随上部结构层数、地震荷载的增大而增大；上部结构的刚度在逐层形成中，其刚度的贡献并不是线性增加的，上部结 构对差异沉降的调节是有限的；中柱的柱底轴力随软土地基的变形模量、粘聚力和内摩擦角的增大而增大,边柱的柱底轴力随软土地基的变形模量、粘聚力和内摩擦角增大而减小，出现中 柱加载，边柱减载，边柱的荷载逐渐转向中柱的现象；在软土地基上，地震荷载作用后，一边的柱底轴力在增加，另一边的柱底 轴力在减小，最大轴力出现在边柱，另外，地震荷载是来回往复的荷载，因此，两边的边柱都将会产生最大轴力，所以，边柱是一个比较危险的结构构件，设计 工作者在抗震设计时，需要着重对边柱进行设计。关键词：软土地基，桩筏基础，上部结构，共同作用，有限元I万方数据重庆大学硕士学位论文ABSTRACTWith the c o ntinu o u s impro ve me nt o f Chinas e c o no mic le ve l and the ac c e le rating pac e o f c o nstru c tio n,the pro ble m o f having to bu ild c o mple x bu ild ings o n so ft so il and the go al o f o ptimizing stru c tu re and saving re so u rc e s thro u gh jo int e ffo rts has grad u ally be c o me a ho t issu e.In this pape r,the jo int ac tio n o f so ft so il fo u nd atio n-pile raft fo u nd atio n-su pe rstru c tu re is stu d ie d and so me u se fu l c o nc lu sio ns are d rawn.The main id e as o f this pape r are two:The first id e a is to stu d y the De fo rmatio n mo d u lu s o f d iffe re nt so ft so il fo u nd atio ns,the c o he sio n o f d iffe re nt so ft so il fo u nd atio ns,the nu mbe r o f d iffe re nt u ppe r stru c tu ral laye rs,and the d iffe re nt so ft The influ e nc e o f the inte rnal fric tio n angle o f so il fo u nd atio n o n the jo int ac tio n o f so ft so il fo u nd atio n-pile raft fo u nd atio n-su pe rstru c tu re;The se c o nd line o f tho u ght ad d s the ro le o f se ismic lo ad ing o n the basis o f the first line o f think ing,and stu d ie s and analyze s the De fo rmatio n mo d u lu s o f d iffe re nt so ft so il fo u nd atio ns,The e ffe c ts o f d iffe re nt so ft so il fo u nd atio n c o he sio n,d iffe re nt nu mbe r o f su pe rstru c tu re laye rs,c o he sio n o f d iffe re nt so ft so il fo u nd atio ns and d iffe re nt e arthq u ak e lo ad s o n the jo int ac tio n o f so ft so il fo u nd atio n-pile raft fo u nd atio n-u ppe r stru c tu re.In this pape r,thro u gh the o re tic al analysis and finite e le me nt nu me ric al simu latio n,the fo llo wing main c o nc lu sio ns are d rawn:Co mmo n d e sign and trad itio nal d e sign c o ntrast,the trad itio nal d e sign has a c e rtain irratio nality;Inc re asing the De fo rmatio n mo d u lu s o f so ft so il fo u nd atio n c an e ffe c tive ly re d u c e the fo u nd atio n se ttle me nt pro ble m,and c hange the c o he sio n fo rc e to have little e ffe c t o n se ttle me nt;The ho rizo ntal d isplac e me nt o f the su pe rstru c tu re d e c re ase s with inc re asing De fo rmatio n mo d u lu s o f so ft so il fo u nd atio n,c o he sio n o f so ft so il fo u nd atio n and inte rnal fric tio n angle o f so ft so il fo u nd atio n,and inc re ase s with the inc re ase o f the nu mbe r o f su pe rstru c tu re laye rs and se ismic lo ad s;Und e r se ismic lo ad ing,the ax ial fo rc e at the bo tto m o f the c o lu mn inc re ase s with the inc re ase o f the De fo rmatio n mo d u lu s o f the fo u nd atio n,and the ax ial fo rc e at the bo tto m o f the sid e c o lu mn d e c re ase s with the inc re ase o f the De fo rmatio n mo d u lu s o f the fo u nd atio n,and the lo ad ing o c c u rs in the mid d le c o lu mn.With lo ad she d d ing,the lo ad o f the sid e c o lu mns grad u ally shifts to the mid d le c o lu mn,and finally the ax ial 万方数据英文摘要fo rc e at the bo tto m o f e ac h c o lu mn will te nd to be e q u al;Und e r the ac tio n o f e arthq u ak e s,the ax ial fo rc e at the bo tto m o f o ne c o lu mn is inc re asing,the ax ial fo rc e at the bo tto m o f the c o lu mn is d e c re asing,and the max imu m ax ial fo rc e appe ars at the sid e c o lu mn.In ad d itio n,the se ismic lo ad is a bac k and fo rth re c ipro c al lo ad.The re fo re,the two sid e c o lu mns The max imu m ax ial fo rc e is ge ne rate d.The re fo re,the sid e c o lu mn is a stru c tu ral me mbe r that is mo re d ange ro u s.Whe n the d e sign wo rk e r is wo rk ing o n se ismic d e sign,it is ne c e ssary to d e sign the sid e c o lu mn.The inno vatio n o f this artic le:Co nsid e ring the jo int ac tio n to c alc u late the d e fo rmatio n and inte rnal fo rc e s o f the su pe rstru c tu re,pile-raft fo u nd atio n,and so ft so il fo u nd atio n c an pro vid e re fe re nc e fo r d e sign wo rk e rs and impro ve the d e sign le ve l o f the d e sign;By c hanging the d iffe re nt fac to rs,we c an d e e ply stu d y the c hanging laws o f the inte rac tio n be twe e n the su pe rstru c tu re,the pile d raft fo u nd atio n and the so ft so il fo u nd atio n to pro vid e re fe re nc e fo r the ac tu al pro je c t;(3)The pse u d o-static me tho d was u se d to stu d y the jo int ac tio n o f the so ft so il fo u nd atio n-pile-raft fo u nd atio n-su pe rstru c tu re u nd e r the ac tio n o f se ismic lo ad,and so me prac tic al and u se fu l c o nc lu sio ns we re o btaine d,whic h was c o nd u c ive to se ismic d e sign.Key words:so ft gro u nd,pile fo u nd atio n,su pe rstru c tu re,c o lle c tive e ffe c t,finite e le me ntin万方数据重庆大学硕士学位论文IV万方数据目 录目 录中文摘要.I英文摘要.II图索弓I.IX表索弓I.XIII主要符号.XV1绪论.11.1 研究背景.11.2 研究意义.21.3 国内外研究现状.31.3.1 共同作用理论研究现状.31.3.2 桩筏基础研究现状.51.3.3 软土地基研究现状.61.3.4 地震作用研究现状.61.4 本文研究的主要内容与研究目的.71.4.1 研究内容.71.4.2 研究目的.71.4.3 技术路线.82软土地基桩筏基础上部结构共同作用理论分析.92.1 共同作用的分析方法.92.1.1 原位实测方法.92.1.2 模型试验方法.92.1.3 理论分析方法.92.1.4 计算机数值模拟.92.2 软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用的基本方程.102.3 子结构法原理分析.102.3.1 上部结构刚度和荷载的凝聚过程.103.3.2共同作用分析的子结构法.112.3 筏板分析.122.3.1 薄板理论分析.122.3.2 厚板理论分析.152.4 桩分析.172.4.1 单桩分析.17v万方数据重庆大学硕士学位论文2.5 夕）212.5.1 弹塑性地基模型.222.5.2 莫尔-库伦屈服准则.222.5.4 软土的工程特性.242.6 上部结构、地基和基础对共同作用的影响.242.6.1 上部结构的影响.242.5.2 基础的影响.252.5.3 地基的影响.262.7本章小结.263 ABAQUS软件概述及模型建立.273.1 ABAQUS软件概述.273.1.1 ABAQUS功能模块介绍.273.1.2 ABAQUS中的单元类型.283.1.3 ABAQUS有限元程序计算流程.293.2 软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用模型建立.303.2.1 基本假定.303.2.2 地应力平衡.313.2.3 建立模型.313.3 本章小结.354常规荷载作用下软土地基-桩筏基础上部结构共同作用分析.374.1 变形模量对共同作用的影响.374.2 层数对共同作用的影响.414.3 粘聚力对共同作用的影响.454.4 内摩擦角对共同作用的影响.484.5 本章小结.525考虑地震荷载作用下软土地基-桩筏基础-上部结构共同作用分析.535.1 变形模量对共同作用的影响.535.2 层数对共同作用的影响.575.3 粘聚力对共同作用的影响.615.4 内摩擦角对共同作用的影响.655.5 不同地震荷载对共同作用的影响.685.6 本章小结.73VI万方数据目 录6结论与展望.756.1 本文总结.756.2 展望.76致 谢.77参考文献.79VII万方数据重庆大学硕士学位论文VIII万方数据图索引图索引图1.1本文研究技术路线.8图2子结构节点分类.10图2.2子结构法凝聚过程.11图2.3薄板分析示意图.12图2.4薄板微小六面体示意图.14图2.5厚板分析示意图.15图2.6地基土和桩身的计算模式.18图2.7 弹塑性应力-应变关系.22图2.8 屈服面.23图2.9上部结构刚度对基础受力状况的影响.24图2.10绝对柔性基础基底反力分布.25图2.11刚性基础基底反力分布.25图2.12基地反力分布类型.26图2.13地基条件对基础受力的影响.26图3.1 ABAQUS有限兀程序计算流程.30图3.2上部结构有限元计算模型.33图3.3上部结构平面布置图.33图3.4桩筏基础有限元计算模型.33图3.5桩筏基础平面布置图.33图3.6软土地基有限元计算模型.34图3.7整体结构有限元计算模型.34图3.8地应力平衡计算结果云图.34图3.9竖向位移U3计算结果云图.35图3.10水平位移U1计算结果云图.35图4.1最大沉降量随变形模量变化.37图4.2最小沉降量随变形模量变化.37图4.3平均沉降量随变形模量变化.38图4.4差异沉降随变形模量变化.38图4.5桩筏基础沉降随地基变形模量变化.39IX万方数据重庆大学硕士学位论文图4.6 C-C轴柱底轴力随变形模量变化.40图4.7最大沉降随层数变化.41图4.8最小沉降随层数变化响.41图4.9平均沉降随层数变化.42图4.10差异沉降随层数变化.42图4.11桩筏基础沉降随层数变化.43图4.12 C-C轴上柱底轴力随层数变化.44图4.13最大沉降量随粘聚力变化.45图4.14最小沉降量随粘聚力变化.45图4.15平均沉降量随粘聚力变化.46图4.16差异沉降量随粘聚力变化.46图4.17桩筏基础沉降随粘聚力变化.47图4.18 C-C轴柱底轴力随粘聚力变化.48图4.19最大沉降量随内摩擦角变化.49图4.20最小沉降量随内摩擦角变化.49图4.21平均沉降量随内摩擦角变化.49图4.22差异沉降量随内摩擦角变化.49图4.23桩筏基础沉降随内摩擦角变化.51图4.24 C-C轴柱底轴力随内摩擦角变化.52图5.1不同变形模量下上部结构的水平位移.54图5.2上部结构最大水平位移随变形模量变化.55图5.3上部结构最大相对水平位移随变形模量变化.55图5.4桩基最大水平位移随变形模量变化.55图5.5桩基最大相对水平位移随变形模量变化.55图5.6地震荷载作用下C-C轴柱底轴力随变形模量变化.56图5.7不同楼层下上部结构的水平位移.58图5.8上部结构最大水平位移随层数变化.59图5.9上部结构最大相对水平位移层数变化.59图5.10桩基最大水平位移随层数变化.59图5.11桩基最大水平相对位移随层数变化.59图5.12地震荷载作用下C-C轴柱底轴力随层数变化.60图5.13不同粘聚力下上部结构的水平位移.62图5.14上部结构最大位移随粘聚力变化.63X万方数据图索引图5.15上部结构最大相对位移随粘聚力变化.63图5.16桩基最大水平位移随粘聚力变化.63图5.17桩基最大水平相对位移随粘聚力变化.63图5.18地震荷载作用下C-C轴柱底轴力随粘聚力变化.64图5.19不同内摩擦角下上部结构的水平位移.66图5.20上部结构最大水平位移随内摩擦角变化.67图5.21上部结构最大水平相对位随内摩擦角变化.67图5.22桩基最大水平位移随内摩擦角变化.67图5.23桩基最大水平相对位移随内摩擦角变化.67图5.24地震荷载作用下C-C轴柱底轴力随内摩擦角变化.68图5.25不同地震荷载作用下上部结构的水平位移.70图5.26上部结构最大水平位移随地震荷载变化.71图5.27上部结构最大水平相对位移随地震荷载变化.71图5.28桩基最大水平位移随地震荷载变化.71图5.29桩基最大相对水平位移随地震荷载变化.71图5.30 C-C轴柱底轴力随地震荷载大小变化.71XI万方数据重庆大学硕士学位论文XII万方数据表索引表索引表3.1上部结构构构件参数.32表3.2桩筏基础参数.33表3.3软土地基参数（1）.34表3.4软土地基参数（2）.34表4.1不同地基变形模量下基础沉降量.37表4.2不同变形模量下C-C轴基础沉降量.38表4.3 C-C轴柱底轴力随变形模量变化.40表4.4不同层数下桩筏基础沉降量.41表4.5不同层数下C-C轴基础沉降量.42表4.6 C-C轴上柱底轴力随层数变化.44表4.7不同粘聚力下桩筏基础沉降量.45表4.8不同粘聚力下C-C轴基础沉降量.46表4.9 C-C轴柱底轴力随粘聚力变化.48表4.10不同内摩擦角下桩筏基础沉降量.49表4.11不同内摩擦角C-C轴基础沉降量.50表4.12 CC轴上柱底轴力随内摩擦角变化.51表5.1不同变形模量下上部结构的水平位移.53表5.2不同变形模量下上部结构与桩基水平位移.54表5.3地震荷载作用下C-C轴柱底轴力随变形模量变化.56表5.4不同层数下上部结构的水平位移.57表5.5不同层数下上部结构与桩基水平位移.59表5.6地震荷载作用下C-C轴柱底轴力随层数变化.60表5.7不同粘聚力下上部结构的水平位移.61表5.8不同粘聚力下上部结构与桩基水平位移位移.62表5.9地震荷载作用下C-C轴柱底轴力随粘聚力变化.64表5.10不同内摩擦角下上部结构的水平位移.65表5.11不同内摩擦角下上部结构与桩基水平位移.66表5.12地震荷载作用下C-C轴柱底轴力随内摩擦角变化.68表5.13不同地震荷载作用下上部结构的水平位移.69XIII万方数据重庆大学硕士学位论文表5.14不同地震荷载作用下上部结构与桩基水平位移.70表5.15 C-C轴柱底轴力随地震荷载大小变化.72XIV万方数据主要符号士亚舛户 土交付万E 弹性模量v 泊松系数8 总应变8 弹性应变gP 塑性应变z Z轴方向的应变Tf 抗剪强度 法向应力T 剪应力C 粘聚强度 内摩擦角K 界面上抗剪切的约束系数P。桩顶荷载增量2 第i级竖向荷载增量s。，坐标原点沉降增量D 弹性矩阵XV万方数据重庆大学硕士学位论文XVI万方数据1绪论1绪论20世纪80年代以后，越来越多的国内外学者开始重视上部结构与地 基基础共同作用的理论研究。20世纪90年代以后，共同作用理论开始应 用于工程实践当中。共同作用的发展，可以分为三个阶段：第一阶段为不 考虑上部结构与地基基础共同作用；第二阶段为仅考虑地基与基础共同作 用，上部结构单独计算与设计；第三阶段为考虑上部结构与地基基础共同 作用。值得注意的是，上部结构与地基基础共同作用到现在还没有得到广 泛应用，需要更多的研究学者进一步推动共同作用的发展。1.1 研究背景建筑物的承载力取决于上部结构、基础和地基这三部分的共同作用，可以想象，如果其中任何一环出了问题，该建筑物的安全性与耐久性将会 受到严重的损害。当前的建筑设计我们多数还是传统设计，即把上部结构、基础和地基分离出来单独设计。传统的设计认为基础是完全刚性，即基础 没有变形，这是不合理的。另外，传统的设计与实际建筑的受力变形也是 不相符的。按照已有的研究成果表明，传统的设计方法过于保守，研究共 同作用可以节约造价，节约资源，使设计更合理。因此，有必要研究上部 结构、基础和地基这三部分共同作用的规律。随着我国的经济水平不断提 高与建设步伐不断加快，地基、基础和上部结构这三者的共同作用的研究 有必要不断深入，以此来更好地服务我们国家发展的需要。值得可喜的是,目前越来越多的学者与工程师开始重视共同作用的研究与设计。我国幅员辽阔，复杂的工程地质也分布比较广泛。软土是一种区域性 的特殊土，是在一定的地质条件下形成的，具有变形大，承载力低等特点。在我国，分布比较辽阔，在沿海、平原、山区都分布较广川。在我国的基 础建设中，我们不得不面临软土地基这个问题，因此，我们需要充分研究 软土的工程特性，来保证在软土地区建设工程的安全性与耐久性。桩筏基础是我们在实际工程应用比较多的一种基础。桩筏基础简单来 说就是桩与筏板相结合的一种基础形式。筏板的整体刚度相对于箱基略低，但它具有较大的自由空间，另外，与桩相结合后，能承受较大的荷载。因 此，桩筏基础在国内外也用得越来越多。特别是在软土地区，应用桩筏基 础比较多。那么，桩筏基础在软土地基和共同作用后的受力机理与作用规 律会是怎么样，以及桩筏基础怎样影响上部结构与软土地基，我们有必要 1万方数据重庆大学硕士学位论文进一步研究。高层建筑是随着社会经济的发展与技术的进步发展起来的。现今的上 部结构趋势是层数越来越多，高度越来越高。在如今的土地是越来越珍贵,我们面临在不同地基上修建越来越高建筑物的问题。因此，上部结构对地 基、基础的承载力要求也越来越高。有必要进一步研究上部结构的变化对 基础、地基的影响。在地震方面，近些年，地震频发，特别是唐山大地震、汶川大地震，给人们造成了极大的损失与痛苦，需要我们做更进一步深入研究地震对建 筑物的影响。如何从地基、基础和上部结构来提高建筑的抗震性能，保障 人民生命财产，是我们现今所亟待解决的问题。综上所述，为适应新时代的发展，为实际工程提供更实用的依据，提 出对软土地基-桩筏基础-上部结构的共同作用问题的研究。1.2 研究意义我国软土地区分布辽阔，在沿海平原、江河平原以及山区都有软土地 基的存在。随着国内外建设不断发展以及近年来“一带一路”基础设施的建 设，软土地基是我们必须面对的一个问题。如何解决好软土的低承载力和 易沉降的特性，以及如何解决好在地震荷载下软土地基所产生不良特性，也是我们必须面对的问题。在软土地区，修建高层建筑物时，我们常用桩 筏基础，桩筏基础与高层建筑在软土地基上如何共同作用，以及在地震荷 载下这三者是如何共同作用，我有必要进一步研究，从而提高对这三者的 认识。具体意义如下：对共同作用的研究，有利于进一步深入认识上部结构、基础和地基 三部分的相互作用的机理。对软土地基-桩筏基础-上部结构的共同作用研 究，则有利于对软土地基、桩筏基础和上部结构这三部分相互作用机理进 一步认识。能够了解卜.部结构、桩筏基础和软土地基各自的变化对结构的 内力与变形的影响。可以优化结构设计，通过合理调整结构设计方案，从而避免不必要 的浪费C通过调整上部结构、桩筏基础和软土地基这二部分各自的特性，来优化设计，可以达到节约资源的效果。从而，进一步提高设计人员的设 计水平，避免不合理设计。完善结构设计。常规设计方法具有一定的不合理性，对影响结构内 力与位移因素的考虑比较困难。例如对地基的塑性考虑，常规设计就比较 2万方数据1绪论难以考虑这个因素的影响，共同作用分析方法就可以全面、深入考虑这些 因素。从而，可以避免造成安全隐患。按共同作用理论分析，在桩筏基础的设计中，可以考虑桩间土的支 撑作用，从而可以扩大桩距，减小桩数，合理布桩，减小筏板与上部结构 的内力，从而可以取得客观的经济效益。研究共同作用有利于结构的安全。例如，应用共同作用方法设计结 构，计算得出的结果包含了地基不均匀沉降引起的上部结构次应力，保证 了结构的安全性。研究地震作用下的共同作用，可以深入认识地震作用下，上部结构、地基和基础各部分相互作用的机理，从而提高我国抗震设防的水平，保障 人民的生命财产。1.3 国内外研究现状1.3.1 共同作用理论研究现状上部结构、基础与地基共同作用的研究迄今已有几十年了，国内外学 者在这方面做了大量的研究，取得了许多成果。试验研究与理论研究相结 合，得出了许多具有一定实用价值的结论。对于建筑物的计算分析，大致 经历了三个阶段，第一阶段是不考虑共同作用的阶段，第二阶段是考虑基 础与地基共同作用阶段，第三阶段是全面考虑上部结构、基础和地基共同 作用阶段。1947年，Me ye rho f首先提出框架结构与土共同作用的概念，研究了 支撑在独立基础上的平面框架结构。之后，1956年，Chame c k i研究了基 础与上部框架结构的共同作用，用荷载传递系数法来分析上部结构刚度对 独立基础沉降的影响。随着有限元和计算机的发展,Che u ng和Zie nk ie wic zL4J 应用有限元理论研究地基基础的共同作用。随后，Prze mie nie c k i提出子结 构的分析方法，解决了大型结构计算机存储的问题。1971年Had d ad in应 用此方法对筏基上的单层框架进行了共同作用的分析。1974年，Hain和 Le e用了有限元方法分析了文克尔地基上及各向同性弹性半空间地基上 的筏基与多层框架结构的相互作用。1977年，King使用有限元方法分析 了在半无限弹性地基上筏基与多层框架结构的二维和三维共同作用。Le e 等给出了框架结构与桩基础的共同作用分析算例。1981年，在第十届国际 土力学及基础工程会议上，Po u lo s详细阐述了土与结构物共同作用的发 展。在上世纪60年代初，国内学者开始研究上部结构、地基和基础的共同 3万方数据重庆大学硕士学位论文作用。70年代，共同作用的研究快速发展。1982年的我国第一届岩土力学 解析与数值方法会议、1986年的我国第二届岩土力学解析与数值方法会议、1990年的我国第三届岩土力学解析与数值方法会议以及1983年我国第四 届土力学及基础工程学术会议、1987年我国第五届土力学及基础工程学术 会议、1991年我国第五届土力学及基础工程学术会议均设有共同作用专题 进行讨论，特别是在1993年召开了我国第一届结构与介质相互作用学术会 议，使共同作用得到长足的发展。1980年，张问清、赵锡宏口】利用逐步扩大子结构法计算高层建筑的刚 度。同年，方世敏将上部结构刚度缩聚到基础梁上，进行了上部结构与 地基基础的共同作用的分析。1981年，朱百里等口2用有限元子结构法分析 了线性和非线性地基上筏式基础与上部结构的共同作用。1983年，宰金琅 冏利用多用子结构法分析了高层剪力墙与地基共同作用的三维问题，给出 了高层空间剪力墙结构与地基基础相互作用的分析方法和程序。1984年,姚祖恩和张季容总结了土与结构相互作用的一般规律。1985年，董衍蕃4 利用多重子结构分析了有关筒体结构与地基基础共同作用的问题。1987年,项玉寅1对地基采用边界元方法，建立了耦合方程求解。同年，同济大学 费勤发等将弹性理论解与分层总和法结合起来，用分层总和法形成地基柔 度矩阵，以考虑成层土的影响，使计算结果与实际更加相符。1989年，罗 济章等阿利用有限元与边界元的耦合方法讨论了共同作用的问题。同年，许镇鸿门71分析了空间框架结构与地基基础之间的受力问题。1993年，邓安 福、干腾君等网采用有限元和边界元耦合的方法，分析了双参数地基上筏 板基础和上部结构共同作用的问题。这种方法由于采用了双参数的地基模 型，使地基计算符合较好，使计算的工作量大大减少。同年，宰金琅、宰 金璋编著的高层建筑基础分析与设计，较系统完善了高层建筑基础分 析设计方法。1996年，邓文龙等口9对上部结构采用有限子结构法，对地基 土考虑为各向同性特性，应用边界元方法，对高层空间剪力墙与地基的共 同作用进行了分析。同年，陈有华等对卜.部结构采用有限元进行非线性 分析，地基采用边界元分析，利用有限元和边界元在交界面上耦合进行共 同作用分析。1997年，董建国、赵锡宏编著的高层建筑地基基础一共同 作用理论与实践，比较系统地阐述了高层建筑-基础-地基共同作用的地基 模型、分析方法与设计理论。2008年编制的建筑桩基技术规范也在多 处强调要考虑承台、群桩、土之间的共同作用。4万方数据1绪论1.3.2 桩筏基础研究现状20世纪六七十年代的时候，国内外对桩筏基础进行了较为广泛的研究，如承载能力、沉降特征以及传力机制等，通过模型试验、现场观测和理论 分析三种手段进行了较为广泛的研究，取得了大量的研究成果。桩筏基础 具有整体性好、竖向承载力高、基础沉降小、调节不均匀沉降能力强的优 点，同时，可以承受风荷载和地震荷载等较大水平力，且抗倾覆能力强。筏板基础的分析研究主要有Kirc hhif代2句的经典薄板理论和Re issne r】提出 的厚板理论。而桩研究较为复杂。70年代，Hain等分析了桩-筏的共同作 用，取得了该分析方法与实测具有一致的结论。随后，Co o k e,Po u lo s,Che u ng 等利用理论分析和试验分析方法相结合，分析了桩-筏板-土共同作用。1989 年，Po u lo s在Rank in Le c tu re的报告中，对单桩和群桩分析和设计方法作 了分类和评价。我国学者宰金琅对群桩非线性进行了讨论，陈云敏学者等 对桩筏基础的简化分析进行了研究，刘金砺mi对单桩和群桩的分析提出了 弹性理论-有限压缩层混合修正模型。群桩分析法主要有：弹性理论发、剪切位移法和有限元法。弹性理论 方法是有POU1OSI9提出的状语地基土相互作用的分析方法，具有重要的地 位。当在桩身范围内土的模量变化不大时，由弹性理论法可获得满足实际 应用的解答，但是其竖向位移影响系数的计算较为费时。剪切位移法于1974 年由Co o k e等人首先提出，经Rand o lph】、Co o k e等人不断发展，形成剪 切位移法。之后，宰金琅等提出桩周土非线性分析的广义剪切位移法。其 优点是可方便地考虑层状地基土的情况，对于均质土，可以大大减少计算 工作量。有限单元法是一种强有力的数值方法，已经应用于桩基、筏基在 内的各种建筑的设计中。有限单元法可以同时考虑许多因素，如土体的非 均匀性、各向异性、非线性和土体固结等，还可以模拟桩的整个受荷历史 过程。有限单元法在工程应用中，有着十分重要的意义。目前，我国桩筏基础的设计水平绝大多数还采用结构力学的方法单独 计算设计。对于桩筏基础的设计方法，尚还没有相应的规范。设计人员一 般以总荷载和初拟单桩承载力来确定桩数，满堂布桩，以地址条件、施工 技术和桩间距要求确定桩径、桩长。按照满足抗冲切和抗剪要求确定筏板 厚度，在筏板中取典型截条，按多跨连续梁来计算筏板的配筋.这是传统 设计方法。事实上，传统方法很难考虑上部结构、基础和地基之间的共同 作用，与实际情况有一定的差距，因此，对桩筏基础的设计水平我们还需 要进一步提高，因改采用共同作用的分析方法来设计桩筏基础。5万方数据重庆大学硕士学位论文1.3.3 软土地基研究现状软土是指淤泥、淤泥质土等高压缩性土。软土具有含水量高、空隙比 大、抗剪强度低、压缩性高、渗透性小、明显的结构性和明显的流变性等 特点。由软土组成的地基成为软土地基。国内外关于软土地基的研究取得了长足的发展，一些相对成熟的软土 地基处理技术技术如碎石桩、砂桩、土桩、灰土桩、水泥搅拌桩等已列入 国家行业标准，但目前各种软土地基处理技术的发展仍不平衡，因此，也 需要更多的学者来更深入对软土地基进行研究。由于软土自身的特点，以软土作为建筑物的地基是十分不利的。软土 地基受地震后就会产生震陷，即地震会造成建筑物的大量沉降，从而引起 上部结构破坏。对软土地基的抗震措施主要有对软土地基进行处理和对上 部结构进行处理。对软土地基进行处理的方法主要有碾压夯实法、换土垫 层法、排水固结法、震密挤密发、置换法、加筋法等。软土地基具有复杂的工程特性，震害非常严重，对不得不在软土地基 上进行修建建筑物时，我们必须要重视软土地基的变化规律以及特性，来 更好对软土地基进行处理。1.3.4 地震作用研究现状软土地基上受地震作用，对建筑物或构筑物是非常不利的，并且，地 震对建筑物和人民的生命财产造成不可估量的破坏与损失，因此，研究地 震对建筑物的破坏一直是人们研究的热点。20世纪30年代，人们开始对 振动作用下地基土的动力特性研究。20世纪60年代以来，由于地震频发,因此人们又加强了对地震作用下土动力的研究。我国对水平荷载作用下共 同作用分析方法的研究主要分为三个阶段：第一阶段，水平荷载作用下单 桩承载力的研究；第二阶段，水平荷载作用下群桩承载力的研究；第三阶 段，水平荷载作用下上部结构-基础-地基共同作用的研究PL对抗震问题的分析方法可以分为原型观测法，模型实验法和理论分析 法。原型观测法就是通过实测建筑物或构筑物在地震时的动力特性来了解 其地震响应特点。模型实验法一般通过激震实验来研究其相应特性，一般 采用的是人T震源实