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随着国民经济的快速发展和基础建设的需要,地下工程的修建将越来越多。当地下建(构)筑物施工要求穿越已有建筑物时,鉴于地下结构物本身的重要性和原有上部建筑的安全性,通常要对原有建筑物进行基础托换。桩基托换作为目前工程中常用且有效的施工工艺受到各个单位的青睐,然而,目前托换理论研究较少,其理论尚不成熟,特别是主动托换中顶升控制位移的确定、以及对上部结构的内力影响,都还只停留在工程经验的基础上,至今仍未有系统的理论研究,故本文针对主动桩基托换中控制位移的确定进行了较系统的理论研究,以期推动桩基托换技术在我国的广泛应用和快速发展。
本文首先详细介绍了托换结构体系的计算方法,并以此为出发点详细分析了托换结构中各个部分刚度的确定原则和设计方法。由于托换中托换梁的刚度较大,故大型托换梁的设计由一般梁向深受弯构件过渡,而深受弯构件和普通梁的设计不同,本文对此给出了较详细的计算理论和方法,以更加精确地确定托换体系的刚度。
上部结构在经过一段时间的使用后,其内力对外界变形非常敏感,因此实施托换时如何保证上部结构的安全是托换成功与否的关键问题。文中利用共同作用原理对托换体系进行简化,得出简化计算模型,并导出托换体系荷载分担公式,为有限元模拟分析作好理论准备。通过不同的结构分析模型,利用sap2000对顶升位移引起上部结构内力变化进行有限元分析,得出上部结构在顶升位移作用下的各种内力图,并比较、分析不同结构部位顶升时引起的不同影响。在模型间的比较分析中,引入用于模拟地基不均匀沉降的弹性支承分析法,用弹簧模拟建筑物地基由于使用过程中所产生的沉降,并通过调整弹簧刚度来具体模拟不均匀沉降,使计算结果更加符合实际工程条件,得出较为准确的结果,并提出主动托换中顶升位移限值的确定方法和限值。
最后,根据上部结构在顶升位移作用下的工作性状,利用Ansys8.0对顶升位移引起上部结构的内力影响进行非线性分析,得出上部结构的内力变化图,并与线性计算结果进行对比分析。同时还模拟结构在顶升位移作用下的裂缝开展情况,得出上部结构裂缝开展的顶升位移限值,对比非线性分析结果和线性分析结果合理得出顶升位移限值,为实际托换工程的顶升提供极有价值的顶升位移限值以指导施工。