地基剛度

基礎(chǔ)振動(dòng)有四種類(lèi)型，于是相應(yīng)有四種剛度及剛度系數(shù)：垂直振動(dòng)，抗壓剛度Kz=CzF；水平振動(dòng)，抗剪剛度Kx=CxF；搖擺振動(dòng)，抗彎剛度：Kψ=CψI；扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，抗扭剛度：Kψ=CψJ。式中：Cz、Cx、Cψ、Cψ分別為地基抗壓、抗剪、抗彎和抗扭剛度系數(shù)；F為基礎(chǔ)底面積；I和J為通過(guò)基礎(chǔ)底面積形心的抗彎和抗扭慣性矩。

地基剛度是設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)所用的計(jì)算參數(shù)，分為豎向、滑移、搖擺和扭轉(zhuǎn)向四種剛度；

剛度k等于剛度系數(shù)C乘以基礎(chǔ)的面積（對(duì)豎向或滑移）或抗彎慣性矩（對(duì)搖擺）、抗扭慣性矩（對(duì)扭轉(zhuǎn)向）；

剛度系數(shù)一般通過(guò)基礎(chǔ)塊體現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)試驗(yàn)求得。2100433B

其值為施加于地基上的力（力矩）與它引起的線(xiàn)位移（角位移）之比。

1 緒論

1．1 復(fù)合地基的定義、分類(lèi)和形成條件

1．1．1 復(fù)合地基的定義

1．1．2 復(fù)合地基的分類(lèi)

1．1．3 復(fù)合地基的形成條件

1．2 研究背景

1．3 復(fù)合地基效應(yīng)與破壞模式

1．3．1 復(fù)合地基效應(yīng)

1．3．2 復(fù)合地基破壞模式

1．4 復(fù)合地基的研究現(xiàn)狀

1．4．1 試驗(yàn)研究

1．4．2 數(shù)值計(jì)算

1．4．3 復(fù)合地基承載力和沉降研究

1．4．4 變剛度理論研究

1．5 研究思想、方法和內(nèi)容

2 模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2．1 城市地下工程相似模擬試驗(yàn)系統(tǒng)介紹

2．1．1 模型箱體

2．1．2 加載系統(tǒng)

2．1．3 加載油路系統(tǒng)

2．1．4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2．2 相似理論基礎(chǔ)

2．2．1 相似理論概述

2．2．2 相似理論基礎(chǔ)

2．2．3 相似定理

2．2．4 相似準(zhǔn)則的導(dǎo)出

2．2．5 準(zhǔn)則的判斷和選擇

2．2．6 物理相似模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則和設(shè)計(jì)步驟

2．3 模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2．3．1 羅列參數(shù)、求準(zhǔn)則

2．3．2 試驗(yàn)內(nèi)容

2．3．3 試驗(yàn)方案

3 模型試驗(yàn)結(jié)果及分析

3．1 單樁復(fù)合地基模型試驗(yàn)

3．1．1 p-s曲線(xiàn)

3．1．2 樁土應(yīng)力比及荷載分擔(dān)

3．1．3 樁身應(yīng)力分布

3．1．4 樁側(cè)摩阻力沿樁身分布

3．1．5 土體豎向應(yīng)力沿深度分布

3．2 群樁復(fù)合地基模型試驗(yàn)

3．2．1 p-s曲線(xiàn)

3．2．2 樁土應(yīng)力比及荷載分擔(dān)

3．2．3 樁身應(yīng)力分布

3．2．4 樁側(cè)摩阻力沿樁身分布

3．2．5 土體豎向應(yīng)力沿深度分布

3．2．6 差異沉降

3．3 變剛度復(fù)合地基模型試驗(yàn)

3．3．1 p-s曲線(xiàn)

3．3．2 樁土應(yīng)力比及荷載分擔(dān)

3．3．3 樁身應(yīng)力分布

3．3．4 差異沉降

3．4 改變?nèi)靿|層厚度的復(fù)合地基模型試驗(yàn)

3．4．1 p-s曲線(xiàn)

3．4．2 樁土應(yīng)力比及荷載分擔(dān)

3．4．3 樁身應(yīng)力分布

3．4．4 褥墊層對(duì)樁間土應(yīng)力分布的影響

3．5 樁長(zhǎng)、荷載對(duì)復(fù)合地基沉降的影響規(guī)律

3．5．1 單樁復(fù)合地基

3．5．2 九樁復(fù)合地基

4 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

4．1 概述

4．2 ANSYS在土木工程中的應(yīng)用

4．2．1 ANSYS簡(jiǎn)介

4．2．2 ANSYS在土木工程中應(yīng)用介紹

4．3 有限元模型的建立

4．3．1 計(jì)算模型體系

4．3．2 單元?jiǎng)澐?

4．3．3 剛度矩陣的建立

4．3．4 方程組求解方法的選擇

4．4 材料非線(xiàn)性的模擬

4．5 復(fù)合地基數(shù)值模擬分組方案

4．6 單樁復(fù)合地基數(shù)值模擬

4．6．1 樁長(zhǎng)的影響

4．6．2 樁徑的影響

4．6．3 樁身模量的影響

4．6．4 加固區(qū)土體壓縮模量的影響

4．6．5 下臥層土體壓縮模量的影響

4．7 褥墊層作用機(jī)理的數(shù)值模擬

4．7．1 褥墊層厚度的影響

4．7．2 褥墊層模量的影響

4．8 群樁復(fù)合地基數(shù)值模擬

4．8．1 樁長(zhǎng)的影響

4．8．2 樁身模量的影響

4．8．3 加固區(qū)土體壓縮模量的影響

4．8．4 下臥層土體壓縮模量的影響

4．9 變剛度復(fù)合地基的數(shù)值模擬

5 實(shí)現(xiàn)變剛度復(fù)合地基的必要性與方案研究

5．1 控制沉降和差異沉降的重要性

5．2 差異沉降的產(chǎn)生

5．2．1 群樁中不同樁位的差異沉降

5．2．2 不同荷載下產(chǎn)生的差異沉降

5．2．3 樁體下不同下臥層的差異沉降

5．3 群樁復(fù)合地基應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)的分析

5．3．1 群樁復(fù)合地基應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)特點(diǎn)

5．3．2 群樁復(fù)合地基中樁、邊樁、角樁應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)比較

5．4 實(shí)現(xiàn)變剛度復(fù)合地基的方案研究

5．4．1 改變樁長(zhǎng)

5．4．2 改變樁徑

5．4．3 改變樁體模量

5．5 變剛度復(fù)合地基應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)的分析

5．5．1 樁頂應(yīng)力

5．5．2 負(fù)摩阻力和樁身**大應(yīng)力

5．5．3 樁側(cè)正摩阻力和樁端應(yīng)力

5．6 變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

5．6．1 變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)的概念

5．6．2 天然地基箱基的變形特征

5．6．3 均勻布樁的樁筏基礎(chǔ)的變形特征

5．6．4 均勻布樁的樁頂反力分布特征

5．6．5 碟形沉降和馬鞍形反力分布的負(fù)面效應(yīng)

5．6．6 變剛度調(diào)平概念設(shè)計(jì)

5．6．7 試驗(yàn)驗(yàn)證

5．6．8 工程應(yīng)用

6 復(fù)合地基承載力和沉降計(jì)算

6．1 傳統(tǒng)復(fù)合地基承載力計(jì)算

6．1．1 復(fù)合地基承載力計(jì)算模式

6．1．2 應(yīng)力比公式

6．1．3 穩(wěn)定分析法

6．1．4 粘結(jié)材料樁極限承載力計(jì)算

6．1．5 樁間土極限承載力計(jì)算

6．1．6 復(fù)合地基加固區(qū)下臥層承載力驗(yàn)算

6．2 傳統(tǒng)復(fù)合地基沉降計(jì)算

6．2．1 復(fù)合地基沉降計(jì)算模式

6．2．2 加固區(qū)壓縮量的計(jì)算方法

6．2．3 下臥層壓縮量的計(jì)算方法

6．3 變剛度復(fù)合地基承載力計(jì)算

6．4 變剛度復(fù)合地基沉降計(jì)算

6．4．1 加固區(qū)壓縮量的計(jì)算方法

6．4．2 下臥層壓縮量的計(jì)算方法

6．5 樁體沉降法計(jì)算復(fù)合地基沉降

6．5．1 單樁復(fù)合地基

6．5．2 群樁復(fù)合地基

6．5．3 樁體沉降法與模型試驗(yàn)值檢驗(yàn)

6．5．4 樁體沉降法與唐山會(huì)展中心廣場(chǎng)沉降觀測(cè)值檢驗(yàn)

6．6 變剛度復(fù)合地基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)

6．7 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)

6．7．1 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基適用范圍

6．7．2 長(zhǎng)短樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)步驟

6．8 以沉降量為控制指標(biāo)的復(fù)合樁基設(shè)計(jì)

6．8．1 樁土共同工作的客觀現(xiàn)象中的主要特征

6．8．2 以沉降量為控制指標(biāo)的復(fù)合樁基設(shè)計(jì)基本概念

7 應(yīng)用灰色理論預(yù)測(cè)復(fù)合地基沉降

7．1 應(yīng)用傳統(tǒng)GM（1，1）模型進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)

7．1．1 傳統(tǒng)GM（1，1）模型建立

7．1．2 模型精度的檢驗(yàn)

7．1．3 預(yù)測(cè)分析

7．2 應(yīng)用加權(quán)均值GM（1，1）模型進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)

7．2．1 加權(quán)均值生成

7．2．2 加權(quán)均值生成的性質(zhì)

7．2．3 加權(quán)均值生成的逆運(yùn)算

7．2．4 建模原理

7．2．5 預(yù)測(cè)分析

7．3 精度檢驗(yàn)

參考文獻(xiàn) 2100433B

本文以模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬為基礎(chǔ)，對(duì)傳統(tǒng)復(fù)合地基及變剛度復(fù)合地基在豎向荷載作用下的力學(xué)性狀進(jìn)行分析研究，主要完成工作如下： 1.完成模型試驗(yàn)14組，對(duì)改變樁長(zhǎng)和褥墊層厚度的單樁、群樁復(fù)合地基及變剛度復(fù)合地基在豎向荷載作用下的內(nèi)力及變形進(jìn)行了量測(cè)和記錄，試驗(yàn)揭示了樁土相互作用、荷載傳遞過(guò)程、應(yīng)力分布特點(diǎn)、沉降變形等規(guī)律。 2.利用ANSYS，系統(tǒng)地分析了不同樁長(zhǎng)、樁徑、樁體模量、加固區(qū)和下臥層土體模量、褥墊層厚度和模量等因素對(duì)復(fù)合地基力學(xué)性狀的影響，對(duì)采用不同樁長(zhǎng)的變剛度復(fù)合地基進(jìn)行分析研究，為建立經(jīng)驗(yàn)公式提供了必要數(shù)據(jù)。 3.針對(duì)群樁復(fù)合地基的差異沉降問(wèn)題，進(jìn)行了變剛度復(fù)合地基的必要性和方案研究。 4.提出了采用“樁體沉降法”來(lái)計(jì)算復(fù)合地基沉降的公式，該計(jì)算方法通過(guò)與模型試驗(yàn)結(jié)果和工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比較，達(dá)到較高的精度，能直接應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)。在該沉降計(jì)算方法的基礎(chǔ)上提出變剛度復(fù)合地基的沉降計(jì)算公式。 5.應(yīng)用加權(quán)均值GM（1，1）模型對(duì)復(fù)合地基進(jìn)行沉降預(yù)測(cè)，并與傳統(tǒng)GM（1，1）模型相比較，具有更高的預(yù)測(cè)精度。

如果動(dòng)作用力變化很慢，即動(dòng)作用力變化的頻率遠(yuǎn)小于結(jié)構(gòu)的固有頻率時(shí)，可以認(rèn)為動(dòng)剛度和靜剛度基本相同。否則，動(dòng)作用力的頻率遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)的固有頻率時(shí)，結(jié)構(gòu)則不容易變形，即變形較小，此時(shí)結(jié)構(gòu)的動(dòng)剛度相對(duì)激擾較大。

但動(dòng)作用力的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相近時(shí)，有可能出現(xiàn)共振現(xiàn)象，此時(shí)動(dòng)剛度最小，變形最大。

因此，動(dòng)剛度是衡量結(jié)構(gòu)抵抗預(yù)定動(dòng)態(tài)激擾能力的特性。

特別地，對(duì)于橡膠等粘彈性體減振元件，其動(dòng)剛度是描述減振性能的關(guān)鍵指標(biāo)。這時(shí)往往使用復(fù)數(shù)形式的動(dòng)剛度。在此情況下，復(fù)數(shù)動(dòng)剛度等于復(fù)數(shù)力（頻率的函數(shù)）與復(fù)數(shù)的位移（頻率的函數(shù)）的比值。該復(fù)數(shù)動(dòng)剛度的實(shí)部即靜剛度（頻率為0時(shí)的動(dòng)剛度），虛部體現(xiàn)了阻尼效應(yīng)。虛部除以實(shí)部的商的反正切稱(chēng)為損失角（loss angle）。2100433B