樁梁式托換技術有限元分析

《樁梁式托換技術有限元分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、專業(yè)知識分享版摘要:地鐵施工穿越既有建筑物樁基礎時，可采用樁梁式托換技術支撐上部結構和截除下方樁基礎。運用ANSYS有限元程序中的“單元生死”技術，可對托換前、托換后和截樁三個托換工況下樁和框架柱的軸力變化以及變形特性進行數(shù)值分析。研究結果表明:被動托換是在樁截除時，托換荷載通過托換梁傳遞到托換樁，托換梁跨中的下?lián)蠒鸨煌袚Q框架柱軸力減少和鄰近框架柱軸力增大;主動托換是在千斤頂?shù)捻斏^程中，托換荷載通過托換梁傳遞到托換樁，頂升過程中被托換處的各層框架柱軸力值增加，而鄰近框架柱軸力減少;當頂升至被托換樁軸力為零再進行截樁，可保證截樁前后的托換體系軸力、變形不發(fā)生變化。主動托換樁頂沉降差與被動

2、托換相比小得多。關鍵詞:樁梁式托換;主動托換;數(shù)值分析;荷載轉換0引言樁梁式托換是一種用新型的由托換樁和托換梁組成的托換結構來替換既有建筑物的原基礎的技術。該技術通常用于地鐵建設中需要穿越既有建筑物下方樁基礎的各類工程［1］。托換梁通過新舊混凝土交接面的處理與被托換建筑物的柱相連接，使既有建筑物的上部荷載通過柱較均勻地傳遞到托換結構上，便于截除原基礎和地鐵穿越(如圖1所示)［2］。樁梁式托換在20世紀30年代美國紐約市興建地下鐵道時開始應用［3］。之后，該技術在德國、日本等地鐵建設中得到推廣［4，5］。我國的托換工程數(shù)量和規(guī)模隨著基本建設的發(fā)展不斷增長，在廣州、深圳和天津濱海新區(qū)地鐵建設中均

3、采用了該技術［6－8］。然而在工程實踐的同時，樁梁式托換變形不易控制的技術難題也逐步暴露出來［9，10］。1有限元分析模型1．1工程概況工程算例為深圳地鐵一期工程百貨廣場樁基托換工程。深圳百貨廣場為塔樓22層，裙樓9層的框架－剪力墻結構。因地鐵一期穿越裙樓下6根樁基礎(3－A軸、3－B軸、2－B軸、2－C軸、1－C軸、1－D軸)，需要進行樁梁式主動托換。托換轉換層設在地下室負三層，被托換框架柱截面為1．2m×0．8m、柱距為8．0m，框架梁截面為0．7m×0．3m;托換梁截面尺寸為3．2m(寬度)×2．2m(高度)、跨度為11～14m;被托換樁基長度為13～20m、直徑為2m。托換樁為直徑2

4、m使命：加速中國職業(yè)化進程專業(yè)知識分享版的人工挖孔樁，樁長為28m。托換樁(1軸A～E軸樁編號為Z1～Z5)和托換梁平面圖(如圖2所示)，其中有限元分析的示范樁為1－D軸位置的Z4樁(兩側托換樁編號為T1和T2)［14］。1．2模型建立采用ANSYS有限元程序進行分析，托換結構、樁基礎以及上部框架梁、柱均采用Beam188單元，樓板采用Shell63單元。為了準確反映托換過程對建筑物的影響，對1、2軸的A至E軸上部結構、樁基礎和托換結構進行整體建模。樁基礎為端承樁，地基土對托換的沉降影響很小，因此，不再對地基土建模。被動托換施工過程分為托換前、托換后(施工托換樁和托換梁)和原樁基礎截除3個工

5、況，而主動托換在分別施工完托換樁和托換梁后，需要在樁頂對托換梁頂升。為準確模擬各工況作用下被托換結構變形和荷載傳遞情況，運用了ANSYS程序中的“單元生死”技術。將原結構、托換樁和托換梁以及需要截除的原樁基礎均進行整體建模。托換前工況下，將托換結構單元“殺死”;托換后工況下再“激活”托換結構單元;原樁基礎截除工況下，“殺死”被截除的樁基礎單元。1．3加載被托換建筑的活荷載標準值為3．5kN/m2。因為托換施工與建筑使用年限相比時間較短，活荷載乘以0．6使命：加速中國職業(yè)化進程專業(yè)知識分享版的頻遇系數(shù)。將統(tǒng)計的恒荷載和活荷載疊加后，轉換為集中荷載施加在各層的節(jié)點上。將原樁基礎最下端的節(jié)點位移均

6、定義為“0”。通過調整2根托換樁最下端的豎向位移實現(xiàn)加載。對于被動式托換，托換樁底的豎向位移應與托換前被托換樁的豎向位移相一致;而主動托換的千斤頂是安放在托換樁頂和托換梁之間的，由于托換樁和托換梁整體建模，不易模擬在托換樁頂和托換梁之間加載，因此改為在托換樁底施加向上位移，位移值需通過試算的方法確定。這種處理方法不影響托換樁的軸力，但真實的位移值需減除施加的位移值。為實現(xiàn)托換前后，被托換柱壓力不變的目標，試算得出被托換樁基礎軸力為“0”時的位移值作為頂升的位移值。2分析結果2．1托換前托換前工況豎向位移和軸力的云圖(如圖3、4所示)。選中不同軸線位置單元查看位移和軸力值(見表1)使命：加速中

7、國職業(yè)化進程專業(yè)知識分享版2．2被動托換采用被動托換方案時，托換前和托換后托換體系的豎向位移和軸力未出現(xiàn)顯著變化，而截樁后托換梁跨中出現(xiàn)明顯下?lián)?如圖5所示)，而被截斷樁的軸力也轉移到托換樁上(如圖6所示)。使命：加速中國職業(yè)化進程專業(yè)知識分享版使命：加速中國職業(yè)化進程專業(yè)知識分享版1軸各樁頂和托換樁頂截樁前后豎向位移和軸力值見表1。截樁前后被托換框架柱(Z4軸)各層軸力變化情況(見表3)。從表1、3看以看出