沈陽市明成嘉園建筑物沉降監(jiān)測與有限元分析

摘要：本文以沈陽市明成嘉園建筑物為研究對象，通過現(xiàn)場監(jiān)測、沉降預(yù)測和數(shù)值模擬的技術(shù)手段，參考監(jiān)測資料，用多種預(yù)測方法對樁基礎(chǔ)變形值進行預(yù)測，以大型非線性有限元軟件ANSYS為研究工具，建在工程模擬中的可行性;實測結(jié)果和ANSYS模結(jié)果進行比較，得出了一些單樁和群樁的基本立有限元模型，采用符合實際的土體模量，建立計算模型，得出模擬值與實際監(jiān)測變形值相差不大，驗證了ANSYS軟件在模擬樁基沉降方面的可行性。

關(guān)鍵詞：樁基礎(chǔ);沉降監(jiān)測;沉降預(yù)測;ANSYS軟件

本文以沈陽市名城嘉園建筑工程為主要研究對象，在主持該工程的勘察、設(shè)計、施工和監(jiān)測四個階段后，總結(jié)經(jīng)驗，整理數(shù)據(jù)，采用預(yù)測理論對沉降進行預(yù)測，采用有限元方法對不同的參數(shù)對建筑物樁基進行模擬，分析得出不同參數(shù)對建筑物樁基的影響，得出結(jié)論如下：

1、本工程形成勘察、設(shè)計、施工和監(jiān)測于一體，有利于樁基參數(shù)的選取及設(shè)計方案的優(yōu)化，施工中采用“動態(tài)式設(shè)計、信息化施工”是科學可靠的。

2、 在系統(tǒng)學習沉降預(yù)測理論的基礎(chǔ)上，對實測沉降數(shù)據(jù)進行了最終沉降值的推算，通過沉降觀測可以取得第一手資料，積累實踐性經(jīng)驗;通過沉降預(yù)測，判斷出建筑物在下一時段的沉降發(fā)展趨勢，對可能的危害防患于未然。當建筑物發(fā)生不正常沉降及時分析原因并采取措施保證建筑物的安全，防止事故發(fā)生。通過重復或持續(xù)觀測，并進行前瞻性預(yù)測，及時發(fā)現(xiàn)異常變化，并討論了各種預(yù)測方法的優(yōu)缺點及對樁基工程的適用性。

3、本文通過對沈陽市明成嘉園6#、7#、8#、9#進行系統(tǒng)的沉降觀測，獲得了珍貴的實測數(shù)據(jù)。并結(jié)合實測數(shù)據(jù)，對工程上常用的最終沉降預(yù)測方法進行了研究。對比實測結(jié)果得出，應(yīng)用雙曲線法進行最終沉降預(yù)測所得的預(yù)測值較應(yīng)用對數(shù)曲線法進行預(yù)測所得的結(jié)果更大。著重選取對數(shù)曲線法、雙曲線法、以及基于雙曲線型經(jīng)驗公式的回歸分析法三種最終沉降量預(yù)測方法對樁基建筑的最終沉降量進行了推算。盡可能的應(yīng)用了實測沉降數(shù)據(jù)，故應(yīng)用該方法計算得出的最終沉降量推算值與實測最終沉降量較其他兩種方法更為接近，基于雙曲線理論的回歸分析法，由于其消除了應(yīng)用經(jīng)驗公式選點計算時可能造成的人為誤差，應(yīng)用該方法進行最終沉降量的推算可以達到良好的效果。

4、并通過對6#樁的的沉降模擬，計算得到的沉降值與實測沉降值吻合的很好，說明本文的幾何模型的建立和本構(gòu)模型的選擇是合理的，同時說明借助有限元分析建筑物沉降規(guī)律是行之有效的。實際設(shè)計中可以根據(jù)勘察報告參數(shù)作為基本資料，輔以必要的參數(shù)實驗，以規(guī)范的沉降、變形、傾斜允許值來校核模型的正確性，這樣可以樁基結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計起到很好的幫助。

5、利用ANSYS軟件對該建筑樁的沉降特性進行比較計算和深入分析，以探討多個影響因素下單樁樁沉降的變化規(guī)律：

（1）對單樁和群樁中的3類樁型進行分析，在不同荷載的條件下，各類樁型的受力特性和沉降性狀用圖表形式列出，在群樁沉降中以1類樁的沉降形式為主，群樁中的樁受到群樁效應(yīng)影響，其剛度和承載力都有所下降。

（2）當樁徑及其他參數(shù)不變時，樁長增加，即長徑比增加，樁基礎(chǔ)沉降減小，而當樁長達到某值時，這與上面樁長改變時長徑比的影響相反。因此考慮長徑比改變對樁的影響時，還要看具體是哪個參數(shù)在改變減少沉降的作用不明顯了。設(shè)計中因為要考慮樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮情況，因此只要滿足沉降要求，就不必增大樁長了。而當樁長及其他參數(shù)不變時，樁徑減少，即長徑比增大，群樁基礎(chǔ)沉降反而增大。

（3）土的彈性模量是樁基礎(chǔ)沉降的一個主要影響因素。說明土的變形能力影響樁土間的相對位移，對樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮產(chǎn)生一定影響，從而直接影響到樁基礎(chǔ)的沉降。隨彈性模量E的增加，樁的沉降隨之減小，但是到一定限度以后，彈性模量E的繼續(xù)增加對單樁的沉降影響不大，持力層土體的粘聚力c和內(nèi)摩擦角必定增加，樁頂沉降隨之減小。由此可得，要減小樁基礎(chǔ)的沉降量，可以通過對地基土進行改良，比如反復夯實、對軟土進行置換等方法。

（4）樁長L、樁徑D和彈性模量E的增加反映了樁體剛度的增加，使得樁通過樁側(cè)摩阻力和樁端阻力將上部結(jié)構(gòu)荷載更多的傳到持力層中去，從而減小了沉降。在這幾個因素當中，土的彈性模量對樁頂沉降的影響要更大一些。

綜上所述，用有限元方法分析樁工作性狀問題，可以通過改變樁問題影響因素總結(jié)出一定的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系規(guī)律，對樁的設(shè)計和施工起到一定的參考和借鑒作用。

參考文獻

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作者簡介：郝連學（1984.12.29— ）男，漢族，遼寧阜新人，遼寧省阜新市交通運輸事務(wù)服務(wù)中心工程建設(shè)部副部長，職稱：高級工程師，主要研究方向是道路與橋梁工程。