17.刘志祥-岩土有限元与结构有限元交互迭代分析技术.pptxVIP

岩土有限元与结构有限元交互迭代分析技术刘志祥 北亚区首席岩土工程师/注册岩土工程师/博士主要内容:三个层级的岩土力学分析解决方案岩土工程三维设计分析一体化地层-结构协同作用的分析评估地上地下双模型耦合同步分析技术Plaxis有限元网格模型深基坑深基础三维设计分析流程基于平面图施工剖面计算校验三维数值仿真优化基于三维模型施工现有岩土设计流程不足岩土工程三维设计分析一体化流程基于二维会带来设计风险和成本浪费 : 1) 隔水帷幕与含水层关系难以确定 2) 地层起伏带来的差异沉降 3）锚杆与既有建筑关系难以确定引入三维岩土设计的流程岩土工程三维设计分析一体化流程1、钻孔的地理位置+每个钻孔揭露地层数据2、直接导入钻孔生成三维地层(如Plaxis3D)3、结构设计与地质模型不会碰撞且直接分析优化4、以dxf输出模型和剖面进行规范验算实例1-深基坑工程三维设计+分析某拉锚基坑对既有车站影响的三维设计与分析 第一步、三维空间调整锚杆设计1、三维空间中的锚杆与隧道的碰撞和最小净距一目了然2、调整锚杆位置，优化过近锚杆的参数实例1-深基坑工程三维设计+分析第二步、基坑设计三维计算1、双排桩及锚杆对既有车站的变形影响评估2、三维模型调整挡墙深度和刚度，优化设计第三步、输出dxf格式将最终模型返回设计软件 实例2-深基础-工程三维设计+分析 地层差异性强1、地基以卵石层为主2、多个钻孔揭露局部有厚度5m软土3、需要确定钻孔软土分布4、需要确认差异沉降5、需要确定整体地基稳定6、需要准确计算总沉降实例2-深基础-工程三维设计+分析某整体地基在差异性强的地层中的沉降分析1、确认天然地基仍然满足沉降和差异沉降（34mm，倾斜1.2‰）2、基础底板应力重分布在可接受范围3、节约工期与造价主要内容:三个层级的岩土力学分析解决方案岩土工程三维设计分析一体化地层-结构协同作用的分析评估地上地下双模型耦合同步分析技术Plaxis有限元网格模型地层-结构协同作用Plaxis建立三维整体有限元模型1.充分考虑地层的分层与力学属性2.真实考虑结构的主要力学属性3.模拟深基础施工过程实例1：某多层建筑土-结构共同作用Plaxis单独建立结构模型输出结构内力误差0.032%结构有限元模型与Plaxis中整体有限元模型对比：土体与结构的整体模型计算出来的基础差异沉降显著减小，体现出整体模型下基础具有更好的抗弯刚度实例2：大型桩筏基础共同作用分析地层考虑采用HSS非线性塑性本构地下车库采用板、梁柱等单元建立，并采用界面单元考虑地下室与土体作用整体基础筏板下的桩体采用embedded桩考虑与土体的共同作用实例2：大型桩筏基础共同作用分析CFG桩复合地基处理后最大沉降控制到40 mmCFG桩复合地基处理范围优化到主楼底板范围内地基承载力和沉降变形仍可控制在设计要求范围以内复合地基天然地基基础底板沉降实例3：基坑开挖对临近建筑影响将某博物馆模型导入Plaxis临近新建地铁基坑考虑开挖与降水对既有结构的影响实例3：基坑开挖对临近建筑影响结构受到基坑开挖发生显著差异变形将基础的差异变形导入结构有限元中，亦可验证：受到邻近基坑开挖影响上部结构因支座变位导致额外的附加荷载作用，进而导致上部结构的内力重分布实例4：天津周大福金融中心深基坑项目类别：超高层建筑基坑项目特点：天津最深建筑基坑基坑平面：长186m宽180m基坑深度：30m（地下4层）开挖地层：淤泥、 淤泥质黏土、围护形式：地连墙+内撑地下水控制：止水帷幕+坑内降水建筑高度：530m（96层）186m180mPLAXIS深基坑工程案例分析内容：施工全程模拟地层变形+结构内力解决问题：开挖方案优化比选周边环境影响评估应用价值：优化双基坑开挖方案实现对周边环境影响的预知、预控310m280m模型最终沉降等值面围护墙侧移云图围护墙侧移矢量支撑内力内支撑约1200段实例5：氧化铝仓基础与边坡相互影响分析边坡的失稳对桩筏深基础的影响分析基础建造对边坡稳定性的影响实例6 港珠澳大桥沉箱隧道钢管桩沉降分析港珠澳大桥拱北沉箱隧道主要内容:三个层级的岩土力学分析解决方案岩土工程三维设计分析一体化地层-结构协同作用的分析评估地上地下双模型耦合同步分析技术Plaxis有限元网格模型地上-地下双模型耦合分析原理：上部结构由结构有限元分析（如Staad.Pro、Sap2000)下部地基基础模型由Plaxis3D岩土有限元进行分析结构底部约束以超单元自动映射到Plaxis中生成6向量荷载Plaxis将结构力和弹簧常数返回给结构有限元检查这些新值是否匹配，如果不匹配，将再次计算根据需要进行迭代精确考虑上部结构的刚度筏板设计厚度会发生改变案例1 地上-地下双模型耦合分析总结：三个层级的岩土力学分析解决方案三维设计与分析相辅相成克服一维和二维设计的盲区地层-结构协