1. 工程概況

本項目位移地鐵旁，由于地鐵隧道要求，結構地下室筏板基礎邊必須與地鐵邊線保持足夠的安全距離，因此結構的筏板在靠近地鐵一側不能挑出太大。這使得上部結構的最外側框架柱距離筏板邊界距離不滿足構造要求.設計時，通過牛腿將上部框架柱與下部地下室外墻連在一起，共同分擔上部結構傳來的豎向荷載，如圖1所示。采用ABAQUS軟件對樁筏基礎進行小震及等效中、大震作用下的有限分析，驗證該處理方式的安全性，分析不考慮土的有利作用，計算結果偏安全。

圖1 樁筏基礎布置圖

2 有限元模型

 

圖2 樁筏基礎有限元分析模型

根據圖1的結構樁筏基礎布置圖，分析模型取矩形虛線范圍內3個柱范圍筏板基礎為研究對象，模型平面尺寸為27mX9m。在ABAUQS軟件中建立有限元模型，模型如圖2所示，為排除邊界約束的影響，有限元分析結果以中間柱筏板為準。

2.1 混凝土及型鋼單元

混凝土及型鋼單元采用C3D4實體單元，中心區混凝土材料本構采用ABAQUS提供的損傷塑性(Concrete Damage Plasticity)模型，如圖3所示，考慮混凝土受壓和受拉損傷，材料參數根據《混凝土結構設計規范》取值。其余范圍混凝土采用彈性模型，僅考慮材料剛度對分析區域的影響，不考慮該部分混凝土進入塑性。其中，樁基及筏板混凝土材料C40，框架柱混凝土材料C60。

型鋼鋼管采用彈性模型，材料Q345。

 

圖3 ABAQUS混凝土損傷塑性模型

參考上海現代建筑設計（集團）有限公司技術中心編著的《動力彈塑性時程分析技術在建筑結構設計中的應用》，混凝土損傷程度可用混凝土損傷系數d_c表征。C40混凝土損傷程度與對應的d_c值關系如表1所示。

表1 基于d_c的混凝土受壓損壞程度評價

混凝土	完好	輕微損壞	輕度損壞	中度損壞	比較嚴重損壞
C40	0～0.228	0.228～0.321	0.321～0.457	0.457～0.667	>0.677

2.2 鋼筋單元

采用T3D2空間桿單元，該單元只受拉壓。材料本構采用理想彈塑性模型，不考慮鋼筋強化，如圖4所示，材料參數根據《混凝土結構設計規范》附錄C1.2條的公式計算確定。鋼筋通過*embeded插入混凝土中，不考慮鋼筋的粘結滑移。

 

圖4 理想彈塑性模型

模型暗柱、筏板及框架柱鋼筋分布根據施工圖進行布置，如圖5、6所示，鋼筋有限元模型如圖7所示。此外，僅中心區混凝土布置鋼筋，非中心區域混凝土采用彈性模型，可不考慮鋼筋的影響。

 

圖5 暗柱及筏板鋼筋布置圖

 

圖6筏板鋼筋布置圖

 

圖7 有限元鋼筋布置圖

2.3 荷載及約束

荷載施加考慮施工模擬的影響，分兩步施加，第一步施加小震軸力，第二步施加大震軸力。構件軸力如表2所示，構件編號如圖8所示。

表2 構件軸力

構件編號	GZ1	GZ2	GZ3	Q1	Q2	Q3	Q4
小震(kN)	14450	15924	16848	32743	36058	37793	127790
大震(kN)	20780	23255	25751	43691	49018	54774	178983

 

圖8 構件編號

樁端固定約束，周邊筏板約束水平位移。

2.4 有限元網格

為較精確分析中心區混凝土及鋼筋受力情況，控制中心區網劃分尺寸為150mm，非中心區網格尺寸450mm。網格劃分后，樁筏基礎有限元分析模型如圖9所示

 

圖9 有限元網格模型

3 分析結果

3.1 Mises應力分析結果

 

圖10 小震作用下筏板及鋼筋小震應力云圖

 圖11 大震作用筏板及鋼筋應力云圖

a）小、大震作用下暗柱1剖面應力云圖

b）小、大震作用下暗柱2剖面應力云圖

c）小、大震作用下筏板板底應力云圖

d）小、大震作用下筏板板頂應力云圖

圖12 小、大震筏板剖面應力云圖

從圖中可以看出小震作用下，筏板混凝土最大應力為18.6MPa，鋼筋最大應力為51.67MPa；大震作用下，筏板混凝土最大應力為25.65MPa，鋼筋最大應力為72.18MPa。

3.2 混凝土損傷分析結果

圖13 小震作用下筏板混凝土受壓損傷及鋼筋塑性應力云圖

圖14 大震作用下筏板混凝土受壓損傷及鋼筋塑性應力云圖

圖13和圖14分別為小震、大震作用下筏板受壓損傷及混凝土中鋼筋應力云圖。從圖中可以看出，在小、大震作用下筏板混凝凝土受壓損傷較小，混凝土僅輕微損壞，筏板鋼筋塑性應變為0，鋼筋處于彈性狀態。

3.3 樁分析結果

 

圖15 小、大震作用下筏板混凝土受壓損傷及鋼筋塑性應力云圖

從圖中可以看出，小震作用下樁最大軸力為1.199e4kN，大震作用下樁最大軸力為1.661e4kN.

4. 計算配置

處理器：Intel(R) Core(TM) i7-9700K CPU @ 3.60GHz   3.60 GHz

內存：32G

計算時間：3h