歐陽紅星

(中國聯(lián)合工程公司,浙江 杭州 310052)

·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

基礎(chǔ)變形有高精度要求的設(shè)備基礎(chǔ)計(jì)算實(shí)例

歐陽紅星

(中國聯(lián)合工程公司,浙江 杭州 310052)

結(jié)合高精度設(shè)備的基礎(chǔ)變形量計(jì)算實(shí)例，運(yùn)用有限元計(jì)算軟件和Excel對設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行建模計(jì)算，通過對變形計(jì)算結(jié)果的分析來確定基礎(chǔ)類型及基礎(chǔ)厚度，從而滿足工藝專業(yè)對基礎(chǔ)變形量的要求。

設(shè)備基礎(chǔ)，機(jī)床，精度，抗壓剛度，變形

0 引言

在機(jī)械類工廠中，有很多設(shè)備如鏜銑床、立式車床、臥式車床等各種金屬切削機(jī)床，對地基及基礎(chǔ)變形的要求很高，一般在0.01 mm/m～0.05 mm/m的級別范圍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》對常規(guī)建筑地基及基礎(chǔ)的變形要求。

根據(jù)地質(zhì)情況，設(shè)備基礎(chǔ)方案采用天然基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，由于基礎(chǔ)變形精度要求高，基礎(chǔ)變形計(jì)算一般采用有限元軟件進(jìn)行計(jì)算。設(shè)備基礎(chǔ)變形由基礎(chǔ)自身變形和地基變形組成，基礎(chǔ)自身變形量與基礎(chǔ)厚度有關(guān)，地基變形與地基或樁基的彈簧剛度有關(guān)。結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)設(shè)備荷載大小及分布、地質(zhì)情況詳細(xì)計(jì)算后確定基礎(chǔ)類型及基礎(chǔ)的厚度，來滿足工藝專業(yè)對基礎(chǔ)變形量的要求。

1 計(jì)算荷載及簡圖

本文以工程實(shí)例，簡要介紹此類型設(shè)備基礎(chǔ)變形計(jì)算的方法和步驟。圖1是一個(gè)φ3.5 m×2.5 m立車基礎(chǔ)平面及荷載示意圖，工藝專業(yè)要求基礎(chǔ)變形量不大于0.02 mm/m。

工程所在場地地基土自上而下可劃分為六個(gè)大層，依次如下：

第①層，素填土；第②層，粘土，Es=8 MPa，fak=150 kPa；第③層，粉土，Es=6 MPa，fak=130 kPa；第④層，粉土，Es=7 MPa，fak=160 kPa；第⑤層，粉砂，Es=10 MPa，fak=150 kPa；第⑥層，圓礫，Es=15 MPa，fak=180 kPa。

由于變形精度要求高，天然基礎(chǔ)不能滿足要求，需采用樁基礎(chǔ)。樁采用D=500預(yù)制混凝土方樁，樁長取32 m，以第⑤層粉砂層為持力層，單樁豎向承載力特征值Ra=1 700 kN。

根據(jù)《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，單根樁的抗壓剛度為：

kpz=∑CptApt+CpzAp。

樁周土當(dāng)量抗剪剛度系數(shù)：Cpt=10 000 kN/m3;樁尖土當(dāng)量抗壓剛度系數(shù)：Cpz=1 100 000 kN/m3；kpz=4×0.5×32×10 000+1 100 000×0.52=915 000 kN/m;設(shè)備動(dòng)載Q=600 kN；折算成網(wǎng)格上的均布荷載q=600/(3.14×1.25×1.25)=123 kPa；網(wǎng)格單元取0.5 m；計(jì)算簡圖見圖2。

2 計(jì)算模型

表1 3 m立車基礎(chǔ)變形差結(jié)果

變形計(jì)算可采用有限元軟件STAAD進(jìn)行計(jì)算，基礎(chǔ)按軟件中的板單元Plate建立模型，基礎(chǔ)厚度Plate Thickness可根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)取一個(gè)值進(jìn)行試算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整基礎(chǔ)厚度或樁位布置。在Material中根據(jù)基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級輸入對應(yīng)的彈性模量E等與變形計(jì)算相關(guān)的重要參數(shù)，以確保計(jì)算的準(zhǔn)確性。樁按支座Support輸入，并輸入垂直方向的抗壓剛度值，同時(shí)選一根樁將另外兩個(gè)方向的約束設(shè)為固接Fixed，保證計(jì)算模型與設(shè)備基礎(chǔ)的實(shí)際約束條件一致。

網(wǎng)格布置圖及模型見圖3。

3 變形計(jì)算結(jié)果后處理分析

每個(gè)節(jié)點(diǎn)的變形計(jì)算結(jié)果軟件會(huì)匯總在表格中，可將其轉(zhuǎn)化到Excel表格中。結(jié)構(gòu)工程師可以將設(shè)備動(dòng)載作用中心線方向的節(jié)點(diǎn)位移數(shù)據(jù)提取出來，利用Excel將相鄰節(jié)點(diǎn)的變形差計(jì)算出來，就可以清晰、明確地判斷出基礎(chǔ)變形量是否滿足工藝專業(yè)的要求(見表1)。

從表1可以看出，動(dòng)載水平方向的節(jié)點(diǎn)140和152的變形差最大：(0.094-0.084)=0.010 mm，每個(gè)網(wǎng)格單元為0.5 m，折算成每米的變形差就是0.01/0.5=0.02 mm/m，滿足工藝專業(yè)要求。

4 結(jié)語

在機(jī)械類工廠工程的設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師經(jīng)常會(huì)碰到高精度設(shè)備的基礎(chǔ)變形量計(jì)算，應(yīng)該掌握這方面的計(jì)算方法。結(jié)構(gòu)工程師可以通過有限元計(jì)算軟件進(jìn)行建模計(jì)算，然后運(yùn)用Excel對計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理和分析，來判斷基礎(chǔ)是否滿足工藝專業(yè)的要求。計(jì)算軟件的合理選擇和運(yùn)用，可以幫助結(jié)構(gòu)工程師提高計(jì)算效率，減輕工作強(qiáng)度，達(dá)到事半功倍的效果。

[1] GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

A case of high degree of accuracy machine foundation deformation calculating

Ouyang Hongxing

(ChinaUnitedEngineeringCorporation，Hangzhou310052，China)

Combining with the basic deformation calculation examples of high precision equipment, using finite element calculation software and Excel made modeling calculation to equipment foundation, through the analysis on deformation calculation results to determine the foundation type and thickness, so as to meet the requirements of technology professional team basic deformation.

basic equipment, machine tool, accuracy, compressive stiffness, deformation

2015-01-19

歐陽紅星(1974- )，男，高級工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師

1009-6825(2015)09-0049-02

TU391

A