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        筏板基礎(chǔ)設(shè)計與計算方法研究

        2016-12-03 15:27:17趙冬林田燕霞
        人間 2016年30期
        關(guān)鍵詞:筏板內(nèi)力受力

        趙冬林 田燕霞

        (周口市振興建筑有限公司,河南 周口 466000)

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        筏板基礎(chǔ)設(shè)計與計算方法研究

        趙冬林 田燕霞

        (周口市振興建筑有限公司,河南 周口 466000)

        筏板基礎(chǔ)設(shè)計與應(yīng)用,重點在于從基礎(chǔ)板理論分析與作用效果分析上,來優(yōu)化計算思路,提升筏板基礎(chǔ)設(shè)計有效性,降低基礎(chǔ)沉降變化,增強地基承載力和穩(wěn)定性。

        筏板基礎(chǔ);設(shè)計方法;計算優(yōu)化;方法研究

        筏板基礎(chǔ)設(shè)計關(guān)系到建筑工程基礎(chǔ)的穩(wěn)定性優(yōu)劣,特別是在提升基礎(chǔ)整體性、增強基礎(chǔ)剛度和抗震性上具有突出優(yōu)勢。由于筏板基礎(chǔ)受力機理復(fù)雜,在對不同建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)承載力的影響分析上,還具有多樣性。因此,為了提升建筑基礎(chǔ)穩(wěn)定性,減少不均勻沉降可能帶來的安全隱患問題,很有必要通過筏板基礎(chǔ)計算分析方法的對比,來優(yōu)化筏板基礎(chǔ)設(shè)計方能,提升筏板基礎(chǔ)的應(yīng)用水平。當(dāng)然,在筏板基礎(chǔ)設(shè)計方法上,一種是簡化處理法,一種是理論分析法,還有共同作用分析法。本文將針對三種計算方法展開探討,并對其優(yōu)劣勢進行歸納,為相關(guān)技術(shù)人員提供參考和借鑒。

        一、筏板基礎(chǔ)簡化設(shè)計法

        從筏板基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來看,由于地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)三者在受力上的多變性,在簡化算法中將之作為整體來進行靜力計算,并完成對工程設(shè)計的運用。由于基礎(chǔ)底板條件具有差異性,不同筏板基礎(chǔ)設(shè)計方法,對其基底反力作業(yè)分析也不同。以框架結(jié)構(gòu)為例,對于上部結(jié)構(gòu)中的柱嵌結(jié)構(gòu),按照結(jié)構(gòu)力學(xué)要求可以得出其上部內(nèi)力,而對于底層軸力、柱腳處彎矩反向作用力,主要是有基礎(chǔ)板來承受,并與上部結(jié)構(gòu)荷載形成共同承受地基反力。可見,在對框架結(jié)構(gòu)筏板基礎(chǔ)進行簡化計算時,需要從基礎(chǔ)自重、地基土重及靜力結(jié)構(gòu)平衡上,假設(shè)基礎(chǔ)是剛性的,其受力結(jié)構(gòu)是垂直分布的,然后依照結(jié)構(gòu)力學(xué)方法來求解基礎(chǔ)板內(nèi)力,最后再將基礎(chǔ)比作柔性的,以荷載方式來求解平均反力帶來的地基變形。因此,從簡化方法來看,其假設(shè)與整個結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)存在不符合,主要適宜總荷載與總反力平衡條件,而未對基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間,以及基礎(chǔ)與地基之間的作用力進行考慮,從而難以避免上部結(jié)構(gòu)帶來的給地基基礎(chǔ)的荷載,帶來與實際應(yīng)力分布的偏差。當(dāng)然,該方法在計算基礎(chǔ)板內(nèi)力及地基反力上也存在偏差。

        二、基礎(chǔ)板理論設(shè)計法

        根據(jù)基礎(chǔ)板理論,對于基礎(chǔ)板與地基可以作為整體,使其與上部結(jié)構(gòu)分離,而上部結(jié)構(gòu)所形成的荷載作用力,僅為滿足地基基礎(chǔ)與地基表面的靜力平衡,因此,通過對幾何學(xué)、物理學(xué)的簡化,可以實現(xiàn)對基礎(chǔ)內(nèi)力與地基變形的簡化計算。首先,基礎(chǔ)板理論分析法可以歸納為四個部分。第一是結(jié)合不同地基工程實際,來搭建地基模型,并從地基壓力與沉降變化上優(yōu)化數(shù)學(xué)表達(dá)式;第二是根據(jù)一般撓曲微分方程,結(jié)合基礎(chǔ)板受力分析,并從撓度、反力作用中來求解函數(shù);第三是計算基礎(chǔ)的沉降變化,依托變形協(xié)同、靜力平衡條件,從地基基礎(chǔ)板受力作用與地基板地基壓力等值的分析中,將第一項得出的地基壓力代入第二項得出的地基反力微分方程中;第四是利用數(shù)學(xué)分析方法,對上述地基撓度、反力項微分方程進行求解,主要運用數(shù)學(xué)有限差分法、解析法、有限單元法、及加權(quán)殘數(shù)法等,來達(dá)到基礎(chǔ)板撓度及基礎(chǔ)板內(nèi)力。很顯然,從本計算方法來看,其理論方法也忽視了對上部結(jié)構(gòu)的影響,特別是在變形量分析上,可能帶來基礎(chǔ)內(nèi)力的增大,導(dǎo)致偏差;另一方面由于基礎(chǔ)板自身的彎曲變形,也可能帶來對基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)的影響,因此,該方法適宜小型建筑框架結(jié)構(gòu),且對基礎(chǔ)剛度要求很高。

        三、共同作用分析法

        從筏板基礎(chǔ)設(shè)計與計算實際來看,由于存在上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基的三方作用,因此可以將三者作為整體來進行計算。共同作用計算法是通過對三方作用的理論分析,并從模型試驗、原位測試等方法分析中來提升共同作用分析法的計算精度。該方法主要應(yīng)用于高層建筑、大型橋梁及糧倉、儲罐等建筑物、構(gòu)筑物工程基礎(chǔ)模型設(shè)計中。在進行理論分析時,由于采用數(shù)值分析方法,需要對基礎(chǔ)土體及上部結(jié)構(gòu)進行分析。一般表示為兩個步驟,一是對地基結(jié)構(gòu)、地基動力反應(yīng)的分析,二是對各單體反應(yīng)及相互作用條件的分析,并獲得動力反應(yīng)模型,來得出不同環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)的振動阻抗,振動位移和外力關(guān)系;三是采用有限元分析法,通過對土體地震反應(yīng)的分析,來探討地基基礎(chǔ)非勻質(zhì)性及非線性動力特點,并綜合考慮多種因素來提升基礎(chǔ)筏板的設(shè)計準(zhǔn)確性。四是采用混合法,將數(shù)值方法與解析方法進行綜合。如利用邊界元法與有限元法來進行綜合,也可以利用有限元與半無限元法進行綜合,從而提升筏板基礎(chǔ)的計算實效性。當(dāng)然,利用模型試驗法,以及原位測試法,也可以從上部結(jié)構(gòu)、地基、基礎(chǔ)的三方作用來獲得整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)。在基礎(chǔ)分析上,由于上部結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn),對整體彎曲變形來說,其作用會增加變形的次應(yīng)力,提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

        四、結(jié)語

        由于筏板基礎(chǔ)設(shè)計方法較多,在對上部結(jié)構(gòu)剛度足夠條件下,其對筏板基礎(chǔ)的荷載力,也成為筏板基礎(chǔ)的主要應(yīng)力。因此,在進行筏板基礎(chǔ)應(yīng)力分析上,應(yīng)該考慮上部結(jié)構(gòu)的影響,來充分發(fā)揮基礎(chǔ)材料的應(yīng)力,增強基礎(chǔ)設(shè)計的合理性。同時,針對筏板基礎(chǔ)的整體彎曲應(yīng)力變化,可能使得上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同的應(yīng)力分布,而增加了內(nèi)力變化。因此在筏板基礎(chǔ)設(shè)計上,對上部結(jié)構(gòu)的分析主要傾向于不安全性分析,需要對上部結(jié)構(gòu)進行考慮來提升其共同作用力。最后,由于不同建筑工程筏板基礎(chǔ)的差異性,在對三方共同作用分析上,以整體受力分析更為合理,也減少了計算成本,便于實現(xiàn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟、安全、穩(wěn)定目標(biāo)。

        [1]孫峰,孔紀(jì)名,王杰,劉相.考慮共同作用下的筏板基礎(chǔ)厚度的設(shè)計方法研究[J].四川建筑科學(xué)研究.2012(05).

        [2]韓緒,王家林.無限元與有限元耦合在地基計算中的應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ).2014(01).

        TU222

        A

        1671-864X(2016)10-0182-01

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