變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)方法在機(jī)床基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

高 煥， 高 文, 高合作

(1. 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 四川德陽(yáng) 618000； 2.四川工業(yè)科技大學(xué), 四川羅江 618500; 3. 四川國(guó)重建筑設(shè)計(jì)有限公司, 四川德陽(yáng) 618000)

變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)方法在機(jī)床基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

高 煥1， 高 文2, 高合作3

(1. 四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 四川德陽(yáng) 618000； 2.四川工業(yè)科技大學(xué), 四川羅江 618500; 3. 四川國(guó)重建筑設(shè)計(jì)有限公司, 四川德陽(yáng) 618000)

文章根據(jù)機(jī)床基礎(chǔ)受力不均和基礎(chǔ)反力不均的特點(diǎn)，應(yīng)用“變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)方法”，將地基剛度和基礎(chǔ)的厚度，在集中力作用處加大，在無(wú)集中力作用處減小，使基礎(chǔ)沿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成變剛度，就可減少重型機(jī)床基礎(chǔ)工程量，方法簡(jiǎn)單易行。

變剛度； 調(diào)平設(shè)計(jì)； 變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)

1 設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)述

“變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)” 的概念和方法是在樁基設(shè)計(jì)應(yīng)用中發(fā)展起來(lái)的，是國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]中肯定的方法，對(duì)于解決高層建筑基礎(chǔ)的沉降不均和減少浪費(fèi)方面，起了很重要的作用。

在重型金屬切削機(jī)床基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，我們擬根據(jù)機(jī)床基礎(chǔ)受力不均時(shí)，基礎(chǔ)的反力也不均的特點(diǎn)，應(yīng)用“變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)方法”的概念，對(duì)地基剛度和基礎(chǔ)的厚度，在集中力作用處加大，在無(wú)集中力作用處減小，使基礎(chǔ)沿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成為變剛度，既可以滿足機(jī)床基礎(chǔ)的變形要求，也可減少基礎(chǔ)工程量。

2 實(shí)例

2.1 實(shí)例一

設(shè)地基梁1.0 m寬×2.0 m厚×28.0 m長(zhǎng),, 斷面慣性矩0.667 m4, 梁的彈性模量E=2.1×107kN/m2, 天然地基基床系數(shù)K=1×103kN/m3，粱的計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

解： 擬采設(shè)計(jì)成兩個(gè)解決方案,用差分法解。

方案一: 天然地基方案。

地基基床系數(shù)K=1×103kN/m3, 粱的計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 實(shí)例一地基梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖(單位:m)

方案二：變地基剛度方案。

設(shè)第一段、四段、五段的地基基床系數(shù)為1×103kN/m3， 第二段、第三段經(jīng)人工處理后的地基基床系數(shù)為K=4×104kN/m3，荷載與計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 荷載與計(jì)算簡(jiǎn)圖

兩方案計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 兩方案計(jì)算結(jié)果對(duì)比

2.2 實(shí)例二

梁的斷面15.0 m寬×3.39 m厚×30.0 m長(zhǎng)。混凝土C35: 彈性模量E=3.15×107kN/m2，梁的慣性矩=48.7 m4，梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3。

圖3 實(shí)例二地基梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖(單位:m)

解一：天然地基方案。

天然地基基床系數(shù)K1=4.5×104kN/m3，

解二：全處理地基方案。

假設(shè)一根樁占面積1.75 m×1.75 m，下臥層厚2.5 m。

加荷載2 000 kN時(shí)下沉5 mm。地基處理后的基床系數(shù)K2=1.306×105KN/m3。

解三： 地基變剛度方案。

設(shè)第一段、第二段、第三段為天然地基，K1=4.5×104kN/m3，第四、第五段，K2=1.306×105kN/m3，各方案計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表2。

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)在重型金屬切削機(jī)床基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，如果采用變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)方法，可使基礎(chǔ)的變形既滿足機(jī)床加工精度需要，又達(dá)到節(jié)約投資的效果。

表2 實(shí)例二各方案計(jì)算結(jié)果對(duì)比

(2)本文在地基梁的內(nèi)力與變形計(jì)算中都是采用的有限差法。方法簡(jiǎn)單，可以直接求出地基梁的變形，對(duì)于機(jī)床基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是非常方便的。對(duì)于變斷面地基梁的內(nèi)力與變形計(jì)算，應(yīng)用熱莫其金教授的“鏈桿法”和蔡四維教授的“彈性地基梁解法”也是很方便的。

如果應(yīng)用本文提供的方法，作出變剛度地基和變剛度基礎(chǔ)厚度，再應(yīng)用現(xiàn)行的計(jì)算軟件，進(jìn)行基礎(chǔ)內(nèi)力和變形計(jì)算，也是很方便的。

[1] JGJ 94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2008.

[2] 徐芝綸.結(jié)構(gòu)力學(xué)補(bǔ)充教材(第二種)[M].北京：人民教育出版社, 1961.

[3] 潘家錚. 彈性地基上梁和框架[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社, 1960.

[4] 蔡四維.彈性地基梁解法[M]. 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社, 1962.

[5] 葛爾布諾夫·伯沙道夫. 彈性地基上結(jié)構(gòu)物的計(jì)算[M]. 華東工業(yè)建筑設(shè)計(jì)院, 譯. 北京： 建筑工業(yè)出版社, 1957.

高煥(1963～)，女，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化；高文(1967～)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造工藝；高合作 (1933～)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師。

TU318.1

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[定稿日期]2016-09-28