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      偏心荷載基礎(chǔ)底面有效尺寸的確定方法研究

      2014-02-25 03:46:26許嬌嬌
      東北水利水電 2014年12期
      關(guān)鍵詞:偏心基底路基

      趙 靚,許嬌嬌

      (1.吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,吉林 長(zhǎng)春130021;2.河海大學(xué),江蘇 南京210098)

      使用大型履帶式起重機(jī)進(jìn)行吊裝時(shí),由于吊臂的旋轉(zhuǎn),吊車對(duì)地基的壓力不是均勻分布的,在驗(yàn)證地基承載力的過程中不能按照均布荷載計(jì)算。[基礎(chǔ)工程分析與設(shè)計(jì)]提出了一種將偏心荷載簡(jiǎn)化成均布荷載的方法。本文用有限元軟件ABAQUS 來模擬吊裝時(shí)在偏心荷載下路基箱底部基底反力的分布情況,并與簡(jiǎn)化方法以及傳統(tǒng)計(jì)算方法進(jìn)行比較。

      1 有限元模擬

      1.1 整體模型建立

      1.1.1 地基模型

      地基基礎(chǔ)問題的解決,不宜單純著眼于地基基礎(chǔ)本身,按常規(guī)設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)時(shí),更應(yīng)把地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)視為一個(gè)統(tǒng)一的整體并滿足三者之間的內(nèi)力平衡與變形協(xié)調(diào),從整體的角度出發(fā)研究結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移變化。

      考慮共同作用的整體計(jì)算,合理地選擇地基模型,對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力及變形分析有顯著影響。ABAQUS 提供的模型有線彈性模型、Mohr-Coulomb 模型、Drucker-Prager模型、修正Drucker-Prager 帽蓋模型等,本文結(jié)合土體的非線性問題選取Mohr-Coulomb 模型。

      1.1.2 計(jì)算模型

      路基箱計(jì)算時(shí)用到的模型有3 種:懸臂梁模型、彈性地基梁模型與接觸模型。其中接觸模型比較真實(shí)反映路基箱的實(shí)際受力狀態(tài),本文模擬過程中選取接觸模型:在不同介質(zhì)物體相互接觸的界面之間采用接觸單元。

      表1 土體簡(jiǎn)化模型物理參數(shù)表

      1.1.3 模型建立

      在采用大型有限元分析軟件ABAQUS 進(jìn)行數(shù)值分析中,對(duì)于地基土體、履帶以及路基箱,采用B22 二階平面梁?jiǎn)卧?/p>

      為減小邊界條件的影響,地基土的平面范圍選取路基箱基礎(chǔ)相應(yīng)尺寸的5~6 倍(40 m×30 m),深度上選取有效土層,對(duì)路基箱下面范圍內(nèi)的土體網(wǎng)格細(xì)化。設(shè)置土體邊界條件:模型底面全自由度約束;四周法向自由度約束。

      根據(jù)土體簡(jiǎn)化模型物理參數(shù)(見表1)建立整體模型,整體模型如圖1所示。

      1.2 數(shù)值模擬分析

      偏心荷載作用在路基箱上,路基箱尺寸5.05 m×12 m。沿路基箱長(zhǎng)度方向荷載均勻變化,從80 kPa 增加到240 kPa,沿寬度方向荷載保持一致,即施加單向偏心荷載。沿路基箱長(zhǎng)度方向基底反力分布仍然呈偏心情況,其中反力分布較均勻的區(qū)域長(zhǎng)度約為10 m;沿路基箱寬度方向基底反力分布比較均勻,其中反力分布均勻的區(qū)域長(zhǎng)度約為5 m。

      圖1 整體模型

      2 將偏心荷載等效成均布荷載及其驗(yàn)算

      2.1 偏心荷載基礎(chǔ)有效尺寸的確定

      在[基礎(chǔ)工程分析與設(shè)計(jì)]中介紹了一種將偏心荷載簡(jiǎn)化成均布荷載的方法。

      偏心荷載可以簡(jiǎn)化成豎向軸心力與彎矩的組合,根據(jù)軸力及彎矩的大小來判斷基底的有效使用尺寸。Meyerhof(1953),Hansen(1970)研究和觀察指出基礎(chǔ)的有效尺寸(見圖2)如下:

      并在承載力分析計(jì)算中求得有效基礎(chǔ)面積:

      當(dāng)作用矩形分布荷載時(shí),壓力中心在B′L′區(qū)域的中點(diǎn)A′,從圖5有:

      式中:L——基礎(chǔ)的原始長(zhǎng)度;B——基礎(chǔ)的原始寬度;L′——基礎(chǔ)的有效長(zhǎng)度;B′——基礎(chǔ)的有效寬度;ex,ey——X,Y 軸的偏心距。

      將L 代入,求得,如無偏心,B′或L′就采用實(shí)際尺寸。

      圖2 承受偏心荷載地矩形基礎(chǔ)計(jì)算基礎(chǔ)有效尺寸的方法

      2.2 等效計(jì)算

      采用上述有限元中的地質(zhì)參數(shù)以及計(jì)算模型。有限元計(jì)算中矩形基礎(chǔ)長(zhǎng)12 m,寬5 m,軸向荷載9 600 kN,Mx=9 600 kN·m,My=0,經(jīng)計(jì)算后的地基承載力為300 kN/m2。

      同時(shí),e<l/6=2

      求得,

      承載力驗(yàn)算:

      所以有效尺寸的地基承載力滿足使用要求。

      3 結(jié) 語

      將偏心荷載簡(jiǎn)化成均布荷載,計(jì)算得到的有效尺寸為10 m×5 m,驗(yàn)算后的地基承載力滿足要求。同有限元軟件計(jì)算相比,有限元軟件模擬的結(jié)果可知在沿路基箱底部長(zhǎng)度方向基底反力在基底10 m 范圍內(nèi)均勻分布,沿寬度方向基本均勻分布。且簡(jiǎn)化的方法驗(yàn)算地基承載力滿足要求。由此可見此方法可用。

      [1] 蔡長(zhǎng)賡.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2002(04).

      [2] 張永鈞.JGJ79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].2003,01.

      [3] 杜明干,鄧莎莎.雙向偏心受壓矩形基礎(chǔ)的基底壓力[J].建筑結(jié)構(gòu),2010(04).

      [4] 王士杰,李立華,馬鳳奎,宇云飛.單向偏心受壓基礎(chǔ)直接計(jì)算新方法[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1997(4).

      [5] 劉蔚,張俊峰,郭廷才,關(guān)慶華.風(fēng)電場(chǎng)正八邊形擴(kuò)展基礎(chǔ)地基基底反力的計(jì)算原理與方法[J]. 西北水電,2009(06).

      [6] 黃傳志,姜明寶,張敬.偏心傾斜荷載作用下的地基承載力計(jì)算方法[J]. 巖土工程學(xué)報(bào),2003(01).

      [7] 王士杰,趙春生,李立華,宇云飛.雙向偏心受壓基礎(chǔ)底面尺寸直接計(jì)算法[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1997(10).

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