重型機(jī)床基礎(chǔ)內(nèi)力與變形計(jì)算方法的簡(jiǎn)化研究

高合作，高 煥

(1.四川國(guó)重建筑設(shè)計(jì)有限公司, 四川德陽(yáng) 618013; 2.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 四川德陽(yáng) 618000)

重型機(jī)床基礎(chǔ)內(nèi)力與變形計(jì)算方法的簡(jiǎn)化研究

高合作1，高 煥2

(1.四川國(guó)重建筑設(shè)計(jì)有限公司, 四川德陽(yáng) 618013; 2.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 四川德陽(yáng) 618000)

文章研究了現(xiàn)行規(guī)范中，金屬切削機(jī)床基礎(chǔ)厚度公式的缺點(diǎn)，用彈性基礎(chǔ)梁的剛性柔度指標(biāo)，重新推導(dǎo)出了新的基礎(chǔ)厚度公式，不單可以適應(yīng)于不同基礎(chǔ)梁截面剛度與不同地基剛度的需要，且在保持基礎(chǔ)梁柔度指標(biāo)不變情況下，可以縮短基礎(chǔ)梁內(nèi)力及變形的計(jì)算過(guò)程。節(jié)約計(jì)算時(shí)間。

基礎(chǔ)梁; 柔度指標(biāo); 基礎(chǔ)厚度; 基礎(chǔ)內(nèi)力; 變形

1 重型金屬切削機(jī)床基礎(chǔ)新的厚度公式

重型金屬切削機(jī)床基礎(chǔ)的內(nèi)力與變形計(jì)算屬結(jié)構(gòu)力學(xué)中的超靜定問(wèn)題。在計(jì)算分析之前，必須先確定基礎(chǔ)的計(jì)算模型，假定基礎(chǔ)厚度，經(jīng)過(guò)內(nèi)力、變形計(jì)算合格后，才能進(jìn)行基礎(chǔ)梁詳圖設(shè)計(jì)。但是，往往由于基礎(chǔ)厚度假設(shè)不準(zhǔn)，不能滿(mǎn)足基礎(chǔ)強(qiáng)度和變形需要，需要多次重復(fù)假定厚度、重新計(jì)算內(nèi)力與變形，故計(jì)算過(guò)程較長(zhǎng)。

重型金屬切削機(jī)床的荷載大、加工精度要求高，一般都需要對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行內(nèi)力及變形計(jì)算，才能確定假設(shè)的基礎(chǔ)厚度是否正確。因?yàn)橐?guī)范[2]中的厚度公式，只和基礎(chǔ)長(zhǎng)度有關(guān)，且為定值，不能再次估算出新值，計(jì)算的難度較大。

本文根據(jù)彈性基礎(chǔ)梁計(jì)算中的溫克尓假設(shè)理論[1]，對(duì)規(guī)范[2]中的基礎(chǔ)厚度公式，重新進(jìn)行改造，得出了新的基礎(chǔ)厚度公式如下。

用溫克爾假設(shè)理論[1]計(jì)算基礎(chǔ)梁時(shí)，梁的柔度指標(biāo)為：

(1)

規(guī)范[2]中梁的厚度公式是在調(diào)查[3]多個(gè)已建機(jī)床基礎(chǔ)工程，經(jīng)生產(chǎn)使用，證明可以滿(mǎn)足生產(chǎn)使用的基礎(chǔ)上得出的。已建工程的：

地基基床系數(shù)K=1 000 kN/m3;混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C15,E=2.3×107kN/m2, 如果將規(guī)范[2]中各類(lèi)機(jī)床的基礎(chǔ)厚度公式代入式(1)，即可得到各類(lèi)機(jī)床基礎(chǔ)的柔度指標(biāo)，見(jiàn)表1。

如果各類(lèi)機(jī)床基礎(chǔ)的柔度指標(biāo)已知，從式(1)即可得到各類(lèi)機(jī)床基礎(chǔ)新的厚度公式(表1)。

表1 各類(lèi)機(jī)床基礎(chǔ)厚度設(shè)計(jì)算公式

2 重型金屬切削機(jī)床基礎(chǔ)內(nèi)力、變形計(jì)算方法的簡(jiǎn)化

基礎(chǔ)梁的柔度指標(biāo)是基礎(chǔ)斷面剛度和地基剛度的函數(shù)?；A(chǔ)梁的柔度指標(biāo)決定基礎(chǔ)梁的計(jì)算類(lèi)型?；A(chǔ)梁的類(lèi)型有剛性梁、短梁及無(wú)限長(zhǎng)梁。設(shè)計(jì)時(shí)，可以將梁設(shè)計(jì)成任何一種類(lèi)型。設(shè)計(jì)類(lèi)型定后，設(shè)計(jì)者的任務(wù)，就是確定基礎(chǔ)梁的斷面剛度及地基剛度。如果梁的類(lèi)型定后，就可從文獻(xiàn)[1]中的計(jì)算基礎(chǔ)梁表，按基礎(chǔ)梁的柔度指標(biāo)，直接得出基礎(chǔ)梁的內(nèi)力及變形。 再經(jīng)過(guò)梁的強(qiáng)度和變形復(fù)核，如果滿(mǎn)足需要，即可進(jìn)行基礎(chǔ)梁詳圖設(shè)計(jì);如果不能滿(mǎn)足需要，就要重新假定基礎(chǔ)厚度，重復(fù)如上計(jì)算過(guò)程。通常碰到的情況有：

情況一。 重型金屬切削機(jī)床荷載大，加工精度要求高，基礎(chǔ)的變形差一般都不能滿(mǎn)足機(jī)床加工精度要求。為了減少地基變形差，只要調(diào)整地基剛度系數(shù)，就可滿(mǎn)足。但是，如果地基剛度系數(shù)調(diào)整了，則基礎(chǔ)梁的柔度指標(biāo)和基礎(chǔ)梁的內(nèi)力及變形也就變了； 如果在地基剛度系數(shù)變了以后，仍假定柔度指標(biāo)不變，并用新的地基剛度系數(shù)，用本文提出的基礎(chǔ)梁厚度公式(表1)，重新求出新的基礎(chǔ)厚度，基礎(chǔ)梁的內(nèi)力和變形也就不會(huì)改變。計(jì)算工作就可一次完成。

情況二。如果基礎(chǔ)梁的強(qiáng)度不能滿(mǎn)足需要，就要調(diào)高基礎(chǔ)的厚度。基礎(chǔ)厚度調(diào)整后，也可按照情況一的做法，保持柔度指標(biāo)不變，再次調(diào)整其他指標(biāo)即可。

例：某落地鏜床基礎(chǔ)平面尺寸10 m(寬)×24.0 m(長(zhǎng))，已知，地基基床系數(shù)K=2×104kN/m3，試假設(shè)基礎(chǔ)厚度，并按計(jì)算簡(jiǎn)圖1 的標(biāo)準(zhǔn)荷載，計(jì)算基礎(chǔ)的變形差。查看計(jì)算結(jié)果是否滿(mǎn)足機(jī)床加工精度要求的需要ΔY=2×10-5。

圖1 計(jì)算簡(jiǎn)圖

2.1 估算基礎(chǔ)厚度

2.2 基礎(chǔ)梁內(nèi)力及變形差計(jì)算

基礎(chǔ)梁的柔度指標(biāo),按本文提出的公式(2)得:aL=

0.868×240.25=1.92→2.0。

按柔度指標(biāo)，根據(jù)文件[1]的表格，求得:

基礎(chǔ)力：P-0.8=115 kN/m;P0.3=12.5 kN/m

基礎(chǔ)變形差:ΔY-0.8-0.3=3.88×10-5>2×10-5，不能滿(mǎn)足機(jī)床加工精度要求。

2.3 解決措施

為滿(mǎn)足變形差要求，必須將地基剛度系數(shù)提高到K=3.88×104。又為保持基礎(chǔ)柔度指標(biāo)不變，就需要按本文提出的基礎(chǔ)厚度公式(3)重新計(jì)算出基礎(chǔ)厚度為：

2.4 計(jì)算結(jié)果說(shuō)明

如果能用人工處理地基方法提高地基剛度，又用重新計(jì)算的基礎(chǔ)厚度進(jìn)行詳圖設(shè)計(jì),就可滿(mǎn)足要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)本文根據(jù)規(guī)范[2]的基礎(chǔ)厚度資料[3]，利用彈性基礎(chǔ)梁[1]的剛性柔度指標(biāo)，提出的各類(lèi)金屬切削機(jī)床基礎(chǔ)的柔度指標(biāo)及基礎(chǔ)厚度公式，不單可以適應(yīng)于各類(lèi)不同金屬切削機(jī)床基礎(chǔ)的不同梁截面剛度、及不同地基剛度需要，且可在保持基礎(chǔ)梁柔度指標(biāo)不變情況下，可以縮短基礎(chǔ)梁內(nèi)力及變形的計(jì)算過(guò)程。節(jié)約計(jì)算時(shí)間。

(2)本文是針對(duì)簡(jiǎn)化重型金屬切削機(jī)床基礎(chǔ)梁內(nèi)力及變形計(jì)算方法的簡(jiǎn)化研究。 對(duì)于一般性的彈性基礎(chǔ)梁，只要能在假設(shè)基礎(chǔ)厚度后，仍假設(shè)梁的剛性柔度指標(biāo)不變，就可按本文的處理辦法，也可縮短計(jì)算過(guò)程，很快完成設(shè)計(jì)。

[1] 徐芝綸.結(jié)構(gòu)力學(xué)補(bǔ)充教材(第二種)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1986.

[2]GB50040-96 動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 第一機(jī)械工業(yè)部設(shè)計(jì)研究總院.動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1980.

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；高煥(1963～),女,副教授,研究方向：機(jī)電一體化。

TU476+

B

[定稿日期]2015-08-20