邊坡變形作用下坡地建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為

劉穎

（無錫太湖學(xué)院 江蘇無錫 214064）

邊坡變形作用下坡地建筑結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為

劉穎

（無錫太湖學(xué)院 江蘇無錫 214064）

在山地結(jié)構(gòu)的建立過程中，不等高接地是一種常見的結(jié)構(gòu)模式，邊坡變形導(dǎo)致不等高接地的建筑位置會(huì)出現(xiàn)不同種類的變形。因此，在現(xiàn)階段技術(shù)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該充分考慮到建筑過程中土地的力學(xué)問題，從而優(yōu)化基本的設(shè)計(jì)。

邊坡變形；坡地建筑；結(jié)構(gòu)力學(xué)

對于山地城鎮(zhèn)而言，在整個(gè)建筑的過程中經(jīng)常會(huì)遇到錯(cuò)落有致的山體形式。因此，在山地建筑的過程中就會(huì)經(jīng)常采用常規(guī)性的建筑模式。如果在山地結(jié)構(gòu)建立的過程中出現(xiàn)較為嚴(yán)重的地震性災(zāi)害，沒有根據(jù)力學(xué)中的相關(guān)問題進(jìn)行建立，就會(huì)使整個(gè)地區(qū)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞。所以，在對力學(xué)行為進(jìn)行分析的過程中發(fā)現(xiàn)，邊坡如果發(fā)生微小的變化，坡地中的建筑結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)動(dòng)力，從而使整個(gè)力學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。因此，在現(xiàn)階段坡地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，可以根據(jù)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等方面，對邊坡形變的問題進(jìn)行充分的思考，從而為后續(xù)的問題研究提供充分性的保證。

1 簡化模型的建立分析

1.1 簡化模式設(shè)計(jì)過程中的相關(guān)計(jì)算

在研究邊坡形變的不等高結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)的過程中，整個(gè)模型的建筑會(huì)受到力學(xué)的影響，在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該改將不等高的接地坡中的相關(guān)建筑演化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)置為單層單跨的不等高的柱框架結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，應(yīng)該注意邊坡形變會(huì)在整個(gè)結(jié)構(gòu)的橫向以及豎向發(fā)生一定的形變現(xiàn)象，而在這個(gè)種現(xiàn)象發(fā)生的過程中豎向的形變會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于橫向力的變化，因此，在設(shè)計(jì)的過程中往往會(huì)忽視框架基礎(chǔ)處的豎向形變變化，只是充分的考慮到橫向所發(fā)生的變化，將這種力作用在接地柱的底部。因此，根據(jù)圖1（a）中的現(xiàn)象分析，就可以充分展現(xiàn)不等高接地坡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的相關(guān)模型。

所以，我們在問題分析的過程中，可以將上接地柱底端的水平位移差設(shè)置為為Δx，其中的框架梁A與B端的轉(zhuǎn)角分別設(shè)置為為θA、θB，然后在將結(jié)構(gòu)中的平動(dòng)位移設(shè)置為Δ，如圖1（b）圖像的顯示，通過對力學(xué)理論的分析，可以得到以下結(jié)論，如下式所示。所以，根據(jù)相關(guān)的公式就可以充分的得出整個(gè)建筑過程中所涉及到的彎矩力以及剪力。

圖1 邊坡變形下坡地建筑結(jié)構(gòu)的簡化分析模型

因此，通過對相關(guān)問題的問題可以發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)坡地結(jié)構(gòu)的建筑過程中，如果坡地中的水平位移差之間的距離只有1mm，在整個(gè)坡地建筑的過程中，其結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生較大的內(nèi)力變化，在結(jié)構(gòu)中兩個(gè)柱底以及與長柱相連的梁，都會(huì)產(chǎn)生較大的彎矩，而在框架梁的中間也會(huì)產(chǎn)生相對較大的軸力。但是，在現(xiàn)階段坡地的設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員并沒有充分的考慮到設(shè)計(jì)過程中存在的內(nèi)力問題，因此，在整個(gè)施工的過程中會(huì)產(chǎn)生一些不利的因素。

1.2 設(shè)計(jì)過程中梁跨對整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響

通過對簡化結(jié)構(gòu)模型的分析，可以發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)的過程中，如果不改變其他參數(shù)，只是將橋梁的跨度進(jìn)行相關(guān)的改變，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在數(shù)值改變的過程中隨著梁跨度的增加，其中梁的線剛度就會(huì)隨之減小，也就是說，如果在設(shè)計(jì)的過程中將整個(gè)梁跨度的距離增加，就會(huì)在一定程度上大大降低整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的內(nèi)力問題。與此同時(shí)，在梁跨度增加的過程中，梁與柱之間的彎矩也就隨之減小，從而導(dǎo)致剪力逐漸縮小，其中的水平位移在整個(gè)結(jié)構(gòu)中也會(huì)出現(xiàn)內(nèi)力減小的現(xiàn)象。

1.3 邊坡頂?shù)闹邔υO(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響

與梁跨度的問題分析相似，在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，若保持其他參數(shù)的不改變，知識改變整個(gè)建筑中的柱高，其中變化的范圍設(shè)置在0.5～6m之間，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)測算的過程中，整個(gè)柱的線剛度會(huì)逐漸減小，從而減小了內(nèi)力的承受能力，與此同時(shí)，在問題分析的過程中，隨著邊坡頂柱的增高，結(jié)構(gòu)中的彎矩以及建立也會(huì)隨之減小，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力減小。

2 算例的設(shè)計(jì)與相關(guān)問題的分析

2.1 算例設(shè)計(jì)問題的研究

在邊坡問題的設(shè)計(jì)過程中，為了充分考慮到邊坡變形差會(huì)對不等高接地結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定的影響，因此，要設(shè)計(jì)不等高結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)問題分析。在數(shù)據(jù)分析的過程中將結(jié)構(gòu)的總層數(shù)設(shè)置為11層，而邊坡頂柱中的結(jié)構(gòu)層設(shè)置為8，其中結(jié)構(gòu)中的中跨度為4，邊坡的柱列是3，在整個(gè)結(jié)構(gòu)層的設(shè)置過程中，總的跨度層可以設(shè)置為3m，其中的跨度為6m，因此，就可以準(zhǔn)確的計(jì)算出彈模的數(shù)值為3.0×1010N/m。在平坡結(jié)構(gòu)發(fā)生形變的過程中，會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的水平位移差出現(xiàn)不確定性的變化，很難確定出相關(guān)數(shù)據(jù)的大小。

2.2 內(nèi)力問題的分析

通過對邊坡結(jié)構(gòu)的問題設(shè)計(jì)：①在整體上可以發(fā)現(xiàn)，邊坡的形變在不等高結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中其內(nèi)力會(huì)發(fā)生一定的變化，內(nèi)力主要產(chǎn)生在接地的第二層以及其位置以下的更層面，而對上接地層中的相關(guān)數(shù)據(jù)影響也就最大，以下的層級也會(huì)產(chǎn)生一定的內(nèi)力，但是相對第一層而言，相對較小。因此，對于相關(guān)的設(shè)計(jì)人員而言，在整個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該對地第二層及以下的相關(guān)區(qū)域的受力問題得到充分的重視，他們是發(fā)生形變最主要的區(qū)域。②從設(shè)計(jì)過程中內(nèi)力方面進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，在建筑過程中軸力消耗力相對較大的位置時(shí)接地一層以及二層中的梁，而且，對于掉層部分的邊側(cè)柱也會(huì)出現(xiàn)相對較大的軸力，而軸力最大的部位是與水平的梁柱相連接的。對于剪力而言，其中較大的位置是上接地第一層與第二層中的柱，而發(fā)生水平位移的剪力也相對較大。邊坡的頂在靠近邊坡的邊緣時(shí)，會(huì)在一定程度上發(fā)生水平位移，從而在整個(gè)結(jié)果中產(chǎn)生不同的力，但是相關(guān)力在產(chǎn)生的過程中會(huì)出現(xiàn)內(nèi)力分布不均勻的現(xiàn)象，其主要的原因就是在設(shè)計(jì)的過程中，特定的點(diǎn)在一定程度上發(fā)生了形變，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)中的柱出現(xiàn)差異性的變化，由于各個(gè)部位在設(shè)計(jì)的過程中承受力的程度有所差異，就會(huì)在一定程度上產(chǎn)生不同形式的力。而在邊坡頂柱底發(fā)生水平位移的過程中，可以根據(jù)桿件產(chǎn)生內(nèi)力的差異性，將相關(guān)的設(shè)計(jì)加以區(qū)別，特別是對于位置相對較為特殊的柱位置，其中內(nèi)力的產(chǎn)生主要是剪力以及彎矩的出現(xiàn)，而軸所產(chǎn)生的向心力相對較小，要根據(jù)第一層以及第二層中的受力現(xiàn)象，進(jìn)行問題的分析。因此，在現(xiàn)階段邊坡問題的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該充分考慮到不同的問題，從而優(yōu)化相關(guān)的設(shè)計(jì)。

3 結(jié)束語

總而言之，在邊坡問題的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該充分提高技術(shù)人員的專業(yè)水平，不同的地區(qū)所形成的原因大不相同，因此，對于相關(guān)的設(shè)計(jì)人員而言，在邊坡變形作用下坡地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，一定要充分的考慮到力學(xué)中的相關(guān)問題，同時(shí)將基本的技術(shù)形式進(jìn)行優(yōu)化，提高基本的設(shè)計(jì)理念，減少設(shè)計(jì)過程中內(nèi)力的出現(xiàn)。而在現(xiàn)階段邊坡變形作用下坡地建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，很多設(shè)計(jì)人員沒有充分考慮到數(shù)據(jù)變化會(huì)給其他項(xiàng)目建立所帶來的影響，因此，要及時(shí)改變這種現(xiàn)狀，從而為我國建筑事業(yè)的發(fā)展提供充分的保障。

[1]趙瑞仙.掉層結(jié)構(gòu)的非線性抗震性能分析[D].重慶：重慶大學(xué)，2011 （03）.

[2]王麗萍.山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地震動(dòng)輸入與側(cè)向剛度控制方法[D].重慶：重慶大學(xué)，2010.

[3]單志偉.掉層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2008.

[4]劉長喜，周志祥，李帥.用整體懸挑結(jié)構(gòu)拓寬山區(qū)道路新技術(shù)[J].預(yù)應(yīng)力技術(shù)，2014，69（4）：10～13.

[5]游濤，周志祥，鄭文.用邊坡格構(gòu)基礎(chǔ)懸臂臂結(jié)構(gòu)拓寬山區(qū)道路新技術(shù)[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，30（1）：74～78.

[6]戴志中.現(xiàn)代山地建筑接地詮釋[J].城市建筑，2013（8）：20～24.

TU311

：A

：1673-0038（2015）05-0097-02

2015-1-16

劉穎（1980-），講師、工程師，碩士研究生，主要從事土木工程教學(xué)工作。