地基模型和基础梁板分析

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1、第1O卷第2期河海大学科技情报1990年6月地基模型和基础梁板分析赵光恒张子明f工程力学系)摘要在水工建筑物与民用建筑畅中，建筑物与地基联系的部分．一般都简化为基础辩板的计算．本文对地基摸型和基础粱板分析研究的进程和发展作了简要地回顾，介绍了何海大学在这方面的主要研究成果．内容包括下刊三个方面，f1)地基誊型研究l(2)计算方法探讨一(3)计算机程序研制和工程应用．最后对谚溽题研究的现状和晨望发表7作者自己的看落．关羹词一基础粱一扳一地基模型，计苒方法l综述在水闸、船闸、船坞和高层建筑等水工建筑物和民用建筑物中，建筑物与地基联系的基础部分一般都简化为基础粱板的计算。基础粱板的内力分析是一个重

2、要而又复杂的问题．为了正确台理地分析它们，要选择符合实际情况的地基模型和有效的计算方法。文克勒毂设的提出，特别是初参数法被引用以后，基础粱板的计算得至i很大的发展。但是，弹性力学和土壤压陷实验都证明文克祜镁设在一般情况下并不正确。l91g年，普罗克托尔首先提出半无限大弹性地基模型，从此，对基础粱板的研究进入了一个新的阶段。5O年代以来，河海大学对地基模型和基础粱板分析课题进行了系统研究，提出了一些新的计算模型和计算方法，同时取得了不少既有理论意义又有实用价值的研究成果。下面分地基模型研究、计算方法探讨、计算机程序研制和工程应用等几个方面综合介绍。(一)地薹攘曩娉研究1．文克勒地基和丰_i已限

3、地基在基础梁板计算中，应用最广泛的是文克耪地基和半无限地基模型。5O年代，河海大学提出了“文克勒假设下基础粱的计算表()。对于半无限地基，为了弥补郭氏表泼有考虑边荷载的影响这一映陷，分析计算给出了边荷藏作用下基础粱的计算表(‘)。通过研究发现，在承工建筑物基础中，变温影响是不能不计的。随后又提出了基础荣的温度应力()。这些计算表格被有关设计规范采用至今。2．中厚度地基理论计算和现场测试结果表明，文克轴假设仅适用于地基可压缩层厚度与基础水平尺寸tftT半长之比3．o的土层。为了符舍基础梁板的实际工作状态，河海大学提出了中厚度地基上基础梁板的计算方

4、法c)(‘)一(”)，tT编制了各种层厚比情况下的沉陷计算表格，计算了F．r／=O．5—3．0’泊松比o=O．2、O．3、170．4范周内；考虑均布荷载、集中荷载、力偶荷载、边荷裁及温度变化的作用下，不同柔度指标t值时基础梁的内力计算表格，供工程单位使用。经过分析比较，我们认为，在一般情况下应该考虑地基可压缩层和刚性下卧层之间摩擦力的影响，否则将对基础梁内力产生不利影响。理论上进一步证明，不论是空间问题还是平面问题，半无限地基和文克勒地基都是中厚度地基的特殊情况，当可压缩层厚度H一。。时为半无限地，基，当日一0时即为文克勒、地基。3．多层地基基础工程的设计，特别是在机场跑道、公路、房匣、船坞

5、和水闸底板等基础工程的设计中，由表面荷载引起多层地基应力和沉降分析是一个基本的研究课题。在设计机场跑道时，表层或垫层必须有足够的强度，以承受重型飞机的轮压荷载。在水闸和船坞底板的设计中，较常见的是软弱地基，通常采用表面换砂的措施加固地基以扩散荷载的作用。此外，沿海地区由于地基土壤逐渐淤积形成，加之自重的长期作用，不仅在不同的深度具有不同的压缩模量，而且即使对于同一点，在水平方向和垂直方向也具有明显不同的压缩模量。这说明地基不是完全各向同性的，而是各向异性的或是横观各向同性的。在此项研究中，Boit等人建议按土层分段，根据土层交界处的连续条件和边界条件确定各段微分方程解答中的任意常数，从而确定

6、地基的位移和应力。显然，这样求解比较繁复，地基层数越多，方程组阶数越高，计算工作量也就越大。河海大学提出的各向同性和正交各向异性多层地基位移和I立力的初始函数表达式，不论弹性层数多少，都不必求解联立方程组。此法的有效性明显优于目前国际上对这一问题的其它解法。对于弹性模量和洎松比随深度任意变化情况，可根据计算精度要求，简化为成层地基情况求得近似解(“)()。还提出了求解弹性地基中在竖向分布荷载作用下位移的圆心位移影响函数法有关公式(。)，这些公式简单明了，便于数值计算，对时间和空间变量是否可分离不作任何限制，既可用于静力计算又可用于动力计算。4．折线边界地基在岩土地基上建造水工、土建结构时，如

7、考虑到充分利用地基、减少挖方、降低工程造价，就要遇到边坡开挖地基上基础梁板的计算问题。对于这类结构，考虑到它们与地基的相互作用，目前还缺乏比较完善的方法。河海大学提出了一个较为合理的分析方法，首先把开挖地基简化为折线型边界弹性地基，采用许瓦兹一克里斯多夫公式将此折线无限域映像到半平面域；然后用弹性力学中的复变函数保角变换法，求出单位均布力作用下的位移J最后再雨链杆法永解基础粱的反力和内力。对于工程中常用的几种