基础工程之连续基础课件.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,3 连续基础,基础工程,连续基础,第 3 章,本章内容,3.1 概述,3.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念,3.3 地基计算模型,3.4 文克勒地基上梁的计算,3.5 地基上梁的数值分析,3.6 柱下条形基础,3.7 柱下交叉条形基础,3.8 筏形基础与箱形基础,柱下条形基础,柱下十字交叉基础,双向柱下,条形基础,筏形（筏板）基础,底板,外墙,内墙,箱形基础,由底板、墙和顶板形成箱，整体性更好,顶板,3.1 概述,连续基础的设计计算,看作地基上的受弯构件 梁或板；,力学与变形特性与地基、基础及上部结构的相对刚度特征有关；,设计计算中要考虑地基、基础与上部结构的相互作用；,设计计算的关键是选择合理的地基计算模型。,3.2 地基、基础与上部结构的相互作用,设计中把三者视为统一的整体，考虑相互作用；,对于压缩性较低的地基，一般不需考虑相互作用。,地基,基础,上部结构,3.2.1 地基与基础的相互作用,1.基底反力的分布规律,通常假设呈线性分布,实际上非常复杂，与基础刚度及上部结构有关。,柔性基础,刚性基础,基础抗弯刚度较小，基础随地基变形而任意弯曲。,基础抗弯刚度较大，基础底面不随地基变形而变化，保持平面。,柔性基础,基础随地基变形而任意弯曲；,基础反力分布与基础上的荷载分布一致；,基础沉降变形呈“中部大边缘小”形；,若使柔性基础变形均匀，荷载及基底反力分布须呈“中间小，边缘大”形。,刚性基础,中心荷载下基底反力边缘大、中间小；,由于边缘处首先剪切破坏，基底反力呈马鞍形；,架越作用：刚性基础跨越基底中部，将所承担的荷载相对集中的传至基础边缘；,砂土地基上基底反力接近抛物线形，粘性土地基呈马鞍形。,基础相对刚度的影响,相对刚度大：架越作用随荷载增大而减小，基底压力趋于均匀；,相对刚度小：基底反力出现应力集中现象，基础内力很小。,基础相对刚度越强，沉降越均匀，基础内力相应越大。,架越作用取决于基础相对刚度、土的压缩性及基底塑性区大小,邻近荷载的影响,邻近荷载会对基础产生附加应力，进而使受影响一侧的基础沉降增加，引起局部反力卸载（即邻近荷载引起的附加沉降使基底局部接触应力减小）；,邻近荷载引起的局部反力卸载使基底反力重新分布，受影响一侧边缘处的基底反力向基础中部转移，改变基底反力的分布。,较大的邻近荷载会使基底反力分布呈现“中间大、边缘小”的形态。,3.2.1 地基与基础的相互作用,2.地基非均质性的影响,地基压缩性的不均匀及柱荷载的分布，都会对基础内力产生影响。,3.2.2 地基变形对上部结构的影响,上部结构刚度,整个上部结构对基础不均匀沉降或挠曲的抵抗能力。刚度越大，调整不均匀沉降的能力就越强。,上部结构按整体刚度的分类,柔性结构,敏感性结构,刚性结构,结构对不均匀沉降有较大的顺从性,不均匀沉降会引起结构内较大的附加应力,不均匀沉降会引起基础的转动倾斜,木结构,排架结构,砌体结构,框架结构,高耸结构物,烟囱、水塔等,3.2.2 地基变形对上部结构的影响,地基变形对敏感性结构的影响,不均匀沉降会引起上部结构较大的的附加应力及柱荷载的重分配现象（边柱增大，内柱减小）；,上部结构刚度越大，影响越显著。不考虑相互作用，上部结构设计偏不安全；,基础刚度越大，基础抵抗地基变形的能力较大，对上部结构的影响就越小。,高压缩性地基上的敏感结构基础刚度宜刚不宜柔。,3.2.3 上部结构刚度对基础受力状况的影响,绝对刚性的上部结构对基础变形有约束作用，可以调整基础内力分布。,绝对柔性的上部结构对基础变形没有约束作用，不参与相互作用。,增加上部结构刚度可减小基础挠度和内力。底部楼层较上部明显。,小结,相互作用中地基起主导作用，其次是基础，最后是上部结构。,压缩性低的地基一般不需考虑相互作用；上部结构是在压缩性地基上基础整体刚度有限时起作用。,地基,基础,上部结构,基础相对刚度,土的压缩性,上部结构刚度,不均匀沉降,上部结构与基础的相对刚度,3.3 地基计算模型,什么是地基计算模型？,反映地基土体应力与应变关系的模式，简称地基模型。地基模型很多，但都具有局限性。,最常用的地基模型,文克勒（Winkler）地基模型,弹性半空间地基模型,有限压缩层地基模型,线性弹性计算模型,3.3.1 文克勒地基模型,地基上任一点所受的压力强度,p,与该点的地基沉降,s,成正比。,p=ks,不考虑土体的剪应力,地基变形仅限于基底范围内,3.3.1 文克勒地基模型,适用条件,地基主要受力层为软土；,厚度不超过基础底面宽度一半的薄压缩层地基；,基底下塑性区相应较大时；,支承在桩上的连续基础，可以用弹簧体系来代替群桩。,3.3.2 弹性半空间地基模型,将地基视为均质的线性变形半空间，并利用弹性力学公式求解地基中的附加应力或位移。,地基中任意点的沉降由基底压力和邻近荷载引起的沉降组成。,y,z,x,o,P,x,y,z,r,R,M,布辛奈斯克解：,计算邻近荷载引起的沉降,3.3.2 弹性半空间地基模型,基底中心点下的地基沉降,由均布矩形荷载作用下矩形面积中心点的沉降计算公式求得。,p,0,O,z,M,3.3.2 弹性半空间地基模型,设地基表面作用着任意分布的荷载；,把基底平面划分为n个矩形网格，作用在各网格面积上的基底压力近似认为是均布的；,根据叠加原理，网格,i,中点引起的沉降应为所有,n,个网格上的基底压力分别引起的沉降之总和。,3.3.2 弹性半空间地基模型,地基柔度矩阵,简化计算,基底压力,邻近荷载,3.3.3 有限压缩层地基模型,把计算沉降的分层总和法应用于地基上梁和板的分析。,模型表达式：,柔度矩阵按分层总和法计算,3.3.4 相互作用分析的基本条件和常用方法,基本条件,静力平衡条件,变形协调条件,常用方法,解析法：微分方程法,数值分析法：有限单元法,有限差分法,基础底面任一点的挠度,该点的地基沉降,两种简化设计方法,不考虑,地基-基础-上部结构,的相互作用,考虑,地基-基础,的相互作用,不考虑三者相互作用,只满足静力平衡条件，不满足三者连接处的变形协调条件；基底反力假定为线性分布；,适用于地基刚度很大、变形量很小，或结构刚度很大、基础的挠曲很小时；,常用的方法：,静定分析法：,假定基础为静定结构，柱子不约束基础，基础可产生整体弯曲，适用于柔性结构；,倒梁法,倒楼盖法,假定柱端为固定支座，基础只产生局部弯曲，适用于上部结构整体刚度很大的情况,考虑地基-基础相互作用的方法,满足静力平衡条件，地基与基础间满足变形协调条件，基础与上部结构间不满足变形协调条件。,地基与基础的相互作用通过建立合理的地基模型来体现，即满足地基和基础的变形协调条件。,按地基模型确定基底反力的分布，不再假定为线性分布。,不考虑上部结构刚度会使地基变形偏大，基础内力偏高，偏安全。不考虑基础变形对上部结构的影响，偏不安全。,适用于上部结构刚度较小而基础刚度较大的情况。,3.4 文克勒地基上梁的计算,计算分析的思路,梁的挠曲微分方程,文克勒地基模型,无限长梁的位移和内力解答,有限长梁的位移和内力解答,附加荷载,边界条件,3.4.1 无限长梁的解答,p=ks,s=w,(,q=0,),柔度特征值,3.4.1 无限长梁的解答,集中荷载作用下的解答,单一竖向集中力作用,单一集中力偶作用,若干集中荷载作用,叠加原理,边界条件,内力与位移分布特征,解得微分方程的通解为：,C,1,C,4,为积分常数，可按荷载类型由已知条件确定,竖向集中力作用,C,1,=C,2,=0,C,3,=C,4,=C,A,x,、,B,x,、,C,x,、,D,x,均为,x,的函数，可查表3-1,。,求导,右侧,右侧,原点在荷载作用处,集中力偶作用,C,1,=C,2,=,0,C,3,=,0,x=,0,w=,0,求导,右侧,右侧,A,x,、,B,x,、,C,x,、,D,x,均为,x,的函数，可查表3-1,。,若干集中荷载作用,叠加原理：,分别计算各荷载单独作用时在该截面上引起的效应，然后叠加得到共同作用下的总效应。,注意：,每次计算时均要把坐标原点移到相应的集中荷载作用点处；,x,中的,x,为计算截面到坐标原点的距离。,3.4.2 有限长梁的计算,计算原理：,根据有限长梁的自由端M和V为零的边界条件，对无限长梁上有限长梁端位置施加附加荷载，使它们与已知荷载的共同作用下满足上述边界条件，求得附加荷载。,再利用叠加原理，即可计算得到在附加荷载和已知荷载的共同作用下无限长梁上相应于有限长梁所求截面处的内力和位移。,梁的边界条件力,3.4.2 有限长梁的计算,计算步骤：,按无限长梁的计算公式（式3-18和3-21），以叠加法计算有限长梁上的已知荷载在无限长梁上相应于有限长梁两端位置截面的M和V；,根据有限长梁两端M和V为零的条件，计算施加的梁端边界条件力；（式3-24或3-25）,再按无限长梁的计算公式（式3-18和3-21）以叠加法计算在已知荷载和边界条件力的共同作用下在无限长梁上相应于有限长梁所求截面处的位移和内力。,l,的函数,3.4.3 地基上梁的柔度指数,柔度指数,l,表征文克勒地基上梁的相对刚柔程度的无量纲值。,按柔度指数的梁的分类,l,/4 短梁（刚性梁）,/4,l,c,欠补偿基础：,p,40m时，贯通顶底板和内外墙设置,缝宽不宜小于800mm，钢筋必须贯通；,做好防水处理。,3.9 刚性基础的数值分析法,刚度较大的基础相对挠曲较小，可以看作刚性基础,数值分析方法：,将刚性基础底面划分成n个平行于坐标轴的矩形网格，根据刚性基础底面受荷沉降后仍为平面，建立竖向位移与基础转角的关系；根据文克勒地基模型，建立基底反力与地基沉降的关系；根据静力平衡及变形协调条件，求得总刚度矩阵，进而求得基底反力、沉降及倾斜（转角）。,本章小结,3.1 概述,3.2 地基、基础与上部结构相互作用的概念,3.3 地基计算模型,3.4 文克勒地基上梁的计算,3.5 地基上梁的数值分析,3.6 柱下条形基础,3.7 柱下交叉条形基础,3.8 筏形基础与箱形基础,