《地基与基础工程》详解.ppt

第3章 柱下条形基础、筏形基础和箱形基础 本章学习要求： 理解： 上部结构、基础与地基的相互作用的概念; 地基变形分析的常用模型； 基础分析的三种方法。 掌握: 柱下条形基础内力计算的三种方法的原理、适用条件； 筏基与箱基的设计计算内容与方法。 §3.1 概述 基础形式 柱下条形基础 筏形、箱形基础：50m的建筑 桩筏基础：地下空间未被大量分割，方便利用。 桩箱基础：地下空间被分割，利用略显不便。 设计特点 应考虑上部结构、地基、基础的相互作用； 应同时满足静力平衡、变形协调条件。 注：刚性基础、钢筋混凝土扩展基础 设计时，并未考虑变形协调问题！ §3.2 上部结构、基础、地基的共同作用 3.2.1上部结构、基础、地基的共同作用基本概念 传统设计采用隔离法，把上部结构、基础与地基作为彼此离散的独立结构单元进行力学分析 。 实质上，在荷载作用下，地基、基础和上部结构三部分是相互制约、相互协调的整体。 地基、基础与上部结构三部分功能不同，材料各异，研究方法亦不同，目前要把三部分完全统一起来进行设计计算还有困难。（相对刚度对相互作用影响最大） §3.2 上部结构、基础、地基的共同作用 3.2.1.1 上部结构与基础的共同作用 影响规律： 上部结构刚度影响基础的变形与基底受力； 基础刚度、沉降变形影响上部结构内力分配。 上部结构刚度的影响： 上部结构刚性，强制约束基础变形时： 类似“倒置连续梁”，不发生整体弯曲； 支座间将发生局部弯曲。 上部结构柔性，不能有效约束基础变形： 基础同时发生整体弯曲、局部弯曲。 §3.2 上部结构、基础、地基的共同作用 3.2.1.2 基础与地基的共同作用 仅考虑地基刚度的影响： 地基刚度很小：基础变形及内力大，上部结构内部产生显著的附加内力（次生内应力）. 刚性地基：基础无挠曲，上部结构无附加内力，三者相互作用可忽略，分开计算； §3.2 上部结构、基础、地基的共同作用 3.2.1.2 基础与地基的共同作用 仅考虑基础刚度的影响： 柔性基础：随上部荷载作用变形，假定上部荷载均匀，则基底压力一般较均匀。 刚性基础：约束地基变形，调整荷载传递，基底压力多不均匀； §3.2 上部结构、基础、地基的共同作用 刚性基础基底压力的分布形态 §3.2 上部结构、基础、地基的共同作用 3.2.2 地基模型 3.2.1.1 文克尔（winkler）地基模型 地基土表面任一点处的变形与该点压力成正比，与其它点压力无关。 公式： p=k·s p—土体表面某点单位面积上的压力（kPa） s—相应于某点的竖向位移(m)； k—地基抗力系数， (kN/m3) 。 §3.2 上部结构、基础、地基的共同作用 特点：模型简便，只要k值选择得当，结果较理想。但忽略剪应力，未考虑压力扩散，与实际不符。 适用性：适用于软土地基；或压缩层薄，厚度不超过基底短边的1/2，基底压力向外扩散微弱的情形。 §3.2 上部结构、基础、地基的共同作用 3.2.2.2 弹性半无限空间地基模型 假定：地基是均质、连续、各向同性半无限弹性体。 集中荷载诱发的应力、位移——布辛奈斯克解。 P—坐标原点的竖向集中力； R—M点至坐标原点的距离； θ—R线与Z坐标轴的夹角； r —M点与集中力作用点的 水平距离。 §3.2 上部结构、基础、地基的共同作用 3.2.2.3 有限压缩层地基模型 假定：地基是侧限条件下，有限深度的压缩土层；基于分层总和法，建立地基变形～荷载关系。 压缩变形公式： ——自学，见土力学教材。 §3.2 上部结构、基础、地基的共同作用 3.2.3 基础分析方法 3.2.3.1 不考虑共同作用分析法——结构力学方法 具体方法：假定基底反力线性分布，将上部结构、基础、地基分成独立的三部分开展分析。 上部结构：底端固结于基础上，求支反力； 基础：上部结构支反力的反作用力为荷载，假定基底反力线性分布，求基底反力大小； 地基：基底反力反作用力为荷载，求地基变形 特点：只考虑静力平衡；未考虑连接处位移连续、变形协调引起的基底反力重分配，及其对基础及上部结构的影响。 §3.2 上部结构、基础、地基的共同作用 常见的结构力学分析方法: 静定分析法: 柱端以荷载替代,基础梁按静定结构分析. 倒梁法: 柱端视为支座,基底压力视为荷载,基础梁按超静定结构分析. §3.2 上部结构、基础、地基的共同作用 3.2.3.2 考虑基础与地基共同作用分析法 ——部分共同作用法 方法： 选择地基模型； 按静力平衡条件将上部结构与基础分割，求底端支反力； 上部结构底端支反力的反作用力作为基础的荷载；将基础看作设置在某种地基模型上的构件，开