變剛度調平設計方法在機床基礎設計中的應用

高 煥， 高 文, 高合作

(1. 四川建筑職業技術學院, 四川德陽 618000； 2.四川工業科技大學, 四川羅江 618500; 3. 四川國重建筑設計有限公司, 四川德陽 618000)

變剛度調平設計方法在機床基礎設計中的應用

高 煥1， 高 文2, 高合作3

(1. 四川建筑職業技術學院, 四川德陽 618000； 2.四川工業科技大學, 四川羅江 618500; 3. 四川國重建筑設計有限公司, 四川德陽 618000)

文章根據機床基礎受力不均和基礎反力不均的特點，應用“變剛度調平設計方法”，將地基剛度和基礎的厚度，在集中力作用處加大，在無集中力作用處減小，使基礎沿長度設計成變剛度，就可減少重型機床基礎工程量，方法簡單易行。

變剛度； 調平設計； 變剛度調平設計

1 設計方法簡述

“變剛度調平設計” 的概念和方法是在樁基設計應用中發展起來的，是國家行業標準[1]中肯定的方法，對于解決高層建筑基礎的沉降不均和減少浪費方面，起了很重要的作用。

在重型金屬切削機床基礎設計中，我們擬根據機床基礎受力不均時，基礎的反力也不均的特點，應用“變剛度調平設計方法”的概念，對地基剛度和基礎的厚度，在集中力作用處加大，在無集中力作用處減小，使基礎沿長度設計成為變剛度，既可以滿足機床基礎的變形要求，也可減少基礎工程量。

2 實例

2.1 實例一

設地基梁1.0 m寬×2.0 m厚×28.0 m長,, 斷面慣性矩0.667 m4, 梁的彈性模量E=2.1×107kN/m2, 天然地基基床系數K=1×103kN/m3，粱的計算簡圖見圖1。

解： 擬采設計成兩個解決方案,用差分法解。

方案一: 天然地基方案。

地基基床系數K=1×103kN/m3, 粱的計算簡圖見圖1。

圖1 實例一地基梁的計算簡圖(單位:m)

方案二：變地基剛度方案。

設第一段、四段、五段的地基基床系數為1×103kN/m3， 第二段、第三段經人工處理后的地基基床系數為K=4×104kN/m3，荷載與計算簡圖見圖2。

圖2 荷載與計算簡圖

兩方案計算結果對比見表1。

表1 兩方案計算結果對比

2.2 實例二

梁的斷面15.0 m寬×3.39 m厚×30.0 m長。混凝土C35: 彈性模量E=3.15×107kN/m2，梁的慣性矩=48.7 m4，梁的計算簡圖見圖3。

圖3 實例二地基梁的計算簡圖(單位:m)

解一：天然地基方案。

天然地基基床系數K1=4.5×104kN/m3，

解二：全處理地基方案。

假設一根樁占面積1.75 m×1.75 m，下臥層厚2.5 m。

加荷載2 000 kN時下沉5 mm。地基處理后的基床系數K2=1.306×105KN/m3。

解三： 地基變剛度方案。

設第一段、第二段、第三段為天然地基，K1=4.5×104kN/m3，第四、第五段，K2=1.306×105kN/m3，各方案計算結果對比見表2。

3 結束語

(1)在重型金屬切削機床基礎設計中，如果采用變剛度調平設計方法，可使基礎的變形既滿足機床加工精度需要，又達到節約投資的效果。

表2 實例二各方案計算結果對比

(2)本文在地基梁的內力與變形計算中都是采用的有限差法。方法簡單，可以直接求出地基梁的變形，對于機床基礎設計是非常方便的。對于變斷面地基梁的內力與變形計算，應用熱莫其金教授的“鏈桿法”和蔡四維教授的“彈性地基梁解法”也是很方便的。

如果應用本文提供的方法，作出變剛度地基和變剛度基礎厚度，再應用現行的計算軟件，進行基礎內力和變形計算，也是很方便的。

[1] JGJ 94-2008 建筑樁基技術規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社, 2008.

[2] 徐芝綸.結構力學補充教材(第二種)[M].北京：人民教育出版社, 1961.

[3] 潘家錚. 彈性地基上梁和框架[M].上海：上海科學技術出版社, 1960.

[4] 蔡四維.彈性地基梁解法[M]. 上海：上海科學技術出版社, 1962.

[5] 葛爾布諾夫·伯沙道夫. 彈性地基上結構物的計算[M]. 華東工業建筑設計院, 譯. 北京： 建筑工業出版社, 1957.

高煥(1963～)，女，副教授，研究方向為機電一體化；高文(1967～)，男，高級工程師，研究方向為機械制造工藝；高合作 (1933～)，男，教授級高級工程師，國家一級注冊結構工程師。

TU318.1

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[定稿日期]2016-09-28