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基础底面压力分布规律,土力学与地基基础成果!

时间:2023-08-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:精确地确定基底应力的数值与分布形式是很复杂的问题,这里仅对其分布规律及主要影响因素作简单的定性讨论与分析,并不考虑上部结构的影响。荷载是均布的,基底应力也将是均布的。图3-6实测刚性基础底面上的压应力分布根据实测资料可知,当刚性基础置于砂土地基表面时,四周无超载,其基底应力分布更易呈抛物线形;将刚性基础置于黏性土地基表面上时,其基底应力分布易呈马鞍形。

基础底面压力分布规律,土力学与地基基础成果!

建筑物荷载通过基础传递给地基,在基础底面与地基之间便产生了接触应力,称为基底应力。由于基底应力作用于基础与地基的接触面上,故也称基底接触应力。基底应力即是计算地基中附加应力的外荷载,也是计算基础结构内力的外荷载。

基底应力的分布与基础的大小和刚度、作用于基础上的荷载大小和分布、地基土的力学性质、地基的均匀程度,以及基础的埋置深度等许多因素有关。精确地确定基底应力的数值与分布形式是很复杂的问题,这里仅对其分布规律及主要影响因素作简单的定性讨论与分析,并不考虑上部结构的影响。

1.基础刚度的影响

为了便于分析,现将各种基础按照与地基土的相对抗弯刚度(EI)分成三种类型。

(1)完全柔性基础(EI=0)

当基础上作用着如图3-4所示的均布条形荷载时,由于基础完全柔性,其抗弯刚度EI=0,就像一个放在地上的柔软橡皮板,它可以完全适应地基的变形。所以,基底应力的分布与作用在基础上的荷载分布完全一致。荷载是均布的,基底应力也将是均布的。实际工程中并没有EI=0的完全柔性的基础,常把土坝(堤)及路基等视为柔性基础。

图3-4 柔性基础的基底应力分布

图3-5  刚性基础的基底应力分布(www.xing528.com)

(2)绝对刚性基础(EI=∞)

由于基础的EI接近无穷大,在均布荷载作用下,基础只能保持平面下沉而不能弯曲。但是,对地基而言,均布的基底应力将产生不均匀沉降,使基础变形与地基变形不相适应,基础中部会与地面脱开。为了使基础与地基的变形保持同步,基底应力的分布要重新调整,使两端压力加大,中间应力减小,从而使地面均匀沉降,以适应绝对刚性基础的变形。若地基是完全弹性的,则弹性理论解的基底应力分布如图3-5中实线所示,基础边缘处的压力将为无穷大。实际上,这个值不可能超过地基土的极限强度。实际工程中的重力坝、混凝土挡土墙、大块墩柱等均可视为刚性基础。

(3)有限刚性基础

有限刚性基础是工程中最常见的基础。由于绝对刚性基础并不存在,地基也不是完全弹性体,不可能出现上述弹性理论解的基底应力分布图形。当基底两端压力足够大,超过土的极限强度后,土体会形成塑性区,基底两端处地基土承受的压力不再增大,多余应力向中间转移,并且基础不是绝对刚性的,可以稍为弯曲,因此应力重分布的结果可以成为各种更加复杂的形式。具体的压力分布形式与地基、基础的材料特性以及基础尺寸、荷载形状、大小等因素有关。

2.荷载和土性质的影响

上部荷载愈大,基础边缘处的基底应力愈大。实测资料表明,刚性基础底面上的压力分布形状大致有图3-6所示的几种情况。当上部荷载较小时,基底应力分布形状如图3-6(a)所示,接近于弹性理论解;上部荷载增大后,基底应力呈马鞍形[见图3-6(b)];上部荷载再增大时,边缘塑性破坏区逐渐扩大,所增加的上部荷载必须依靠基底中部力的增大来平衡,基底应力图形可变为抛物线型[见图3-6(c)]以至倒钟形分布[见图3-6(d)]。

图3-6 实测刚性基础底面上的压应力分布

根据实测资料可知,当刚性基础置于砂土地基表面时,四周无超载,其基底应力分布更易呈抛物线形;将刚性基础置于黏性土地基表面上时,其基底应力分布易呈马鞍形。

按照材料力学的方法,假定基底应力按直线分布,但这种简化方法用于计算基础内力会引起较大的误差,必须引起注意。

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