连接上部结构与弹性地基的梁。基础梁的作用是将上部结构比较集中的荷载较均匀地分布到地基上,以减小地基压力的集度,保证结构和地基的稳定和安全。 基础梁的内力分析是一个重要而又复杂的问题。为了正确合理地分析地基与梁之间的相互作用,选择符合实际情况的地基模型和有效的计算方法是十分重要的。 地基模型关于地基模型,已提出了多种假设。主要有文克勒地基、半无限大弹性地基和中厚度地基等。 (1)文克勒地基。1867年捷克文克勒(E.Winkler)假设地基单位面积上所受的压力与地基沉降成正比。这个假定实际上是用刚性底座上一系列互相独立的弹簧来模拟地基。按此假定,沉降只发生在地基的受压部分。实际上,沉降也发生在受压范围以外。 (2)半无限大弹性地基。1922年,苏联Г.Э.普罗克托尔假定地基为半无限大理想弹性体,采用弹性力学中半无限大弹性体的位移公式来计算地基的沉降量。现场试验表明,土是颗粒的集合体,几乎不能承受拉应力,过分加载后将产生流动而进入塑性状态。因此,必须在土中没有拉应力产生、塑性状态只限于极小区域时,才能看作弹性连续体。 (3)中厚度地基。假设地基为有限深弹性层,弹性层与刚性下卧层之间光滑接触或完全黏合,采用弹性层的位移公式计算地基沉降。此假设由中国徐芝纶和苏联扎马林(И.К.Замарин)于20世纪60年代初分别提出。 除上述假设外,有时还采用双参数地基、成层地基、折线地基、非弹性地基和各向异性地基假设等。 文克勒地基适用于计算极薄土层上的弹性基础梁,半无限大弹性地基适用于计算整岩地基或很厚土层上的基础梁,中厚度地基适用于计算中厚度土层上的基础梁。引用参数H/l(其中l为梁半长,H为土层厚度),当H/l≤0.25时,可按文克勒地基计算;当0.25≤H/l≤4.0时,宜按中厚度地基计算;当H/l≥4.0时,可按半无限大弹性地基计算。 基本方程按照不同的计算假设,可以建立起相应的基础梁的求解方程。 (1)文克勒地基上基础梁的方程为

式中,w为梁的挠度;q为作用在梁上的荷载;E为梁的弹性模量;EJ为梁的弯曲刚度;h为梁的高度;b为梁的宽度;k为地基沉降系数(或称为基床系数)。 (2)半无限大弹性地基和中厚度地基上基础梁的方程是下列一组微分—积分方程。

式中,ηkp为地基沉降函数;l为梁半长。 上述方程中,式(2)为梁的平衡方程;式(3)为梁与地基的连续方程;式(4)为地基沉降方程。 求解方法有解析法和数值解法两类。 (1)解析法。主要有初参数法、幂级数法、复变函数保角变换法、积分变换法等。初参数法由苏联克雷洛夫(А.Н.Крылов)于1931年提出,是计算文克勒地基上梁的精确方法。幂级数法由苏联戈尔布诺夫—波萨多夫(М.И.ГорбуновПосадов)于1939年提出,主要用于半无限大平面或空间地基上的梁,是一种近似解法。复变函数保角变换法是求解折线边界(考虑地基开挖)上梁的一种有效解法。积分变换法是计算无限长梁或半无限长梁的主要方法。以上各种方法主要用于常截面的梁。 (2)数值解法。主要有连杆法、差分法、变分法、有限单元法等。连杆法由苏联热莫奇金(Б.М.Жемочкин)于1947年提出。该法把基础梁与地基之间的连续接触变换为连杆联系,然后用结构力学中的力法、位移法或混合法进行计算,原理简单,易于掌握,应用广泛,可适用于各种地基、变截面梁等。差分法可取地基反力和挠度作为未知数,也可仅以挠度作未知数,也是一种常用的方法。 在不易预先求得地基沉降量的情况下,例如非匀质地基、深度变化的中厚度地基以及其他复杂地基等问题,还在进一步研究之中。 基础梁除受梁上荷载作用外,有时还要考虑温度变化、边荷载等因素的影响。
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