基础沉降分析及函数模拟.pdfVIP

第十届全国现代结构工程学术研讨会 基础沉降分析及函数模拟 罗国权 宝山钢铁股份有限公司，上海20043I 提要：建筑物基础沉降是贯穿建筑全寿命周期内的现象，研究模拟其发展规律与趋势将有利于高效地维护建筑。对建筑物 基础沉降的原因及特性进行了分析，将沉降量与时间的关系曲线划分为四种类型，通过选择多种数学函数来描述建 筑物沉降量与时间的关系，对沉降过程进行函数模拟，并对最终获得的拟合曲线进行【旦l归分析。 关键词：基础沉降，s—-T曲线，数学模拟， ．▲』一—J‘ 一、刖舌 一般来讲，一幢建筑单体终其一生可以分为三个阶段，建造阶段、正常使用阶段、劣化 阶段ll】。在这三个阶段中，地基沉降问题始终都是存在的，其原因是复杂多样的，但最主要 还是因为在建筑物的建造过程中，基坑开挖、井点降水等施工必然造成地基土体扰动，土体 原有的应力状态发生改变，从而导致地基变形。建筑基础随着土体本身的压缩性而产生沉降 ，从而影响上部结构的功能或者安全性12J。为此，研究基础沉降，寻找沉降与时间之间的函 数关系，较精确地了解其发展趋势，对于保证结构安全及建筑物的正常使用功能、以便进行 经济高效的维护是非常有意义的。 二、沉降特性分析 一 沉降的主要原因 建筑物沉降的根本原因在于地基土被扰动后的应力变化及土体压缩。在没有外力干扰的情况下，土体 本身是平衡的、相对稳定的，但是在建造过程中，土体环境发生了巨大变化：土体中空气、水分、固态颗 粒之间均发生了变化，上部荷载也发生了变化，进而导致地基土中应力状态发生变化，这种变化使得土体 被压缩。土体被压缩过程持续的时间长短取决于荷载、地质状况、水文条件等多种因素，一般来讲，这种 压缩并不能在短期内完成，在大多数情况下，土体上部建筑物荷载的长期持续存在，这种土体被压缩的过 程可能会延续几十年，最短的也需要几年的时间，然后，改变后的土体获得一个新的平衡状态，沉降才逐 渐停止或趋于稳定。所谓的沉降趋于稳定是指建筑基础的沉降速度和沉降量、沉降差 一定意义上可以决 定建筑的倾斜程度、是否开裂等 保持在一个合理的、可控制的范围内，相关规范已经对这些指标进行了 明确‘3·51。 二 沉降特性 建筑物的沉降过程，一般采用建筑物沉降量与时间的关系曲线来表达，称之为s—．T曲线。在归纳分 析大量S—-T曲线后，可以发现，建筑物的沉降基本可分为以下几种类型： 1 收敛：如图l所示，这是一种比较典型的S—T曲线。正常情况下，建筑物沉降在初期大量发生，， 持续一段时间后沉降量逐步减少，最终趋于稳定。 2 稳定 基本无沉降 ：如图2所示，这种S—T曲线比较少见。当建筑物体量非常小、对土体基 本无扰动或基础设计非常稳定的情况下，建筑物基本不发生沉降；或者建筑物地基处理非常到位，当初期 1642 工业建筑2010增刊 第十届全阔现代结构工程学术研讨会 大量沉降发生后，短期内即趋于稳定，基本不再发生沉降。 3 匀速 不收敛 ：如图3所示，这是一种不收敛的S—-T曲线。当地基状况比较差的时候，建筑 物的沉降可以在相当长的时问内一直比较匀速地发生，接近于直线，没有稳定的趋势。 4 加速 不收敛 ：如图4所示，这也是一种不收敛的S—T曲线。随着时间的推移，建筑物的沉 降速度越来越快，没有稳定的趋势。’ 沉降曲线s—T圈 图1收敛S_T曲线 图2无沉降S—T曲线 沉衅曲线S-T圈 沉降曲线S-T圈 图3匀速S--T曲线 图4加速卜T曲线 三、数学模型选择 一 沉降监控分析方法 目前，在建筑物的沉降监控中，一般通过定期对目标进行观测得到沉降量，然后通过分析沉降量和沉 降速度与国家规范之间的比值，来判断建筑物地基沉降是否稳定、是否需要进行处理。这种方法存