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弹性地基上的框架结构计算初探 唐金忠, 印超, 杨波 上海联合道桥水务设计有限公司，上海（200333 ） E-mail:163.com 摘 要：弹性地基上的框架结构计算有多种方法，但是地基模型中的计算参数都不易确定， 且计算繁琐；而对处理后的地基，计算又存在着较大的难度。本文根据地基、基础的受力和 变形特点，简化地基为一个个的弹簧支座，将弹性地基上的框架转化为有限个弹簧支座的框 架，再对其进行结构计算，方法简单，能满足工程设计的需要。 关键词：水工结构；框架计算；弹簧支座；模型；泵闸 中图分类号：TV 文献标识码：A 弹性地基上的框架是一种常用的计算简图，如泵站的进、出水流道段、涵洞、船闸和涵 洞式、双层式水闸等，都可简化为弹性地基上的平面框架，这也是现行泵站、水闸等设计规 范中推荐采用的计算模型。 在水工结构中，一般结构实际上都是空间结构，各部分相互连接成一个空间整体，以承 受各个方向可能出现的荷载；但在多数情况下，常可以忽略一些次要的空间约束，将实际结 构简化为平面结构，选择一个恰当的计算简图，使计算得以简化，再对所选的计算简图进行 受力分析。对泵站和水闸的主要结构简化为弹性地基上的框架，也就是对弹性地基上的框架 如何进行分析计算。 弹性地基上的框架结构计算方法有“常规法”、“链杆法”、 “逐次渐进法”[1]等多种方法， 但大多数计算方法均涉及到地基模型的假定问题，不同的计算模型就有不同的计算结果。而 常用的文克尔地基模型和有限深地基模型，其基床系数、地基变形模量等都不易确定，而且 计算繁琐；特别是对复合地基和桩基，其计算参数的确定又都存在着较大的难度。因此，本 文拟对弹性地基上的框架结构计算的方法进行探讨，根据工程实践，提出了能满足工程设计 的需要、方便实用的弹性地基上的框架结构计算方法。该方法将地基简化为有限个弹簧，根 据基底附加应力和沉降，计算出弹簧支座的刚度，从而将弹性地基上的框架简化为有限个主 题:弹簧支座的框架，再对其进行结构力学计算，求其内力和变形。 1. 计算思路 弹性地基上的框架不同于普通框架，普通框架是有限次的超静定结构，支座通常看作刚 性支座，即略去地基的变形。弹性地基上的框架是搁置在弹性地基上，基础与地基是共同变 形的，所以必须考虑地基的变形；基础与地基连续接触，具有无穷多个支座和无穷多个未知 反力，是无穷多次超静定结构。 弹性地基上的框架计算模型中，基础起着承上启下的作用，把上部结构的荷载传给地基。 框架是搁置在地基上，其上作用有荷载，基础在荷载作用下与地基一起产生沉陷，因而基础 与地基表面存在相互作用反力。力的大小和分布情况，取决于基础的变位结果，沉降越大， 反力也越大，这种作用类似于弹簧，所以本文采用弹簧支座模拟地基对基础的约束。地基那 一点的位移越大，该点处弹簧支座压缩量就越大，相应土体对基础的弹性抗力强度值也就越 大，这种关系，符合地基、基础接触面上的变形协调和静力平衡条件。这样，有限个弹簧支 座的框架，也就类似于搁置在弹性地基上的框架。 弹簧支座是介于固定约束和自由状态间的支座情况，支座可以变形，可以提供的反力与 - 1 - 位移的比值保持不变，此比值称为弹性支座的刚度。因此计算中关键问题是如何确定地基反 力与地基沉降之间的关系。也就是说，采用不同的弹性支座的刚度，就可反映不同的地基。 而不同的地基所表现出来的是地基的沉降量不同，文克尔地基可压缩土层薄，地基变形小； 半无限深地基，可压缩土层厚，地基变形大。这样，地基简化为一个个弹簧支座后，在结构 计算中就只需计算弹性支座的刚度，可以不考虑地基模型。 从大量的试验结果可知，天然地基、复合地基和桩基在承受的荷载小于等于设计荷载时， [2、3] 其静载荷试验的 p~s 曲线基本上表现为线性 ，而将地基简化为一个个弹簧，