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壓縮模量與基床系數

發布時間:2024-03-02 22:56:18

① 土的基床系數(溫克爾系數)與壓縮模量的關系是什麼

各種土體基床系數取值
各種土體基床系數取值

基床系數: 基床反力系數(溫克爾系數) 彈性半空間地基上某點所受的法向壓力與相應位移的比值。又稱溫克爾系數
基床反力系數K應如何取值
這個應該就是文克勒在1867年提出的文克勒地基模型(彈性地基梁)中的基床反力系數吧,文克勒假設:地基上任一點所受的壓力強度p與該點的地基沉降量s成正比, p=ks ,這個比例系數k稱為基床反力系數,簡稱基床系數。
就是把地基土體劃分成許多的土柱,然後用一根獨立的彈簧來代替,k就是彈簧剛度,就如樓主所說吧。
不過基床系數的確定比較復雜,它又不是單純表徵土的力學性質的計算指標,還受基底壓力的大小和分布、壓縮性、土層厚度、鄰近荷載等等的影響。有些書推薦按基礎的預估沉降量或者載荷試驗成果來確定。
K的取值可參閱說明書中的附表,在同一類土中,相對偏硬的土取大值,偏軟的土取小值,若考慮墊層的影響K值還可取大些,當有多種土層時,應按土的變形情況取加權平均值。K值的改變對荷載均勻的基礎內力影響不大,但荷載不均勻時則會對內力產生一定的影響。應適當調整K值,選擇較理想的內力與變形的K值,並最好使垂直位移不出現負值。
【資料來源】顧曉魯等主編.地基與基礎(第三版).北京:中國建築工業出版社,2003
基床系數 κ 值 表 12-2-1
土的名稱
狀態
κ(kN/m3)
天然地基
淤泥質土、有機質土或新填土
×10^4~×10^4
軟弱粘性土
×10^4~×10^4
粘土、粉質粘土
軟塑
×10^4~×10^4
可塑
×10^4~×10^4
硬塑
×10^4~×10^4
砂土
鬆散
×104~×104
中密
×10^4~×10^4
密實
×10^4~×10^4
礫石
中密
×10^4~×10^4
黃土及黃土類粉質粘土
×10^4~×10^4
樁基
軟弱土層內摩擦樁
×10^4~×10^4
穿過軟弱土層達到密實砂層或粘性土層的樁
×10^4~×10^4
打到岩層的支承樁
800×10^4
【資料來源】中國船舶工業總公司第九設計院編寫.彈性地基梁及矩形板計算.
附錄A:基床系數的參考數值表 地基的一般特徵
土 壤 種 類
κ0值(千牛/米3)
松軟土壤
流砂
新填築的砂土濕的軟粘土
弱淤泥質土壤或有機質土壤*
981~4905
981~4905981~4905
4905~9810
中等密實土壤
粘土及亞粘土
軟塑的* 可塑的*
砂 鬆散的*
中密的* 密實的*
石土中密的 黃土及黃土性亞粘土*
9810~19620
19620~0~14715
14715~25~39240
24525~40~49050
密實土壤
緊密下卧層砂
緊密下卧層礫石碎石
礫砂硬塑土壤
49050~98100
極密實土壤
人工夯實的亞粘土
硬粘土
98100~196200
硬土壤
軟質岩石
中等風化或強風化的堅硬岩石凍土層
196200~981000
硬質岩石
完好的堅硬岩石
981000~
人工樁基*
木樁:
打至岩層的樁 穿到弱土層達到密實砂層及粘土層的樁
軟弱土層內摩擦樁鋼筋混凝土樁:
打至岩層的樁 穿過弱土層及粘土層的樁
49050~147150
9050~10~49050
49050~147150
建築材料

塊石砌體混凝土
鋼筋混凝土
3924000~4905000
4905000~484600~
7484800~
註:1.凡有*號,原文註明適用於地基面積>10平米。
2.上表系數與基礎埋置深度無關。 3.本表摘自中國船舶工業總公司第九設計院編寫的《彈性地基梁及矩形板計算》

② 結構百問13-地基基礎設計小結

1、地基基礎選型

地基與基礎既相互獨立又緊密相連。基礎放置於地基上,對地基有荷載作用,基底壓力又反作用於基礎底板。因而地基與基礎選型應結合考慮。對於上部結構較輕,地基土質較好的情況,可以直接採用天然地基上的淺基礎,包括獨立基礎、條形基礎。對於高層結構,一般使用筏板基礎和箱型基礎,再加上地基處理。超高層或者土質太差就要用到樁基了。

對於基礎選型,還有一項需要重點考慮的是費用問題。目前正在做的一個高60m,地上17層地下3層的高層項目,進行了平板筏基和梁板筏基的設計對比。考慮到梁板式筏基增加室內房心土回填一道施工工序、基坑深度增加約半米(基坑支護費用相應增加),故採用平板式筏基方案。

2、地基計算

地基設計和地上結構設計一樣,都要滿足強度、剛度和穩定性的要求。強度就是要滿足地基承載力要求,剛度是要滿足基礎沉降和傾斜的變形要求,穩定性包括抗滑移穩定性和抗浮穩定性。

當天然地基承載力不滿足基底壓力要求時,就需要進行地基處理。地基處理方法包括換填墊層法、強夯法、夯實水泥土樁法、水泥粉煤灰碎石樁法和擠密樁法等,其中CFG樁(水泥粉煤灰碎石樁)因其可對地基承載力有較大提高而且經濟性良好而得到廣泛應用。針對塔樓、純地下室等不同區域基底壓力的不同,可以調整CFG樁的面積置換率達到承載力滿足設計要求的目的。

3、基礎設計

基礎設計是個反復迭代的過程,目的是得到一個經濟合理的結果,包括基底壓力均勻,筏板厚度適宜,柱墩尺寸滿足沖切要求等。基礎設計前需要詳細閱讀地質勘察報告,明確持力層位置、土層承載力、壓縮模量和地下水位情況。

(1)筏板厚度宜變化:塔樓下部筏板厚度可大些,純地下室部分筏板可減薄,核心筒區域筏板局部加厚。

(2)柱墩尺寸增加更經濟:對於柱下沖切和柱墩沖切不滿足要求時,增大柱墩尺寸比增大一整片的筏板厚度更經濟。

(3)筏板挑出:當地下室相對於塔樓外擴面積不大時,可能出現基地壓力過大的情形。此時可以通過將筏板挑出增大基底面積來達到減小基底壓力的目的。一般挑出長度不超過跨度的1/4,同時外挑筏板需要考慮覆土荷載。

(4)倒樓蓋法與彈性地基梁法:倒樓蓋法為剛性板假定,基底反力呈直線分布,概念清晰計算簡單;彈性地基梁法為有限元演算法,結果更准確但計算較繁瑣。《建築地基基礎設計規范》8.4.14條,當地基土比較均勻,上部結構剛度較好,柱網和荷載分布均勻,且梁板式筏基梁的高跨比或平板式筏基板的厚跨比不小於1/6時,可按倒樓蓋法計算。當不滿足上述要求時,筏基內力須按彈性地基梁法進行分析計算。

(5)根據地勘報告給出的抗浮設防水位進行抗浮計算,不滿足抗浮要求時可以採取增加配重、設置抗拔錨桿、抗拔樁等措施。

4、基床系數與壓縮模量

基床系數其實是文克爾在1867年提出的文克勒地基模型(彈性地基梁)中的基床反力系數,就是把地基土體劃分成許多的土柱,然後用一根獨立的彈簧來代替,K就是彈簧剛度。其定義是從原位平板載荷試驗得到的, 即K =P /s 式中, P 為作用在荷載板上單位面積的壓力 ( MPa);s 為荷載板的下沉量 ( m) ;K 為基床系數 ( MPa/m)。

基床反力系數K是基礎設計中非常重要的一個參數,因為它的大小直接影響到地基反力的大小和基礎內力。因此,合理地確定此參數的大小就顯得至關重要。基床反力系數K值的計算方法包括靜載試驗法、按基礎平均沉降Sm反演算法、經驗值法。

土的壓縮模量相當於土層的彈模,可用來計算地基沉降。

正常的計算過程是根據上部結構和基床系數得到基底壓力,根據基底壓力和土的壓縮模量計算地基沉降。

兩者之間也有關系。

《地下鐵道、 輕軌交通岩土工程勘察規范》 給出了固結試驗模量與基床系數之間的換算關系,k≈50E。周宏磊,張在明在《基床系數的試驗方法與取值》中提出,北京地區基床系數與壓縮模量比值的平均值在5左右。

基床系數理論計算結果如果比較小,只能取經驗值,可以參照承載力的50~100倍取值;或者根據地基特性與土的種類取值;或者根據當地同位置地區的沉降經驗值估算。

5、基礎埋深

基礎埋深包含兩個概念,一是基礎的實際埋置深度,二是地基承載力深寬修正時的計算埋深,兩者不完全一致。《建築地基基礎設計規范》和《北京地區建築地基基礎勘察設計規范》均有類似規定:在確定高層建築箱形或筏形基礎埋深時,應考慮高層建築外圍裙房或純地下室對高層建築基礎側限的削弱影響,宜根據外圍裙房或純地下室基礎寬度與主樓基礎寬度之比,將裙房或純地下室的平均荷載折算為土層厚度作為基礎埋深。

6、消防車荷載

消防車荷載數值很大,設計時應考慮可能的折減。

《荷載規范》5.1.2條:「設計樓面梁時,對單向板樓蓋的次梁和槽型板的縱肋應取0.8,對單向板樓蓋的主梁應取0.6,對雙向板樓蓋的梁應取0.8;」設計牆、柱時可按實際情況考慮;設計基礎時可不考慮消防車荷載。

可見對消防車荷載折減幅度比一般活荷載大很多。而且,地震計算可不考慮消防車荷載,消防車荷載的重力荷載代表值系數可填為0,這樣可大大減少地下室的地震作用。反之,如果把消防車荷載按照一般的活荷載輸入,軟體按照默認的0.5的重力代表值系數計算,地震效應要大得多。

YJK的解決方案是把消防車荷載按照自定義荷載工況輸入,並在自定義工況的荷載類型中專門設置「消防車」荷載類型,以進行專項處理。用戶在屬性框中首先可將重力荷載代表值系數填為0,再根據情況填入次梁、主梁和柱、牆的折減系數。

軟體將自動識別主梁、次梁。對於次梁,取用次梁折減系數。對於主梁,軟體自動識別2種情況的主梁,第一種是雙向板樓蓋主梁,採用0.8的折減系數;第二是單向板樓蓋主梁,對這種布置了次梁的主梁識別為「單向板樓蓋的主梁」並取活荷載折減系數0.6。

在基礎設計時對各種自定義荷載是由用戶選擇導入的。對於消防車荷載,基礎軟體在讀取荷載時自動過濾。這樣的處理方案可以避免基礎設計時需要修改荷載重新計算的問題。

對消防車的各分項系數填1,可有效減少設計彎矩。

消防車荷載作為自定義荷載計算後,原來把消防車荷載當活荷載輸入時,相應位置應輸入一般的活荷載。消防車荷載與其他活荷載的組合關系應為「包絡」,不應「疊加」。

-2016年8月18日

③ 何謂壓縮模量與壓縮系數有何區別和聯系

物體被壓縮時應力與應變的比值叫壓縮模量,壓縮模量為物體整體的平均壓縮系數

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