变刚度调平设计方法在机床基础设计中的应用

高 焕， 高 文, 高合作

(1. 四川建筑职业技术学院, 四川德阳 618000； 2.四川工业科技大学, 四川罗江 618500; 3. 四川国重建筑设计有限公司, 四川德阳 618000)

变刚度调平设计方法在机床基础设计中的应用

高 焕1， 高 文2, 高合作3

(1. 四川建筑职业技术学院, 四川德阳 618000； 2.四川工业科技大学, 四川罗江 618500; 3. 四川国重建筑设计有限公司, 四川德阳 618000)

文章根据机床基础受力不均和基础反力不均的特点，应用“变刚度调平设计方法”，将地基刚度和基础的厚度，在集中力作用处加大，在无集中力作用处减小，使基础沿长度设计成变刚度，就可减少重型机床基础工程量，方法简单易行。

变刚度； 调平设计； 变刚度调平设计

1 设计方法简述

“变刚度调平设计” 的概念和方法是在桩基设计应用中发展起来的，是国家行业标准[1]中肯定的方法，对于解决高层建筑基础的沉降不均和减少浪费方面，起了很重要的作用。

在重型金属切削机床基础设计中，我们拟根据机床基础受力不均时，基础的反力也不均的特点，应用“变刚度调平设计方法”的概念，对地基刚度和基础的厚度，在集中力作用处加大，在无集中力作用处减小，使基础沿长度设计成为变刚度，既可以满足机床基础的变形要求，也可减少基础工程量。

2 实例

2.1 实例一

设地基梁1.0 m宽×2.0 m厚×28.0 m长,, 断面惯性矩0.667 m4, 梁的弹性模量E=2.1×107kN/m2, 天然地基基床系数K=1×103kN/m3，粱的计算简图见图1。

解： 拟采设计成两个解决方案,用差分法解。

方案一: 天然地基方案。

地基基床系数K=1×103kN/m3, 粱的计算简图见图1。

图1 实例一地基梁的计算简图(单位:m)

方案二：变地基刚度方案。

设第一段、四段、五段的地基基床系数为1×103kN/m3， 第二段、第三段经人工处理后的地基基床系数为K=4×104kN/m3，荷载与计算简图见图2。

图2 荷载与计算简图

两方案计算结果对比见表1。

表1 两方案计算结果对比

2.2 实例二

梁的断面15.0 m宽×3.39 m厚×30.0 m长。混凝土C35: 弹性模量E=3.15×107kN/m2，梁的惯性矩=48.7 m4，梁的计算简图见图3。

图3 实例二地基梁的计算简图(单位:m)

解一：天然地基方案。

天然地基基床系数K1=4.5×104kN/m3，

解二：全处理地基方案。

假设一根桩占面积1.75 m×1.75 m，下卧层厚2.5 m。

加荷载2 000 kN时下沉5 mm。地基处理后的基床系数K2=1.306×105KN/m3。

解三： 地基变刚度方案。

设第一段、第二段、第三段为天然地基，K1=4.5×104kN/m3，第四、第五段，K2=1.306×105kN/m3，各方案计算结果对比见表2。

3 结束语

(1)在重型金属切削机床基础设计中，如果采用变刚度调平设计方法，可使基础的变形既满足机床加工精度需要，又达到节约投资的效果。

表2 实例二各方案计算结果对比

(2)本文在地基梁的内力与变形计算中都是采用的有限差法。方法简单，可以直接求出地基梁的变形，对于机床基础设计是非常方便的。对于变断面地基梁的内力与变形计算，应用热莫其金教授的“链杆法”和蔡四维教授的“弹性地基梁解法”也是很方便的。

如果应用本文提供的方法，作出变刚度地基和变刚度基础厚度，再应用现行的计算软件，进行基础内力和变形计算，也是很方便的。

[1] JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2008.

[2] 徐芝纶.结构力学补充教材(第二种)[M].北京：人民教育出版社, 1961.

[3] 潘家铮. 弹性地基上梁和框架[M].上海：上海科学技术出版社, 1960.

[4] 蔡四维.弹性地基梁解法[M]. 上海：上海科学技术出版社, 1962.

[5] 葛尔布诺夫·伯沙道夫. 弹性地基上结构物的计算[M]. 华东工业建筑设计院, 译. 北京： 建筑工业出版社, 1957.

高焕(1963～)，女，副教授，研究方向为机电一体化；高文(1967～)，男，高级工程师，研究方向为机械制造工艺；高合作 (1933～)，男，教授级高级工程师，国家一级注册结构工程师。

TU318.1

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[定稿日期]2016-09-28