弹性地基梁式基础的一种修正分析法及分层地基有限单元法分析研究

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近些年来,随着铁道工程建设、民用和工业建筑的发展,对弹性地基梁式基础的分析更具深入。地基上梁式基础系经典课题,然而由于地基情况的复杂性以及建筑结构和荷载多样性,陆续有新的地基模型、分析方法和计算手段出现,该课题至今仍在发展之中。由于考虑地基土所有的特征来分析地基模型相互作用问题是有困难的,地基模型经历了从Winkler模型、弹性连续介质模型、双参数地基模型等由粗略到精细的发展过程,相应的计算方法也变得多式多样,解析法、能量变分法、数值分析方法等应用到分析地基模型之中。事实上,随着对工程计算精度要求越来越高,弹性地基梁式基础的理论分析和计算方法作为建筑工程上的一个重要课题,仍需要进一步完善解决。因此基于目前弹性地基梁式基础的理论研究成果和工程应用现状,本文提出了弹性地基上梁式基础的一种修正分析方法,主要理论分析和成果如下:首先,系统总结和分析弹性地基梁式基础的计算模型和常见的分析方法,并对弹性地基梁的国内外发展现状进行归纳概述,探讨了弹性地基梁计算模型的作用机理及其优劣势。其次,采用变分法,提出了弹性地基上梁式基础的一种修正分析方法。本文的主要创新点是,对弹性模量随深度呈指数变化的修正Vlasov双参数地基上的梁式基础进行解析分析。本文基于最小势能原理,建立梁和地基的弯曲应变能和形变势能的微分方程,结合地基和梁的位移在接触面满足变形协调的条件,求得梁的竖向位移表达式以及梁的内力,并得到与地基弹性模量相关的参数。分析各个参数间的相互影响,并且将计算结果与常弹性模量的Vlasov双参数地基上的梁式基础及数值分析结果进行对比分析。最后,采用有限单元法,考虑地基土分层的特点,对弹性模量随深度呈指数变化的修正Vlasov双参数地基进行分层划分,采用分层总和法计算分层地基上的梁式基础。根据梁节点处地基土的竖向变形形成地基的刚度矩阵,结合梁节点处的变形协调条件和力的平衡条件,形成体系总刚度矩阵。进而依据梁式基础上的荷载情况求解梁的内力及竖向位移。最后将分层地基求解结果与本文的梁式基础修正分析方法进行对比。
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