理解弹性地基梁

发布于：2015-05-14 09:10:14 来自：建筑结构/地基基础 [复制转发]

上部结构、基础与地基

目前建筑结构设计的通用方法是上部结构、基础和地基分离式设计。上部结构计算时，柱底假定为完全固定，不考虑基础自身的刚度和变形；基础设计时，将上部结构计算得到的柱底反力反向施加到基础构件上，与基础构件直接接触的地基一般假定为反力与沉降成正比，基础刚度很大时，可以认为地基反力沿基础构件成直线分布。
这里要明确的是，上部结构、基础和地基三者不是独立的，它们是相互作用的，在上部荷载作用下三者要满足力的平衡和变形的协调。因此，通常的设计方法仅是一种工程意义上的简化（通过分离式设计，结构工程师可以更专注于上部结构的设计，而岩土工程师可以更专注于地基和基础的设计，通常这种设计也是安全的），而更精确的分析则需要进行上部结构与地基基础共同分析。

地基模型的三种类型

地基模型的处理直接影响到地基反力和沉降的计算结果，经典的地基模型有如下三种：

反力直线分布假定:这是最古老也是最常见的地基模型假定，认为地基反力沿基础始终为直线分布。其实际意义在于，认为基础梁绝对刚性，没有弹性变形，只产生刚体移动和转动；另一方面，假定任一点的地基反力p与该点地基沉降y成正比（这一点就是下面的温克尔假定）。
温克尔假定（局部弹性地基模型）:这个模型由德国人温克尔于1867年前后提出，他认为地基表面任一点的沉降与该点单位面积上所受的压力成正比，实际上是把地基模拟为刚性底座上的一系列弹簧（如下图）。当地基表面受压力p时，由于弹簧是彼此独立的，故只在访点局部产生沉降y，因此叫局部弹性地基模型。
半无限体弹性地基模型*:在温克尔假定的基础上，为了考虑地基的连续性，提出了此模型。把地基看作一个均质、弹性、连续的半无限体（所谓半无限体是指占据整个空间下半部的物体，即上表面是一个平面，并向四周向下方无限延伸的物体）。

可以看出，反力直线分布假定是温克尔假定的一个特例，当基础梁刚度无限大时，温克尔假定即成了反力直线分布假定；温克尔假定的缺点是没有考虑地基的变形连续性，当地基表面某一点承受压力时，实际上不只该点产生沉降，而且也在临近区域产生沉陷，而半无限体弹性地基模型则弥补了这一缺点；半无限体弹性地基模型也不是完美的，它没有反映土的非弹性性质，均质假设没有反映土的不均匀性，半无限体假定没有反映土的分层特点等。

弹性地基梁原理

那么经常所说的“弹性地基梁”就好理解了。这里的弹性有不仅指地基是弹性的，而且地基梁也是弹性的，即要同时考虑基础和地基的刚度。中国建筑科学研究院的JCCAD软件在计算弹性地基梁的时候，已经可以同时考虑上部结构刚度的凝聚，这样即实现了上部结构、地基和基础的共同作用分析。

弹性地基梁地基梁