本發(fā)明涉及一種水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是涉及一種模擬彈性地基受力情況的彈簧支座剛度的確定方法。

背景技術(shù)：

彈性地基上的框架是一種常用的計(jì)算模型，如泵站的進(jìn)出水流道段、涵洞、船閘和涵洞式、雙層式水閘等，都可以簡化為彈性地基上的平面框架，這也是現(xiàn)行泵站、水閘等設(shè)計(jì)規(guī)范中推薦采用的計(jì)算模型。例如，肘型進(jìn)水流道、直管式出水流道的泵房結(jié)構(gòu)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析時(shí)，其進(jìn)水段、出水段都可視為一個(gè)空間的箱型結(jié)構(gòu)，因?yàn)楸梅康装宓膭偠缺榷諌Φ膭偠却蟮枚?，故可以認(rèn)為墩墻與底板固接，空間的箱型結(jié)構(gòu)按平面框架結(jié)構(gòu)，底板為彈性地基梁，因此，其計(jì)算簡圖就是彈性地基上的框架。

在水工結(jié)構(gòu)中，一般結(jié)構(gòu)實(shí)際上都是空間結(jié)構(gòu)，各部分相互連接成一個(gè)空間整體，以承受各個(gè)方向可能出現(xiàn)的荷載；但在多數(shù)情況下，通?？梢院雎砸恍┐我目臻g約束，將實(shí)際空間結(jié)構(gòu)簡化為平面結(jié)構(gòu)，同時(shí)選擇一個(gè)恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡圖，使計(jì)算得以簡化，再對(duì)所選的計(jì)算簡圖進(jìn)行受力分析。將泵站和水閘中的主要結(jié)構(gòu)簡化為彈性地基上的框架，隨后就是對(duì)彈性地基上的框架如何進(jìn)行分析計(jì)算。

目前，彈性地基上的框架結(jié)構(gòu)計(jì)算方法主要有“常規(guī)法”、“鏈桿法”和“逐次漸進(jìn)法”等。工程設(shè)計(jì)表明，這3種計(jì)算方法，都難以真正反映彈性地基上的框架結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況，且計(jì)算量大、繁瑣，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際受力情況相差較大，究其原因，主要是計(jì)算模型不符合結(jié)構(gòu)的受力情況。要解決這些問題，需要在計(jì)算模型上進(jìn)行創(chuàng)新，為該類工程設(shè)計(jì)提供計(jì)算方便、計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際受力情況的計(jì)算模型；因此，需要專門針對(duì)彈性地基上的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，提出簡便而有實(shí)用價(jià)值的彈性地基上的框架結(jié)構(gòu)計(jì)算方法是很有必要的。

從工程實(shí)踐中，提出新的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，倡導(dǎo)科技創(chuàng)新、促進(jìn)科技進(jìn)步，密切結(jié)合水利工程是科技創(chuàng)新的生命力之所在。時(shí)代在發(fā)展，水工結(jié)構(gòu)計(jì)算也需要在理論和方法上不斷豐富、深化和創(chuàng)新，探索新方法、新技術(shù)，使結(jié)構(gòu)計(jì)算的內(nèi)涵不斷豐富，使結(jié)構(gòu)計(jì)算模型更符合結(jié)構(gòu)的受力情況，更加直觀和方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種模擬彈性地基受力情況的彈簧支座剛度的確定方法，有效解決了該類結(jié)構(gòu)的計(jì)算難題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種模擬彈性地基受力情況的彈簧支座剛度的確定方法，所述彈性地基上設(shè)有基礎(chǔ)，所述基礎(chǔ)上方設(shè)有框架結(jié)構(gòu)，包括如下步驟：S1、將彈性地基采用彈簧支座模擬代替，所述彈簧支座設(shè)有多個(gè)，均勻分布在所述基礎(chǔ)下方，每個(gè)彈簧支座均由彈簧構(gòu)成；S2、將基礎(chǔ)按等間距劃分節(jié)點(diǎn)，根據(jù)基礎(chǔ)的不同部位結(jié)構(gòu)和受力情況采用不同大小的節(jié)距，將每個(gè)節(jié)距和相應(yīng)的彈簧確定為一個(gè)單元；S3、確定每個(gè)單元彈簧的沉降值和彈簧頂部荷載；S4、確定彈簧支座的剛度，k＝p/s，k表示彈簧支座的剛度，p表示彈簧支座頂部荷載，s表示彈簧支座的沉降值。

優(yōu)選地，所述彈性地基為土體時(shí)，步驟S4中，確定基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，p₀＝p-p_c＝p-γ₀d，式中p₀為基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，p為基礎(chǔ)底部的應(yīng)力，p_c為基礎(chǔ)底部土的自重壓力，γ₀為基礎(chǔ)底面以上天然土層的加權(quán)平均重度，d為基礎(chǔ)埋深；確定作用于彈簧支座上的平均反力，式中為作用于彈簧支座上的平均反力，p₀為基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，A_i為彈簧支座的計(jì)算面積；確定土體彈簧支座的剛度，式中k為彈簧支座的剛度，為作用于彈簧支座上的平均反力，s_i為i節(jié)點(diǎn)處彈簧的沉降值。

優(yōu)選地，所述彈性地基為復(fù)合地基時(shí)，包括復(fù)合加固區(qū)和加固區(qū)下方的下臥層，步驟S4中，確定復(fù)合地基彈簧的沉降值，s_i＝s₁+s₂，式中s_i為i節(jié)點(diǎn)處彈簧的沉降值，s₁為復(fù)合加固區(qū)彈簧的沉降值，s₂為下臥層區(qū)域彈簧的沉降值；確定基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，p₀＝p-p_c＝p-γ₀d，式中p₀為基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，p為基礎(chǔ)底部的應(yīng)力，p_c為基礎(chǔ)底部土的自重壓力，γ₀為基礎(chǔ)底面以上天然土層的加權(quán)平均重度，d為基礎(chǔ)埋深；確定作用于彈簧支座上的平均反力，式中為作用于彈簧支座上的平均反力，p₀為基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，A_i為彈簧支座的計(jì)算面積；確定復(fù)合地基彈簧支座的剛度，式中k為彈簧支座的剛度，為作用于彈簧支座上的平均反力，s_i為i節(jié)點(diǎn)處彈簧的沉降值。

優(yōu)選地，所述彈性地基為樁基時(shí)，步驟S4中，確定樁基的彈簧剛度，k_pi＝Q_di/s_i，式中k_pi為i節(jié)點(diǎn)處樁的彈簧剛度值，Q_di為i節(jié)點(diǎn)處樁頂豎向力設(shè)計(jì)值，s_i為i節(jié)點(diǎn)處彈簧的沉降值。

優(yōu)選地，所述彈性地基為樁間土基時(shí)，步驟S4中，確定樁間土基的彈簧反力，p_s＝p₀×15％×A_i，式中p_s為土彈簧的反力，p₀為基礎(chǔ)底處的附加應(yīng)力，A_i為彈簧支座的計(jì)算面積；確定樁間土基的彈簧剛度，k_s＝p_s/s，k_s為彈簧的剛度值，p_s為彈簧的反力，s表示基礎(chǔ)中心處的沉降量

如上所述，本發(fā)明涉及的模擬彈性地基受力情況的彈簧支座剛度的確定方法，具有以下有益效果：采用彈簧支座模擬彈性地基對(duì)基礎(chǔ)的約束，有效解決了該類結(jié)構(gòu)的計(jì)算難題，在工程應(yīng)用上，為水工基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)的合理性，提供了一種科學(xué)的分析手段，將傳統(tǒng)的彈性地基計(jì)算轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算，概念清楚，方法簡單。

附圖說明

圖1表示某泵閘進(jìn)水流道段計(jì)算單元結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖2表示彈簧節(jié)點(diǎn)中，彈簧剛度與荷載、沉降的關(guān)系。

圖3表示圖1設(shè)置彈簧后的計(jì)算簡圖。

附圖標(biāo)記

進(jìn)水流道 1

泵 2

閘 3

彈簧 4

具體實(shí)施方式

以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。

須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

本發(fā)明提供一種模擬彈性地基受力情況的彈簧支座剛度的確定方法，彈性地基上一般設(shè)有基礎(chǔ)，基礎(chǔ)上方設(shè)有框架結(jié)構(gòu)，彈性地基上的框架結(jié)構(gòu)不同于普通框架，普通框架是有限次的超靜定結(jié)構(gòu)，支座通?？醋鲃傂灾ё绰匀サ鼗淖冃?。彈性地基上的框架是擱置在彈性地基上，基礎(chǔ)與地基是共同變形的，有變形結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，所以必須考慮地基的變形?；A(chǔ)與地基連續(xù)接觸，具有無窮多個(gè)支座和無窮多個(gè)未知反力，是無窮多次超靜定結(jié)構(gòu)。

彈性地基上的框架計(jì)算模型中，基礎(chǔ)起著承上啟下的作用，把上部結(jié)構(gòu)的荷載傳給地基?？蚣苁菙R置在地基上，其上作用有荷載，基礎(chǔ)在荷載作用下與地基一起產(chǎn)生沉降，因而基礎(chǔ)與地基表面存在相互作用反力。力的大小和分布情況，取決于基礎(chǔ)的變位結(jié)果，沉降越大，反力也越大，這種作用類似于彈簧，因此，可以采用彈簧支座模擬地基對(duì)基礎(chǔ)的約束。地基位移越大的點(diǎn)，彈簧支座壓縮量就越大，相應(yīng)土體或樁對(duì)基礎(chǔ)的彈性抗力強(qiáng)度值也就越大，這種關(guān)系，符合地基、基礎(chǔ)接觸面上的變形協(xié)調(diào)和靜力平衡條件。如此，有限個(gè)彈簧支座的框架，也就類似于擱置在彈性地基上的框架。

彈簧支座是介于固定約束和自由狀態(tài)間的支座情況，其支座可以變形，可以提供的反力與位移的比值保持不變，此比值稱為彈性支座的剛度。因此，關(guān)鍵問題在于如何確定地基反力與地基沉降之間的關(guān)系。也就是說，采用不同的彈性支座的剛度，就可反映不同的地基。在相同的條件下，不同的地基所表現(xiàn)出來的是地基的沉降量不同，文克爾地基可壓縮土層薄，地基變形??；半無限深地基，可壓縮土層厚，地基變形大。這樣，地基簡化為一個(gè)個(gè)彈簧支座后，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中就只需計(jì)算彈性支座的剛度，可以不考慮地基模型。

天然地基、復(fù)合地基和樁基在承受的荷載不大于設(shè)計(jì)荷載時(shí)，其靜荷載試驗(yàn)的p～s曲線基本上表現(xiàn)為線性，根據(jù)這一特性，將地基簡化為一個(gè)個(gè)彈簧，則每個(gè)彈簧的剛度是個(gè)常數(shù)。

據(jù)此，可以從結(jié)構(gòu)的力和變形入手，根據(jù)基底附加應(yīng)力和沉降，計(jì)算彈簧支座的剛度，從而將彈性地基上的框架簡化為有限個(gè)彈簧支座的框架；再利用力法、位移法或有限元方法編程求解。把框架結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基作整體計(jì)算，求出各桿件的彎矩、剪力、軸力、地基反力和變形。將彈性地基上的框架作整體計(jì)算，這樣可以較好地考慮框架結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基的共同作用，計(jì)算結(jié)果更加合理，更加接近于工程實(shí)際。

對(duì)上述采用彈簧支座模擬的框架，可采用有限元分析方法計(jì)算內(nèi)力和位移，可編制程序進(jìn)行計(jì)算。其基本原理是把每個(gè)桿件取作一個(gè)單元，然后再將這些單元按一定的條件集合成整體，其總剛度矩陣由單元?jiǎng)偠染仃嚱M裝而成。對(duì)一給定結(jié)構(gòu)體系，施加相應(yīng)的約束邊界條件后的有限元方程為：[K]{α}＝{P}，式中：[K]為總剛度矩陣；{α}為總結(jié)點(diǎn)位移矩陣；{P}為總結(jié)點(diǎn)力矩陣。

彈簧支座剛度為彈簧產(chǎn)生單位變位所需的力，彈簧剛度k可以表示成彈簧頂部荷載p和彈簧的壓縮(沉降)s的比值。根據(jù)在小于等于設(shè)計(jì)荷載的情況下，地基p～s曲線基本上表現(xiàn)為線性這一特征，因此，可以采用地基附加應(yīng)力和沉降作為計(jì)算要素，轉(zhuǎn)換后計(jì)算彈簧支座的剛度。

彈簧支座的剛度為彈簧產(chǎn)生單位變位所需的力，彈簧剛度k可以表示成彈簧頂荷載p和彈簧的壓縮/沉降s的比值。根據(jù)在小于等于設(shè)計(jì)荷載的情況下，地基p～s曲線基本上表現(xiàn)為線性這一特征，這里以地基附加應(yīng)力和沉降為計(jì)算要素，來求彈簧支座的剛度?；A(chǔ)設(shè)計(jì)必須滿足兩方面要求：一方面，基礎(chǔ)底部壓力不得超過地基設(shè)計(jì)承載力；另一方面，基礎(chǔ)的總沉降量和沉降差異應(yīng)在允許范圍內(nèi)。目前，這兩項(xiàng)計(jì)算都比較成熟，有現(xiàn)成的規(guī)范可用。因此，利用這兩項(xiàng)計(jì)算成果，先進(jìn)行彈性地基上框架計(jì)算模型的轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移計(jì)算。

本發(fā)明包括如下步驟：

S1、將彈性地基采用彈簧支座模擬代替，所述彈簧支座設(shè)有多個(gè)，均勻分布在所述基礎(chǔ)下方，每個(gè)彈簧支座均由彈簧構(gòu)成；

S2、將基礎(chǔ)按等間距劃分節(jié)點(diǎn)，節(jié)距大小取決于計(jì)算精度要求，劃分時(shí)，根據(jù)基礎(chǔ)的不同部位結(jié)構(gòu)和受力情況采用不同大小的節(jié)距，將每個(gè)節(jié)距和相應(yīng)的彈簧確定為一個(gè)單元，對(duì)應(yīng)力、位移情況需要了解得比較詳細(xì)的部位，以及應(yīng)力及位移變化得比較劇烈的部位，節(jié)距宜小一些；對(duì)次要部位，節(jié)距可以大一些。一般一個(gè)計(jì)算斷面，地基基礎(chǔ)宜設(shè)置不少于10個(gè)彈簧支座，其計(jì)算精度就足以滿足工程設(shè)計(jì)的要求；

S3、確定每個(gè)單元彈簧的沉降值和彈簧頂部荷載；

S4、確定彈簧支座的剛度，k＝p/s，k表示彈簧支座的剛度，p表示彈簧支座頂部荷載，s表示彈簧支座的沉降值(參見圖2)。

彈性地基的種類通常有天然地基、復(fù)合地基和樁基。

優(yōu)選地，當(dāng)彈性地基為天然地基時(shí)，對(duì)于天然地基上的基礎(chǔ)，由于建筑物的荷載在土中產(chǎn)生附加應(yīng)力，使地基產(chǎn)生新的變形，從而使建筑物發(fā)生沉降。基礎(chǔ)無埋深時(shí)，接觸壓力就等于基礎(chǔ)底處的附加應(yīng)力；基礎(chǔ)埋于地面以下d深度時(shí)，因此，在步驟S4中，應(yīng)先確定基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，p₀＝p-p_c＝p-γ₀d，式中p₀為基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，kPa；p為基礎(chǔ)底部的應(yīng)力，kPa；p_c為基礎(chǔ)底部土的自重壓力，kPa；γ₀為基礎(chǔ)底面以上天然土層的加權(quán)平均重度，kN/m³；d為基礎(chǔ)埋深，m；根據(jù)基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力確定作用于彈簧支座上的平均反力，式中為作用于彈簧支座上的平均反力，kN；p₀為基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，kPa；A_i為彈簧支座的計(jì)算面積，m²；根據(jù)作用于彈簧支座上的平均反力確定土體彈簧支座的剛度，式中k為彈簧支座的剛度，kN/m；為作用于彈簧支座上的平均反力，kN；s_i為i節(jié)點(diǎn)處彈簧的沉降值，m。

優(yōu)選地，當(dāng)彈性地基為復(fù)合地基時(shí)，復(fù)合地基沉降由兩部分組成，第一部分是復(fù)合加固區(qū)的沉降變形，工程中常將加固區(qū)中的樁體和樁間土的復(fù)合體的壓縮模量采用分層復(fù)合模量，分層按天然土層劃分，采用分層總合法計(jì)算；第二部分是加固區(qū)以下下臥層的沉降變形，采用應(yīng)力擴(kuò)散后的應(yīng)力計(jì)算加固區(qū)下臥層的沉降變形，用擴(kuò)散后應(yīng)力的作用寬度作為計(jì)算寬度，采用分層總和法計(jì)算。因此，步驟S4中，確定復(fù)合地基彈簧的總沉降值，s_i＝s₁+s₂，式中s_i為i節(jié)點(diǎn)處彈簧的沉降值，s₁為復(fù)合加固區(qū)彈簧的沉降值，m；s₂為下臥層區(qū)域彈簧的沉降值，m；確定基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，p₀＝p-p_c＝p-γ₀d，式中p₀為基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，kPa；p為基礎(chǔ)底部的應(yīng)力，kPa；p_c為基礎(chǔ)底部土的自重壓力，kPa；γ₀為基礎(chǔ)底面以上天然土層的加權(quán)平均重度，kN/m³；d為基礎(chǔ)埋深，m；根據(jù)基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力確定作用于彈簧支座上的平均反力，式中為作用于彈簧支座上的平均反力，kN；p₀為基礎(chǔ)底部的附加應(yīng)力，kPa；A_i為彈簧支座的計(jì)算面積m²；根據(jù)作用于彈簧支座上的平均反力和i節(jié)點(diǎn)處彈簧的總沉降值確定復(fù)合地基彈簧支座的剛度，式中k為彈簧支座的剛度，kN/m；為作用于彈簧支座上的平均反力，kN；s_i為i節(jié)點(diǎn)處彈簧的沉降值，m。

優(yōu)選地，所述彈性地基為摩擦樁或摩擦端承樁的樁基時(shí)，可分兩種情況：一是采用打入樁時(shí)，樁基施工完成后，地基土體會(huì)發(fā)生固結(jié)，基礎(chǔ)和地基往往會(huì)脫空；為了安全起見，工程設(shè)計(jì)中一般不考慮樁間土的承載力。二是考慮樁土共同作用，一般樁間土承擔(dān)的荷載是總荷載的15％左右。樁基的簡化，考慮樁間土承擔(dān)荷載時(shí)，土體可簡化為土彈簧，樁可簡化為樁彈簧。不考慮樁間土的承載力時(shí)，只有樁彈簧；不同的彈簧具有不同的剛度，以彈簧模擬樁基的作用。

上述樁基的第一種情況，分析樁與基礎(chǔ)之間的作用時(shí)，可將樁模擬為彈簧。確定樁彈簧的剛度，可根據(jù)樁頂荷載Q_di和樁頂沉降s_i確定。將樁簡化成一定剛度的彈簧作用在基礎(chǔ)下，單樁剛度k_pi可以表示為樁頂荷載Q_di和樁頂沉降s_i的比值。在計(jì)算中，樁的剛度要分配到附近的單元節(jié)點(diǎn)上。因此，在步驟S4中確定樁的彈簧剛度，k_pi＝Q_di/s_i，式中k_pi為i節(jié)點(diǎn)處樁的彈簧剛度值，kN/m；Q_di為i節(jié)點(diǎn)處樁頂豎向力設(shè)計(jì)值，kN；s_i為i節(jié)點(diǎn)處彈簧的沉降值，m。規(guī)范規(guī)定對(duì)于樁中心距小于或等于6倍樁徑的樁基，其最終沉降量計(jì)算可采用等效作用分層總和法。等效作用面位于樁端平面，等效作用面積為樁承臺(tái)投影面積，等效作用附加應(yīng)力近似取承臺(tái)底平均附加壓力p₀。樁基內(nèi)任意點(diǎn)的最終沉降量s_i可用角點(diǎn)法按規(guī)范公式計(jì)算。

上述樁基的第二種情況，在軟土地基采用摩擦樁或摩擦端承樁的復(fù)合樁基中，如考慮樁土共同作用時(shí)，一般樁間土承擔(dān)的荷載是總荷載的15％左右，樁間的土體可簡化為土彈簧，因此，在步驟S4中，確定樁間土基的彈簧反力，p_s＝p₀×15％×A_i，式中p_s為土彈簧的反力，p₀為基礎(chǔ)底處的附加應(yīng)力，A_i為彈簧支座的計(jì)算面積；確定樁間土基的彈簧剛度，k_s＝p_s/s，k_s為彈簧的剛度值，kN/m；ps為彈簧的反力，kN；s表示基礎(chǔ)中心處的沉降量，m。

本發(fā)明提供一種優(yōu)選的實(shí)施例：

如圖1和圖3所示，上海市某泵閘工程，總體布置采用“泵+閘+泵”的布置形式，即節(jié)制閘居中布置，兩側(cè)泵房各布置2臺(tái)單機(jī)22.5m³/s的斜30°單向軸流泵，水泵機(jī)組中心線間距為6.5m，單側(cè)泵房寬度為14.3m，泵站設(shè)計(jì)流量為90m³/s。中間為凈寬12.0m的節(jié)制閘，門型為中鉸上翻鋼閘門。

泵房和閘室為一整塊底板，底板順?biāo)飨驗(yàn)?4.0m，垂直水流向?yàn)?0.6m；泵房為肘型進(jìn)水流道、直管式出水流道，塊基型基礎(chǔ)，泵房基礎(chǔ)底板厚為1.5m，閘室基礎(chǔ)底板厚為2.0m，泵房、閘室基礎(chǔ)基底相平，為同一高程-5.00m(上海吳淞高程系，下同)；基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30。

基礎(chǔ)以下地基持力層為三層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和四層淤泥質(zhì)粘土，經(jīng)計(jì)算地基承載力和沉降均不能滿足規(guī)范要求，因此，需要進(jìn)行地基處理。工程設(shè)計(jì)擬定采用預(yù)制樁進(jìn)行處理，泵閘基礎(chǔ)采用滿堂樁布置，樁型采用鋼筋混凝土400mm×400mm的預(yù)制方樁，樁長為12.0m；樁矩形布置，垂直水流方向樁間距為2.0m，順?biāo)鞣较驑堕g距為1.5m。

為簡化起見，順?biāo)鞣较蛏细鶕?jù)上部結(jié)構(gòu)布置和荷載分布，分別在進(jìn)水流道段、水泵中心段、出水流道段各取一個(gè)單寬，以兩邊墩為邊界，視為一個(gè)計(jì)算單元。

本工程泵站為肘型進(jìn)水流道，直管式出水流道，塊基型泵房基礎(chǔ)。進(jìn)、出水流道的進(jìn)出水口段可視為一個(gè)空間的箱型結(jié)構(gòu)，因?yàn)楸梅康装宓膭偠缺榷諌Φ膭偠却蟮枚啵士梢哉J(rèn)為墩墻與底板固接。為了計(jì)算方便，空間的箱型結(jié)構(gòu)簡化為平面框架結(jié)構(gòu)，底板為彈性地基梁，計(jì)算采用彈簧支座模擬地基對(duì)基礎(chǔ)的約束。沿順?biāo)鞣较?，將泵閘劃分為若干個(gè)單位框架作為計(jì)算單元，分別計(jì)算其內(nèi)力。

本計(jì)算實(shí)例取進(jìn)水流道段的一個(gè)單寬為計(jì)算單元，計(jì)算模型為彈性地基上的框架。作用在框架上的荷載按規(guī)范要求進(jìn)行計(jì)算和組合。

基樁的彈簧剛度計(jì)算如下：

本泵閘工程基礎(chǔ)為摩擦樁處理地基，基礎(chǔ)內(nèi)力的大小，受地基土彈簧剛度和樁彈簧剛度的影響；因采用的是打入樁，由于樁基施工完成后地基土體會(huì)發(fā)生固結(jié)，基礎(chǔ)和地基往往會(huì)脫空，所以計(jì)算中分別考慮了以下兩種情況：

第一種，不考慮樁間土的承載力，樁獨(dú)立承擔(dān)上部荷載；地基簡化是以彈簧代替樁基的作用，每根樁設(shè)一樁彈簧支座，共19個(gè)節(jié)點(diǎn)；樁的分布反力近似地取樁頂平均荷載來計(jì)算樁的彈簧剛度，樁彈簧支座剛度k_p＝6200kN/m。

第二種，樁土共同作用，樁間土承擔(dān)的荷載按總荷載的15％。計(jì)算中把樁間土和樁分別模擬為彈簧，每根樁設(shè)一樁彈簧支座，樁間土體設(shè)一土彈簧支座，共37個(gè)節(jié)點(diǎn)。樁彈簧支座剛度k_p＝5210kN/m，樁間土體的土彈簧支座剛度k_s＝980kN/m。

根據(jù)施工期、完建期、運(yùn)行期、檢修及地震等情況下結(jié)構(gòu)的受力情況，分別按各位置截條的框架計(jì)算其結(jié)構(gòu)內(nèi)力，完整地進(jìn)行每種工況下的內(nèi)力計(jì)算，按內(nèi)力包絡(luò)圖進(jìn)行配筋和裂縫驗(yàn)算。進(jìn)水流道段在節(jié)制閘檢修工況，最大彎矩為2033.1kN·m/m；在底板澆筑好后，墩墻尚未澆筑時(shí)，跨中最大負(fù)彎矩為-669.3kN·m/m；在地震工況下，跨中支座出現(xiàn)最大負(fù)彎矩為-1514.4kN·m/m。按本方法計(jì)算，基礎(chǔ)中心位移值為5.88cm，與基礎(chǔ)沉降s₀計(jì)算結(jié)果比較，兩者基本吻合。

上述工程實(shí)例表明，進(jìn)水流道段簡化為彈性地基上的框架，其計(jì)算模型與原結(jié)構(gòu)截面型式基本一致，較好地反映了該泵閘整體結(jié)構(gòu)中“泵強(qiáng)閘弱”的差異，其上部荷載也能一一對(duì)應(yīng)，傳力路徑最為接近實(shí)際受力情況。計(jì)算模型將上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基一同計(jì)算，考慮了流道的箱體作用，地基內(nèi)力的大小受地基土彈簧剛度和樁彈簧剛度的影響，較好地反映了結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，比較符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。

綜上所述，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。