(西安工業(yè)大學 陜西 西安 710000)

基礎(chǔ)沉降對框架結(jié)構(gòu)的反應(yīng)分析

張浩

(西安工業(yè)大學陜西西安710000)

建筑物的不均勻沉降是土木工程中一項常見的工程事故，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，地基基礎(chǔ)的不均勻沉降導(dǎo)致混凝土框架結(jié)構(gòu)開裂事故中占有很高的比例。地基的不均勻沉降將導(dǎo)致基礎(chǔ)的沉降和滑移，從而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力重分布。而內(nèi)力和變形的變化將影響結(jié)構(gòu)的正常使用功能和極限承載能力，嚴重威脅到建筑物的安全性和正常使用，降低了建筑物的穩(wěn)定性和使用壽命，嚴重時會直接導(dǎo)致建筑物主體沉重結(jié)構(gòu)的開裂破壞或者建筑物整體傾斜傾覆，直接威脅到居民的生命和財產(chǎn)安全。

因此，開展上部框架結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)變形的反應(yīng)分析，擬得出上部框架結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)變形而引起的內(nèi)力、位移、裂縫開展規(guī)律，為工程加固改造設(shè)計提供科學的依據(jù)，對避免結(jié)構(gòu)失效(部分失效)，同時預(yù)防事故的產(chǎn)生有著重要的意義。

基礎(chǔ)變形；框架結(jié)構(gòu)；內(nèi)力重分布；位移變化

主要分析地基不均勻沉降產(chǎn)生的原因和不均勻沉降對上部結(jié)構(gòu)的影響。分析對比幾種常見的基礎(chǔ)沉降方式：獨立柱沉降、“鞍式沉降”、“拋物線沉降”、“盆式沉降”。以沉降對框架的靜力空間影響研究為主，通過有限元分析軟件ABAQUS建立模型進行分析，對空間作用下結(jié)構(gòu)的靜力性能指標，內(nèi)力、變形從定性分析開展到定量，總結(jié)內(nèi)力重分布規(guī)律和位移變化規(guī)律。

一、模型的建立

本文首先建立一個六層的純框架結(jié)構(gòu)有限元模型，其模型資料如下。

空間尺寸：平面X向8+8+8+8=32m，Y向7+2+7=16m，Z向4.2+3.6+3.6+3.6+3.6+3.6=22.2m。每一跨板間設(shè)兩道次梁2.5+3+2.5=8m，不在2m跨設(shè)置，梁端交接。

截面尺寸：柱截面0.6mx0.6m，框架截面X向0.4mx0.7m；Y向0.3mx0.6m；次梁截面0.25x0.6m，板厚0.10m。

荷載情況：樓層荷載6000N/m2，其中活荷載為3000N/m2，恒荷載為3000N/m2，框架主梁均布10000N/m。

圖1 獨立腳柱沉降

圖2 鞍式沉降

圖3 盆式沉降

圖4 拋物線沉降

二、 位移荷載施加

首先模擬獨立柱下沉降對框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布影響以及對各柱偏移量大小的影響。施加位移荷載時，先對腳柱模擬沉降，從1cm到5cm逐步施加，在位移荷載施加到5cm時出現(xiàn)了紅色的破壞現(xiàn)象。

對于局部沉降的位移荷載施加，首次施加采用“等差”施加的辦法，之后也是整體逐漸增大位移荷載，較為真實的模擬局部沉降過程。

三、 結(jié)論

表1邊柱軸力圖

表2 梁剪力圖

表3 邊柱偏移量

現(xiàn)對位移荷載為5cm時，獨立柱沉降的內(nèi)力重分布規(guī)律及偏移呈現(xiàn)。在縱向?qū)Ρ认拢蓤D可以看出就一個柱而言，越往下端，柱軸力越來越大，成逐漸遞增趨勢。梁的剪力在靠近獨立沉降柱的一跨發(fā)生突變，其余相隔較遠的三跨梁的剪力仍然呈規(guī)律性變化。就柱的偏移量而言，不管是X向的柱還是Y向的柱，從底部到頂端偏移量都是成遞增趨勢。且長跨邊柱的增加趨勢不是直線型，短跨邊柱基本成直線型增加趨勢。

四、 展望

基礎(chǔ)變形對框架結(jié)構(gòu)的影響復(fù)雜多樣?；A(chǔ)的沉降方式不局限于獨立柱下沉降、“盆式沉降”、“鞍式沉降”、“拋物線沉降”，還有其他更加復(fù)雜的沉降方式有待模擬和研究。對框架的反應(yīng)分析不僅僅限于彎矩、剪力、軸力等靜力空間的分析，還有動力反應(yīng)分析。對框架柱偏移量的分析也不僅僅是相鄰柱的偏移量分析，更全面準確的做法是對所有的柱的偏移量進行分析。

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)變形不僅僅發(fā)生在傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)中，應(yīng)該擴大研究范圍，對框剪結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)也應(yīng)該開展研究。這樣才能有效地防止基礎(chǔ)變形這種高發(fā)工程事故對建筑的影響。

[1]基于基礎(chǔ)不均勻變形的空間框架結(jié)構(gòu)協(xié)同作用的受力特性研究[D].劉序杰.濟南大學 2014

[2]軟土地區(qū)地基不均勻沉降對框架結(jié)構(gòu)影響的反分析研究[D].任慶偉.天津大學 2009

[3]地裂不均勻沉降對多層框架結(jié)構(gòu)的性能影響分析[D].孫春蕾.長安大學 2014

張浩(1991-)，男，漢族，四川成都人，在讀研究生，研究方向地下結(jié)構(gòu)工程。

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