扩展基础大偏心荷载作用下的计算

技术文章

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附加模块 RF-/FOUNDATION Pro 可以按照欧洲规范 7 ,EN 1997‑1 [1] 进行独立基础的设计与计算。本文将详细介绍在基础受大偏心荷载作用下按照欧洲规范 DIN EN 1997‑1, A 6.6.5 (参见 [3]) 的验算方法。

为此,在RF-FOUNDATION Pro中设计了一个基础板,在该基础板上安装了一个爪形支座。 对于第1和第2芯宽,进行基础旋转分析(在使用极限状态下的设计)。 然后将RF-FOUNDATION Pro的结果与RFEM中的面模型进行比较。

附加的岩土工程设计以及钢内柱支座的设计不属于本文的定义部分。

系统,荷载和支座反力

本例中为钢柱节点(截面: HEA 160,钢S235),长2.5米,与基础板刚性连接。

图片 01 - 带荷载的结构系统

在RFEM中为此建模了一根长度为2.50的梁。 在支座底部安装了刚性的节点支座。 拐杖柱在柱头受到垂直和水平作用力。 荷载在两种荷载工况中输入:
荷载工况1 =自重
荷载工况2 = wind in + X.

在荷载工况1中,柱头施加垂直荷载G k = 35 kN。 考虑到柱子的独立重量,荷载传感器1的支座反力为P z = 35.76 kN。

在荷载工况2中,柱头施加水平力H k = 10 kN。 由此得到支座反力P x = 10.0 kN。

基础板的尺寸如下:
长L = 1.80米
宽度B = 1.00 m
厚度t = 0.25 m

组合结构设计的极限状态和适用性能

在RFEM中为极限状态和正常使用极限状态下的设计创建了以下组合:
组合1(ULS)= 1.35·G
组合2(ULS)= 1.35·G + 1.50·Q
组合3(SLS)= 1.00·G
组合4(SLS)= 1.00 * G + 1.00 * Q.

图片 02 - 荷载工况和组合

在ULS和SLS中进行基础检查

RF-FOUNDATION Pro创建了一个新的基础板设计案例。 在详细设计中除了分析地基旋转外,所有的岩土工程设计都被取消激活。

图片 03 - 在设计细节中的设置

这些详细的设置(见图03)在RF-FOUNDATION Pro的“1.4加载”窗口中为荷载输入提供了两个选项卡。 设计中选择了在结构设计(STR)和土层(GEO)选项卡中的1和2。 在“特性值”选项卡中可以选择设置CO 3和4。 在“特征值”选项卡中选择荷载定义了基础旋转分析的荷载。 必须注意“永久作用G”或“永久作用G + Q”中的分类。

图片 04 - 选择荷载

根据[2]可以得出由于永久作用产生的特征荷载,不会产生缝隙。 其具体数学意义是: 合成压力必须在第1个核心范围内。 由于永久变形和可变作用产生的特征荷载分离,只能在基础中间创建一个大的节点,或者至少有一半的板面必须承受压力。 其具体数学意义是: 合成压力必须在第二个芯宽处。

关于基板的弯曲设计,我们不再赘述,在RF-FOUNDATION Pro中不能取消该定义,并且必须始终进行。 只应计算基础旋转分析的结果。

在这个例子中,第一个钢芯宽度的标准是零,因为在LC1中只输入了一个垂直荷载(永久荷载)。

对于第2芯宽的设计计算标准为0.989。

首先,确定在x方向上产生的设计弯矩。 为此,对于RFEM的y轴支座弯矩,在基础板的高度和支座反力P x之间增加土体节点的弯矩:
M res,x = 25.55 kNm + 0.25 m·10 kN = 28.05 kNm

土层节点竖向力的特征值是由控制极限轴力和基础板的自重引起的:
V Res = 35.76 kN + 1.80 m·1.00 m·0.25 m·25.0 kN/m³=47.01 kN

计算得出的x向偏心距离如下:
${\mathrm e}_\mathrm x\;=\;\frac{28,05\;\mathrm{kN}/\mathrm m}{47,01\;\mathrm{kN}}\;=\;0,597\;\mathrm m$

在该示例中,由于y方向上的荷载为零,因此y方向上的偏心也为零。

第二个芯宽的设计得出:
$\begin{array}{l}\left(\frac{{\mathrm e}_\mathrm x}{{\mathrm b}_\mathrm x}\right)^2\;+\;\left(\frac{{\mathrm e}_\mathrm y}{{\mathrm b}_\mathrm y}\right)^2\;\leq\;\frac19\;=\;0,111\\\left(\frac{0,597\;\mathrm m}{1,80\;\mathrm m}\right)^2\;+\;\left(\frac{0\;\mathrm m}{1,00\;\mathrm m}\right)^2\;=\;0,110\;\leq\;\frac19\;=\;0,111\end{array}$
检查条件为$ \ frac {0,110} {0,111} \; = \; 0,989 $。

RF-FOUNDATION Pro中的计算结果值汇总在结果窗口“2.2理论设计标题”中。 另请参见下图。

图片 05 - 岩心中高偏心荷载的计算结果

在RFEM中检查接触应力

现在可以选择在RFEM中检查在RF-FOUNDATION Pro中验证的基础板尺寸。 为此,可以按照第3.4节“岩土工程” [2]中的说明检查在基础板中心处是否形成有孔隙的节点。

首先,建立一个RFEM模型,其中刚性节点支座由基础板代替。 给定的基础尺寸与单个基础完全相同,设计标准为0.989,已在RF-FOUNDATION Pro中对基础旋转验算。

图片 06 - 在RFEM中基础板的尺寸

RFEM必须在输入基础板上设置面支座。 值得注意的是,该面支座应该用z方向的弹簧的实际值来定义。 在z方向上设置为“刚性”是不合适的。

在附加模块RF-FOUNDATION Pro中可以选择通过指定土层剖面来确定节点支座的弹簧刚度。 单个基础的弹簧刚度可以由用户转换并应用于面支座的弹簧刚度。

计算后,RFEM显示了COV的“接触应力σZ”相关的结果的基础上旋转的决心。 此外,您还可以在结果面板中调整结果显示的值范围,以便仅显示接触应力> 0 kN /m²。 然后通过该设置可以图形方式检查在基础的哪个位置形成一个开缝的节点。 下图显示了接触应力σ为CO4ž。

图片 07 - 在基础板下显示接触应力

在这里可以看到,开缝缝几乎与基础的中心相交。 RF-FOUNDATION Pro的结果以及在那里确定地基转角的设计准则也证实了这一点。

本篇专题文章是在RFEM 5和RF-FOUNDATION Pro中编辑的。 当然,按照规范DIN EN 1997-1设计的基础旋转也同样包含在基础设计与开发RSTAB8相同的基础上。 在RSTAB中,只有基础板的面模型不能用这种方式表示。

在RSTAB 8中,这种情况也可以用单轴荷载表示(如本例所示)。 基础梁(梁构件)可以对基础进行建模。 该杆件可以在杆件基础上设置一个“接触电压为负的约束”。

使用的文献材料

[1] 欧洲规范7 - 岩土工程设计计算与设计第1部分: 一般规则; EN 1997-1:2004 + AC:2009 + A1:2013
[2] Holschemacher,K .; Peters,K .; Peterson,L .; Purtak,F .; Schneider Schnider,K.-J。 Thiele,R。: 结构工程Structural Compact,5。 版本 Berlin: Beuth, 2016
[3] DIN: 手册Eurocode 7 - 土工力学分析 - Vol。柏林: Beuth,2015

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