基床反力系数K值一、基床反力系数K值的理解和确定:1、基床反力系数K值的物理意义:单位面积地表面上引起单位下沉所需施加的力。基床反力系数K值的影响因素包括:基床反力系数K值的大小与土的类型、基础埋深、基础底面积的形状、基础的刚度及荷载作用的时间等因素。试验表明,在相同压力作用下,基床反力系数K随基础宽度的增加而减小,在基底压力和基底面积相同的情况下,矩形基础下土的K值比方形的大。对于同一基础,土的K值随埋置深度的增加而增大。试验还表明,粘性土的K值随作用时间的增长而减小。因此,K值不是一个常量,它的确定是一个复杂的问题。
一、基床反力系数K值的理解和确定:
1、基床反力系数K值的物理意义:单位面积地表面上引起单位下沉所需施加的力。基床反力系数K值的影响因素包括:基床反力系数K值的大小与土的类型、基础埋深、基础底面积的形状、基础的刚度及荷载作用的时间等因素。试验表明,在相同压力作用下,基床反力系数K随基础宽度的增加而减小,在基底压力和基底面积相同的情况下,矩形基础下土的K值比方形的大。对于同一基础,土的K值随埋置深度的增加而增大。试验还表明,粘性土的K值随作用时间的增长而减小。因此,K值不是一个常量,它的确定是一个复杂的问题。
2、基床反力系数K值的计算方法:
2.1、静载试验法:静载试验法是现场的一种原位试验,通过此种方法可以得到荷载-沉降曲线(即P-S曲线),根据所得到的P-S曲线,则K值的计算公式如下:K=P2-P1/S2-S1;其中,P2、P1分别为基底的接触压力和土自重压力,S2、S1分别为相应于P2、P1的稳定沉降量。静载试验法计算出来的K值是不能直接用于基础设计的,必须经太沙基修正后才能使用,这主要是因为此种方法确定K值时所用的荷载板底面积远小于实际结构的基础底面积,因此需要对K值进行折减(HiStruct注:折减要适当且有依据)。
2.2、按基础平均沉降Sm反算:用分层总和法按土的压缩性指标计算若干点沉降后取平均值Sm,得K=p/ Sm,式中p为基底平均附加压力,这个方法对把沉降计算结果控制在合理范围内是非常重要的。用这种方法计算的k值不需要修正,JCAD在“桩筏筏板有限元计算”中使用的就是这种方法。
2.3、经验值法JCCAD说明书附录二中建议的K值。
3、讨论:基床反力系数K是基础设计中非常重要的一个参数,因为它的大小直接影响到地基反力的大小和基础内力。因此,合理地确定此参数的大小就显得至关重要。
3.1、已知沉降算K值:JCCAD软件在“桩筏筏板有限元计算”中,K值的计算公式为:“板底土反力基床系数建议(kN/m3)”=“总面荷载值(准永久值)”/“平均沉降S1(m)”。
3.2、不知道沉降算K值:如果设计人员无法准确预估沉降量,而按经验值法输入K值,或者采用程序提供的建议值。这两种方法产生的K值在很多情况下会有很大的差别,有时甚至相差一个数量级。这主要是因为采用经验值法计算出的K值不仅受人为因素的影响很大,而且其考虑的因素比较粗糙的缘故。而采用程序提供的建议值时,只要输入的地质资料准确无误,则程序计算出的结构平均基床反力系数K一般是可以接受(Histruct注,请务必理解JCCAD的刚度K计算和修正原理!)。
3.3、对于某些工程,若基础埋深比较大,当基础开挖的土体重量大于结构本身重量时,地基土产生回弹,则程序将无法给出K的建议值。此时设计人员可以考虑回弹再压缩,用结构“总面荷载值(准永久值)”/“回弹再压缩沉降值(mm)”得到基床反力系数K值。
3.4 JCCAD中附录给出的K值很大,计算可能会比它小一个数量级的原因:a、来源于苏联规范,正常用于路基上枕木、轨道计算(压力泡小,与表层土相关);b、没有考虑压缩深度的影响,没有考虑荷载大小的影响,建筑物宽度方向也在几十米多;c、原有研究成果没有考虑上部结构的影响;d、计算内力反映的变形与实际的沉降不是一个量级(HiStruct对这些原因的说法持保留意见)。
4、建议:a、取用附录给出的K值,不考虑上部结构共同作用;b、如取沉降反算的值,应考虑上部结构共同作用。
HiStruct 注,一般来说取沉降反算法对于大部分筏板合理,建议可以采用中点沉降,并根据筏板特征适当提高边缘区域的K值,而对于大型的地下室筏板,采用平均值计算或者用附录给出的K值可适当选择采用。
在同一类土中,相对偏硬的土取大值,偏软的土取小值,若考虑垫层的影响K值还可取大些,当有多种土层时,应按土的变形情况取加权平均值。K值的改变对荷载均匀的基础内力影响不大,但荷载不均匀时则会对内力产生一定的影响。应适当调整K值,选择较理想的内力与变形的K值,并最好使垂直位移不出现负值。