《KPM软件之JCCA》PPT课件.ppt

PKPM结构软件学习,JCCAD的初级应用,地质资料的输入,基础的人机交互输入,基础形式的输入,选择计算参数,目 录,建筑物的最终变形,除了地基承载力之外，我们还需要考虑什么,共同作用的变形,1. 地基的刚度 2. 基础的刚度 3. 上部结构的刚度,上部结构的荷载,最终形变（协调）,1. 荷载的导入,基础的人机交互输入,保留上部计算结果（即使不是最新）和基础数据,此项一选，前功尽弃，慎之,更新上部，保留下部,1. 附加荷载：主要是填充墙荷载，对于独立承台或柱下独基应选择输入点荷载。,2. 读取荷载：恒、活、风X、风Y的SATWE荷载是必须的，而地X、地Y则要看建筑物是否需要抗震验算。,荷载选择 （学生回答）,不同的荷载组合,地基承载力 地基变形 基础的配筋 基础的变形和裂缝,荷载组合,第3.0.4条 地基基础设计时，所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应按下列规定： 1.按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载应按正常使用极限状态 下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。 2.计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用。相应的限值应为地基变形允许值。 （见建筑抗震设计规范 GB 50011-2001 ） 4.2.1 天然地基及基础的抗震承载力验算 4.4.1 桩基抗震承载力验算,2. 地基的刚度形成,上部结构的刚度,地基,基础,上部刚度的 三种假定,基础的刚度,基础的刚度,地质资料的输入,“地质资料输入”并不是一个必经的模块。一般来说此项用于要求计算地基变形或控制不均匀沉降的工程。,地质资料的输入,地质资料文件：*.dz D:MODEL-STEEL(REVISED-2) D:ENGINEERING移动MODELMODEL-STEEL(REVISED-2),过长的文件路径可能会导致已经输入信息无法读取,土的剖面线,地基柔度矩阵和刚度矩阵的概念 1.把整个地基上荷载面积划分成m个矩形网格，网格面积相近； 2.每一网格j的中点作用着集中荷载Rj，整个面积反力向量为： 3.网格j中点的竖向位移Wj，竖向位移向量为W： 用叠加原理建立反力与竖向位移的关系为: Wi=fi1R1+ fi2R2+ fimRm =fijRj 写成矩阵形式如右。式中，fij=fji f为对称方阵。,fij 是指在网格j处作用单位竖向集中力，而在网格i处中点引起的竖向位移；fii是指在网格i处作用单位竖向集中力，而在本网格i中点引起的竖向位移。 f定义为地基柔度矩阵 K=f-1 定义为地基刚度。 Kij是指在网格j处产生单位竖向位移，在网格i处需作用的力在网格i处中引起的反力。 K也为对称方阵。,线弹性地基模型,文克尔地基模型（Winkler,1867） 假定地基土界面上任一点的沉降W(x，y)与该点所承受压力强度p(x，y)成正比，而与其它点上的压力无关，即 p(x，y)=kW(x，y) 式中,比例常数k称为基床反力系数(简称为基床系数)，其单位为MN/m3。 文克尔地基模型是把土体视为一系列侧面无摩擦的土柱或彼此独立的竖向弹簧，在荷载作用区域产生与压力成正比的沉降，而在此区域以外位移为零 。,f和K为对角阵： k为基床系数； Fi为与I 节点相对应的小矩形面积。 文克尔地基模型简单，参数少，故至今仍得到比较广泛的应用。,利夫金模型（改进的文克尔地基模型 ）,为弥补文克尔地基模型不能扩散应力和变形的缺陷，利夫金分析了各种地基模型下矩形基础反力分布的性质，对文克尔模型的特征函数作出了如下改进： 式中，k为基床系数； 、为与地基土性质有关的无量纲参数； 、为界面上所考虑点的相对坐标： b，l为矩形基础的半宽与半长；m-矩形基础的长宽比： 三参数k、和地基模型：参数k表征了地基土的基本刚度。无量纲参数和则描述基础范围以外的土体对地基刚度和接触压力分布形式的影响。取10，再下表选择值。,弹性半无限地基模型(均匀各向同性地基模型),假定地基为均匀的、各向同性的、弹性的半无限体。当竖向集中力P作用在弹性半无限表面上时，根据布辛奈斯克(Boussinesq)公式，可得到地表面与荷载作用点距离为r的点i的竖向位移 E为地基土的弹性模量；为地基土的泊松比。 当竖向分布荷载作用于表面某区域时(如右图)，任意点处表面沉降可沿积分为： 模型态特点：考虑应力扩散作用，比文克尔地基模型合理一些，但该模型的应力扩散往往超过了地基的实际情况。原因是实际地基压缩土层厚度有限；地基土压缩模量随深度而变。另外，它没有能考虑到地基的分层特性、非均质性以及土体应力应变关系的非线性等重要因素,有限压缩层地基模型(分层地基模型),分层地基模型就是我国地基规范中用以计算地基沉降的分层总和法，地基沉降等于压缩层范围内各计算分层在完全侧限条件下的压缩量之和。 由于土质分布不均，对不同的节点，其下压缩层的深度可能不同。地基柔度矩阵f的各元素计算公式为： 式中，Ni为按分层总和法分层厚度要求，在i节点下划分的土层数； 为j节点处小矩形面积Fj上作用竖向均布荷载pj=1/Fj时，按弹性理论解， 在i节点下第k层中点处产生的竖向应力，可用角点法或近似积分法计算； Hik 为i节点下第k层土层的厚度；Esik 为i节点下第k层土层的压缩模量。 模型特点：反映了地基土扩散应力和变形能力；考虑土层沿水平与深度变化的非均质性和土层分层；计算用参数Eski可经常规压缩试验直接得到。模型的计算结果比较符合实际情况。,地基参数的确定,模型的有效性取决于： 模型中的参数由试验室或现场试验测定时的难易程度和准确性； 是由基础工作状态的现场实测结果证实了的理论分析的准确性和可靠性。 基床系数k的确定 1. k=p0/sm p0是基底平均附加压力，把它作为均布于基底的荷载并按单向压缩或线性变形分层总和法算得若干点沉降后求其平均值sm。 2. 地基可压缩土层的厚度H不超过基础底面宽度的二分之一，则在薄压缩层范围内的附加应力约等于基底平均压力p，所以基底平均沉降为smpH/Es，(Es为土层的平均压缩模量)，代入得: k=Es/H 3. 地基压缩层范围内的土质比较均匀，则可利用荷载试验成果估算基床系数。在ps曲线上取对应于基底平均反力p的刚性载荷板沉降值s，计算载荷板下的基床系数kp=p/s。对粘性土地基，实际基础下的基床系数按下式求得： 式中,bp和b分别为载荷板和基础的宽度。 4. 当用无侧限抗压强度qu折算时,则可取： k=(3-5)qu,自阅,地基土变形模量E0与泊松比 的确定,(1).地基土变形模量E0的确定 1)按载荷试验确定 对方形载荷板取0.88；对圆形载荷板取0.79；B为载荷板边长或直径；S1为试验得到的ps曲线上与比例界限p1相对应的沉降。当直线段不明显时，对粘性土取S10.02B对应的荷载为p1，对砂土取S1=(0.010.015)B对应的荷载为p1。 2)按旁压仪试验 式中,p1为旁压仪曲线直线段上的比例极限(MPa)；S1为与p1相对应的量管水位下降稳定值；a为钻孔半径(m)；M为旁压系数，与仪器规格、土类有关，对一般第四纪土取M2930m-1。 3)按经验数据确定 当按上述方法不易确定E0时可参考如表2-2的经验数据。,自阅,(2).地基土泊松比 的确定 土的泊松比 不易用实验可靠测定。按静止土压力和线弹性的应力应变关系可推得 与静止侧压力系数K0的关系为： 各种土的、K0和的经验数据见下表。 各种土的、K0和值,=1-2K0,自阅,地基模型的选择,在工程实际设计中选择符合实际情况的地模基型是一个比较困难的问题，很难给出一个同一的、普遍适用的结论。 一般来说，当基础位于无粘性土上时，采用文克尔地基模型是比较适当的，特别是当地基比较柔软、又受有局部荷载作用时。当基础位于粘性土上时，一般应采用连续性地基模型，特别是对于有一定刚度的基础，基底反力适中，地基土中应力水平不高、塑性区开展不大时。对于塑性区开展较大，或是薄压缩层地基，文克尔地基模型又有了其适用性。当然，能考虑非线性影响的连续性模型可以认为是较好的选择。 普遍认为用连续性模型得到的结果比文克尔地基模型得到的结果更符合实际。但文克尔地基模型简单，计算方便，故对于非粘性土，仍可采用文克尔地基模型。 当地基土呈明显的层状分布、各层之间性质差异较大时，采用分层地基模型是比较适当的。,地基（包括桩）刚度的影响,梁,弹性地基,梁,弹性地基,沉降计算地基模型系数=0.0,沉降计算地基模型系数=1.0,沉降计算地基模型系数=0.0,沉降计算地基模型系数=1.0,算例：油罐设计计算（地基模型的差别）,板厚1.1米 桩长36米 油罐直径26.44米 荷载300kPa,沉降比较,桩反力比较,3. 上部结构的刚度形成,上部结构的刚度,地基,基础,上部刚度的 三种假定,基础的刚度,基础的刚度,上下部结构共同作用,1.通常上部结构计算时假设基础不变形，是固端约束。实际上会造成 实际结构的基础会沉降且可能不均匀。 差异沉降会对上部结构产生次内力。 2.不同结构形式对差异沉降的反应是不同的。 3.规范条文中相关内容,考虑上部结构刚度,2.不考虑上部结构刚度-上部结构刚度为0 3.放大刚度法-上部结构刚度是基础的倍数 3.按TAT、SATWE、PMSAP的凝聚的上部结构刚度进行计算 4.倒楼盖模型-上部结构为刚性无穷大,上部结构刚度的选择,上部结构、基础和地基,,砌体结构,,V,V,V,框架结构,,V,V,V,剪力墙,,V,V,V,内筒外框,上部结构刚度影响,地基,上部结构刚度,上部结构,基础,基础,翻转,上部结构刚度无穷大,局部弯矩,倒梁楼盖,上部结构刚度影响,上部结构刚度为0,整体弯矩,上部结构刚度影响,考虑上部结构刚度,整体弯矩,局部弯矩,按普通弹性地基梁计算,这种计算方法不考虑上部结构的刚度影响，绝大多数工程基本上可以采用此种方法，只有当用该方法基础设计不下来时才考虑其他方法的影响。,按考虑等代上部结构刚度影响的弹性地基梁,该方法实际上是要求设计人员人为规定上部结构的刚度是地基梁刚度的几倍。该值的大小直接关系到基础发生整体弯曲的程度。而上部结构刚度到底是地基梁刚度的几倍并不好确定。因此，只有当上部结构的刚度较大、荷载分布不均匀，并且在按普通弹性地基梁方法计算不下来时方可采用，一般情况下可不选用它。,按上部结构是刚性的弹性地基梁计算,此种计算模式与上面的计算模式计算原理实际上是一样的，只不过此种模式自动取上部结构刚度为地基梁刚度的200倍，采用此种模式计算出来的基础几乎没有整体弯矩。计算模式类似于传统的倒楼盖法 该模式主要用于上部结构刚度足够大时，比如高层框支转换层结构、纯剪力墙结构等,按SATWE或TAT的上部刚度进行弹性地基梁计算,从理论上讲，这种方法最理想。因为它考虑的上部结构的刚度最真实，但这也只对纯框架结构而言。对于带剪力墙结构，由于剪力墙的刚度凝聚有时会明显的出现异常，尤其是采用薄壁柱理论的TAT软件，其刚度只能凝聚到离形心最近的节点上，因此传到基础的刚度就有可能异常。所以此种计算模式一般不适用于带剪力墙结构 另外，设计人员在采用JCCAD用户手册及技术条件附录C中推荐的基床反力系数K时，该值已经包含上部的刚度了，所以没有必要再考虑一次,上部结构刚度,上部结构、基础和地基,首先，来自于SATWE 的计算,按普通梁单元刚度的倒楼盖方式计算,此模式是传统的倒楼盖模型，地基梁的内力计算考虑的剪切变形。该计算结果明显不同于上述四种计算模式，因此没有特殊要求不推荐使用。,算例模型-上部结构刚度的差别,结果比较： 1. 2. 3.,返回,3. 基础的刚度,墙下砖基础（无穷大）,墙下砼条基（无穷大）,柱下独立基础（不考虑刚度）,框架十字基础（地基梁）,上梁板式筏基（地基梁或片筏）,#￥%&,桩筏,梁元还是板元?,地基梁与筏板的差别,两种计算模型的假定不同,梁元法计算梁式筏板基础时，地基梁的计算是按照带翼缘的T型梁计算的，两翼缘宽度确定的原则是按各房间面积除以周长，将其加到梁一侧，另一侧再由那边相应的房间确定，最后两侧宽度叠加得到梁的总翼缘宽度； 板元法计算梁式筏板基础时，程序将筏板部分进行了有限元的划分，相当于“弹性板6”。与SATWE中相似，地基梁的计算仅按照矩形梁计算，没有按照T形梁计算。,两种计算模型的假定不同,梁元法计算筏