工场振动诱发厂房柱基不均匀沉降的研究

　　1　引　言

　　冲击机械和动力设备所产生的剧烈振动通过地基向外传播,由于几何阻尼和材料阻尼的存在,随着传播距离增大振动不断衰减。距振源距离不同的厂房柱基因受到的振动激扰不同将产生不同的反应。在循环载荷作用下柱基将产生沉降,距振源近的柱基沉降大,距振源远的柱基沉降小,从而引起同一厂房柱基的不均匀沉降,致使厂房墙壁剥落、开裂、倾斜,严重时发生倒塌。因柱基不均匀沉降引起建筑物倒塌的事故在国内外均有报导。由于地基土参数的不确定性,以及引起柱基沉降的多因素性,迄今为止,定量计算厂房柱基不均匀沉降的文献报道极少。本文基于振动波在土中传播和衰减规律以及土的振动蠕变及其对地基承载力影响的试验,借助有限元法定量计算厂房柱基下地基所承受的不均匀附加振动应力及其引起的不均匀沉降,提出了减少厂房柱基沉降值的方法。本文研究成果,有助于工程技术人员在进行工厂设计时对厂房柱基工作状况作出较精确的估计,为是否需要进行地基处理及是否需要采取隔振措施提供科学依据。

　　2　土的振动蠕变

　　2.1　土的振动蠕变分析

　　地基的振动沉降通常认为是由于土的振动压密造成的,然而,随着长期沉降观测,对土的振动沉降问题有了新的认识。图1为某锻压车间距锻锤基础不同距离处柱基的振动沉降实测值以及相应的地面振动幅值曲线[1]。图2为其中一个柱基25年来沉降随时间发展的典型曲线,曲线可分为3个阶段:第一阶段(OL段)为一般静载荷作用下柱基的沉降曲线;第二阶段(LM段)为循环动载荷作用下,地基因振动而产生新的沉降,开始时沉降较快,这主要是土的压密变形,随着土的压密趋于稳定,沉降逐步变缓;第三阶段(MN段)为长期、缓慢近于等速的沉降阶段,这显然不是土的振动压密变形,而是振动条件下土的缓慢的持续不断的塑性剪切变形(即土的振动蠕变)造成的。3个阶段的沉降量S0、S1、S2的大小,取决于土的性质、载荷的大小、振动条件以及历时的长短等。振动蠕变可出现在砂土、粘性土甚至砾石土中。

　　2.2　土的振动蠕变试验[1]

　　冶金部建筑研究总院徐筱在等对不同的地基土介质、不同的基础底面积,通过基础施加不同的静载荷Ps,并以不同的振动加速度a进行了长时间的激振,不断记录了基础的沉降S,得出在不同Ps和a值条件下的沉降-时间(S-t)曲线。根据这些试验曲线可得出如下结论[1]:

　　1)基础在静载荷作用下沉降稳定后,如果受到长期的振动激扰,又会产生由于振密变形和剪切变形造成的附加沉降;振动沉降是由一次循环振动产生的微小塑性变形积累而成,它与振动次数n和振幅有关。