基础变形有高精度要求的设备基础计算实例

欧阳红星

(中国联合工程公司,浙江 杭州 310052)

·岩土工程·地基基础·

基础变形有高精度要求的设备基础计算实例

欧阳红星

(中国联合工程公司,浙江 杭州 310052)

结合高精度设备的基础变形量计算实例，运用有限元计算软件和Excel对设备基础进行建模计算，通过对变形计算结果的分析来确定基础类型及基础厚度，从而满足工艺专业对基础变形量的要求。

设备基础，机床，精度，抗压刚度，变形

0 引言

在机械类工厂中，有很多设备如镗铣床、立式车床、卧式车床等各种金属切削机床，对地基及基础变形的要求很高，一般在0.01 mm/m～0.05 mm/m的级别范围，远远超出《建筑地基基础设计规范》对常规建筑地基及基础的变形要求。

根据地质情况，设备基础方案采用天然基础或桩基础，由于基础变形精度要求高，基础变形计算一般采用有限元软件进行计算。设备基础变形由基础自身变形和地基变形组成，基础自身变形量与基础厚度有关，地基变形与地基或桩基的弹簧刚度有关。结构工程师在设备基础设计时根据设备荷载大小及分布、地质情况详细计算后确定基础类型及基础的厚度，来满足工艺专业对基础变形量的要求。

1 计算荷载及简图

本文以工程实例，简要介绍此类型设备基础变形计算的方法和步骤。图1是一个φ3.5 m×2.5 m立车基础平面及荷载示意图，工艺专业要求基础变形量不大于0.02 mm/m。

工程所在场地地基土自上而下可划分为六个大层，依次如下：

第①层，素填土；第②层，粘土，Es=8 MPa，fak=150 kPa；第③层，粉土，Es=6 MPa，fak=130 kPa；第④层，粉土，Es=7 MPa，fak=160 kPa；第⑤层，粉砂，Es=10 MPa，fak=150 kPa；第⑥层，圆砾，Es=15 MPa，fak=180 kPa。

由于变形精度要求高，天然基础不能满足要求，需采用桩基础。桩采用D=500预制混凝土方桩，桩长取32 m，以第⑤层粉砂层为持力层，单桩竖向承载力特征值Ra=1 700 kN。

根据《动力机器基础设计规范》，单根桩的抗压刚度为：

kpz=∑CptApt+CpzAp。

桩周土当量抗剪刚度系数：Cpt=10 000 kN/m3;桩尖土当量抗压刚度系数：Cpz=1 100 000 kN/m3；kpz=4×0.5×32×10 000+1 100 000×0.52=915 000 kN/m;设备动载Q=600 kN；折算成网格上的均布荷载q=600/(3.14×1.25×1.25)=123 kPa；网格单元取0.5 m；计算简图见图2。

2 计算模型

表1 3 m立车基础变形差结果

变形计算可采用有限元软件STAAD进行计算，基础按软件中的板单元Plate建立模型，基础厚度Plate Thickness可根据工程经验取一个值进行试算，根据计算结果调整基础厚度或桩位布置。在Material中根据基础的混凝土强度等级输入对应的弹性模量E等与变形计算相关的重要参数，以确保计算的准确性。桩按支座Support输入，并输入垂直方向的抗压刚度值，同时选一根桩将另外两个方向的约束设为固接Fixed，保证计算模型与设备基础的实际约束条件一致。

网格布置图及模型见图3。

3 变形计算结果后处理分析

每个节点的变形计算结果软件会汇总在表格中，可将其转化到Excel表格中。结构工程师可以将设备动载作用中心线方向的节点位移数据提取出来，利用Excel将相邻节点的变形差计算出来，就可以清晰、明确地判断出基础变形量是否满足工艺专业的要求(见表1)。

从表1可以看出，动载水平方向的节点140和152的变形差最大：(0.094-0.084)=0.010 mm，每个网格单元为0.5 m，折算成每米的变形差就是0.01/0.5=0.02 mm/m，满足工艺专业要求。

4 结语

在机械类工厂工程的设计中，结构工程师经常会碰到高精度设备的基础变形量计算，应该掌握这方面的计算方法。结构工程师可以通过有限元计算软件进行建模计算，然后运用Excel对计算结果数据进行后处理和分析，来判断基础是否满足工艺专业的要求。计算软件的合理选择和运用，可以帮助结构工程师提高计算效率，减轻工作强度，达到事半功倍的效果。

[1] GB 50009—2012，建筑结构荷载规范[S].

[2] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

[3] JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

A case of high degree of accuracy machine foundation deformation calculating

Ouyang Hongxing

(ChinaUnitedEngineeringCorporation，Hangzhou310052，China)

Combining with the basic deformation calculation examples of high precision equipment, using finite element calculation software and Excel made modeling calculation to equipment foundation, through the analysis on deformation calculation results to determine the foundation type and thickness, so as to meet the requirements of technology professional team basic deformation.

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2015-01-19

欧阳红星(1974- )，男，高级工程师，一级注册结构工程师

1009-6825(2015)09-0049-02

TU391

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