[发明专利]一种非均匀加筋层的重型机床复合基础设计方法

权利要求书

1.一种非均匀加筋层的重型机床复合基础设计方法，其特征在于：该方法包括如下流程，

步骤1、求解基础内部的应力分量；假设基础边界上受法向集中力F的作用，也即是龙门机床将自身重力通过其两边立柱施加于基础上的力，

应力函数φ为：

φ＝rf(θ) (1)

其中，r——极径；

θ——极角；

将其带入极坐标下的相容方程得：

求解微分方程后可得，

f(θ)＝Acosθ+Bsinθ+θ(Ccosθ+Dsinθ)

其中，A、B、C、D均为待定系数；

将其代入式(1)可得：

φ＝Arcosθ+Brsinθ+rθ(Ccosθ+Dsinθ)

又由弹性力学得知，任何应力函数加上一个线性函数，并不影响应力，所以可略去Arcosθ+Brsinθ＝Ax+By，则应力函数可写为：

φ＝rθ(Ccosθ+Dsinθ)

由应力函数求解应力分量可得：

其中，σ_r、σ_θ为极坐标下极径、极角方向上的正应力；τ_rθ则为切应力；

步骤2、考虑边界条件，求解待定系数；在原点O附近，任取一截面，如圆柱面abc，则在该圆柱面上，一定有这样的平衡力系，即是该截面和F合成平衡力系，于是列写平衡条件，得出待定系数：

即x，y方向合力为0，得平衡方程：

将式(2)中的第一式代入式(3)中，得：

将式(4)代入至极坐标向直角坐标的变换式中，得直角坐标下的应力分量为：

步骤3、求解位移分量；将直角坐标系下的应力分量方程(5)代入弹性力学中的物理方程中可得形变分量：

再将式(6)代入几何方程中，可得位移分量：

因为当中含有常数C不能确定；因此在基础的竖直方向即x轴方向最远处取基点B，可知其位移量u_xB＝0，则求出在竖直方向上，任意一点M对于基点B的相对位移：

相对位移Δu是关于x_B/x_M的对数函数，要使得Δu的变化率尽可能地的大，说明其变形位移衰减很快，在此时当作密实加筋层的高度h也等于x_M；已知x_B，也即是混凝土基础的浇灌深度，由图像可得在5＜x_B/x_M＜25之间，Δu近似呈现线性增长，变化率很小；x_B/x_M＜5时衰减速率有所上升，选取安全系数x_B/x_M＝2.5，当混凝土浇筑高度x_B＝6时，则需要在x_M＝2.4以上部分做加强筋处理；而2.4以下则采用稀疏布筋的方式；

可知，当基础高度x_B＝6时，x_M在2.4米以上为变形区域较大的部分做加强筋处理；不同的基础高度时，根据相对位移方程(8)调整；

由此，设计一种竖向非均匀布筋的重型机床复合基础。

2.根据权利要求1所述的一种非均匀加筋层的重型机床复合基础设计方法，其特征在于：竖向非均匀布筋的重型机床复合基础结构中，在地基开挖直到夯实后，位于基础底部的钢筋层可稀疏布置，因为基础底部所承受的应力较小；而愈往上施工，则需要密集布筋，因为基础在靠近机床立柱的部位受力较大；在该过程中，高度h由相对位移公式计算得出。