[發(fā)明專利]一種非均勻加筋層的重型機床復(fù)合基礎(chǔ)設(shè)計方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910269045.1 | 申請日： | 2019-04-04 |
| 公開（公告）號： | CN110059382B | 公開（公告）日： | 2022-11-29 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 劉志峰;許鑫鵬;程強;田楊;張濤 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京工業(yè)大學(xué) |
| 主分類號： | G06F30/13 | 分類號： | G06F30/13 |
| 代理公司： | 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203 | 代理人： | 沈波 |
| 地址： | 100124 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 均勻 加筋層 重型 機床 復(fù)合 基礎(chǔ) 設(shè)計 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種非均勻加筋層的重型機床復(fù)合基礎(chǔ)設(shè)計方法，本方法對傳統(tǒng)的機床基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計，避免傳統(tǒng)基礎(chǔ)的底部結(jié)構(gòu)剛度過剩所造成花費巨額提高的弊端，并能保證基礎(chǔ)的承載能力。本發(fā)明所采用的方法求解出基礎(chǔ)內(nèi)部的各點的位移分量，實現(xiàn)復(fù)合基礎(chǔ)的澆筑建設(shè)。重型數(shù)控機床系統(tǒng)分為三個部分，即上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基。而地基基礎(chǔ)的開挖與澆灌所產(chǎn)生的費用甚至要高出機床本身的價格，所以有必要研究地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而在保證基礎(chǔ)剛度滿足機床加工要求的情況下，盡可能地減少開支。本發(fā)明采用底部稀疏布置加筋層的方式，一方面保證混凝土對機床加工時的承載能力，另外一方面通過減少底部加筋層而縮減機床基礎(chǔ)的建造開支。
技術(shù)領(lǐng)域
本專利涉及重型機床-地基基礎(chǔ)的設(shè)計施工領(lǐng)域，尤其針對于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計研究領(lǐng)域，也可應(yīng)用到小型實驗設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)
近幾年來，隨著國務(wù)院實施多個重點專項計劃，政府持續(xù)加大對航空航天、核電風(fēng)電、鐵路機車、船舶艦艇、交通運輸?shù)戎攸c工程的資金與人力投入力度。工程設(shè)備的關(guān)鍵零部件均為大尺寸、重噸位、高精度工件，要想承接加工這樣的典型零件，就必須開發(fā)高水平的大型、重型、超重型數(shù)控機床。重型數(shù)控機床系統(tǒng)分為三個部分，如圖1所示，即上部結(jié)構(gòu)(龍門機床1)、基礎(chǔ)2和地基3，通常將地基3看作彈性半空間體。而地基基礎(chǔ)的開挖與澆灌所產(chǎn)生的費用甚至要高出機床本身的價格，所以有必要研究地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而在保證基礎(chǔ)剛度滿足機床加工要求的情況下，盡可能地減少開支。
傳統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖2所示，由三部分組成，4為混凝土，5為橫向網(wǎng)狀加筋層，6為縱向網(wǎng)狀加緊層。5和6通常用方形折彎鋼筋焊接固定。通常地基的開挖深度達(dá)到6-8m，也即是基礎(chǔ)的澆灌深度。而基礎(chǔ)的長度不一，少則15m，多則達(dá)80m。而在這樣的基礎(chǔ)內(nèi)鋪上密實的網(wǎng)狀加筋層，花費巨大。本次發(fā)明的新型重型機床基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以在保證機床加工精度的前提下，通過對基礎(chǔ)底部采用稀疏布筋的方式，從而實現(xiàn)機床基礎(chǔ)建造開支的縮減。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，對傳統(tǒng)的機床基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計，避免傳統(tǒng)基礎(chǔ)的底部結(jié)構(gòu)剛度過剩所造成花費巨額提高的弊端，并能保證基礎(chǔ)的承載能力。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的方法求解出基礎(chǔ)內(nèi)部的各點的位移分量，實現(xiàn)復(fù)合基礎(chǔ)的澆筑建設(shè)。該方法包括如下流程：
步驟1、求解基礎(chǔ)內(nèi)部的應(yīng)力分量。假設(shè)基礎(chǔ)邊界上受法向集中力F的作用，也即是龍門機床將自身重力通過其兩邊立柱施加于基礎(chǔ)上的力，如圖4所示。
應(yīng)力函數(shù)φ為：
φ＝rf(θ) (1)
其中，r——極徑；
θ——極角；
將其帶入極坐標(biāo)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均為待定系數(shù)；
將其代入式(1)可得：
φ＝Arcosθ+Brsinθ+rθ(Ccosθ+Dsinθ)
又由彈性力學(xué)得知，任何應(yīng)力函數(shù)加上一個線性函數(shù)，并不影響應(yīng)力，所以可略去Arcosθ+Brsinθ＝Ax+By，則應(yīng)力函數(shù)可寫為：
φ＝rθ(Ccosθ+Dsinθ)
由應(yīng)力函數(shù)求解應(yīng)力分量可得：
如圖4標(biāo)明，其中，σr、σθ為極坐標(biāo)下極徑、極角方向上的正應(yīng)力；τrθ則為切應(yīng)力。
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