Перейти на главную страницу
где п − коэффициент перегрузки.
Расчет по деформациям ведут по нормативным нагрузкам, так как деформации протекают при длительном воздействии нагрузок, а временные перегрузки практически не отражаются на осадке.
Расчет по несущей способности ведут на действие расчетных нагрузок, так как временная перегрузка может принести к потере прочности.
Нагрузки в зависимости от длительности их действия делят на постоянные, временные длительные, кратковременные. Существуют особые нагрузки: сейсмические, ураганные, паводковые. Приняты следующие сочетания нагрузок: основные, дополнительные, особые. Сочетаний одного вида может быть несколько, поэтому для расчета берут самое невыгодное. Если его нельзя определить, то расчет ведут по нескольким сочетаниям.
При расчете оснований по деформациям пользуются основным сочетанием нагрузок. Расчет оснований по несущей способности выполняется на основное сочетание нагрузок и при наличии особых нагрузок − на основное и особое.
В расчетах оснований необходимо учитывать нагрузки от складируемого материала и оборудования, размещаемых вблизи фундаментов на отмостках и полах, устраиваемых непосредственно на грунте. Эти нагрузки принимаются по всей фактической площади загружения.
Усилия в конструкциях, вызываемые температурными воздействиями, при расчетах оснований по деформациям, как правило, не должны учитываться.
При расчете по предельным состояниям используют параметры (характеристики) механических свойств грунтов: угол внутреннего трения φ, удельное сцепление С, модуль деформации Ео.
Нормативное значение характеристики грунта, как правило, должно устанавливаться на основе непосредственных определений, выполняемых в полевых или лабораторных условиях для грунтов природного сложения, а также для грунтов искусственного сложения или происхождения.
За нормативное значение всех характеристик грунта (исключая удельное сцепление и угол внутреннего трения) принимают среднее арифметическое значение результатов частных определений. За нормативное значение удельного сцепления и угла внутреннего трения принимают параметры прямолинейной зависимости сопротивления срезу от давления, получаемые методом наименьших квадратов.
Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов Ао, которые определяются по формуле
где Аон − нормативное значение данной характеристики, устанавливаемое с соблюдением вышеуказанных требований;
Для предварительных расчетов оснований зданий и сооружений всех классов, а также для окончательных расчетов оснований и сооружений II...IV классов допускается определение нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов по их физическим характеристикам, если статистической обработкой массовых испытаний грунтов установлены зависимости между механическими (прочностными и деформационными) и физическими характеристиками грунтов.
1) назначения сооружения, его конструкции (наличия подвалов, подземных коммуникаций и др.);
2) величины и характера нагрузок;
3) глубины соседних фундаментов;
4) рельефа территории;
5) геологических условий;
6) гидрогеологических условий;
7) климатических условий (промерзание и т. п.);
8) для сооружений в руслах рек − возможности размыва.
Глубина фундамента должна быть достаточной для надежной работы основания из условий расчета по предельным состояниям и при необходимости исключения промерзания грунта под подошвой.
где σср – среднее давление на уровне подошвы.
Тогда σср можно определить как
.
Из размеров фундамента известно лишь d, поэтому выполним следующее
Тогда
откуда
При σср = R
Значение R для первого приближения берется по таблицам (Rо) в зависимости от наименования и состояния грунта [9]. Затем, определив А, находят b и l из А = Ы. Далее А уточняют, используя R, определенное по формуле
где γс1, γс2 − коэффициенты условий работы соответственно грунтового основания и здания во взаимодействии с основанием;
где hs − высота слоя грунта до низа конструкции пола в подвале;
Индекс II в формуле (10.4) означает, что ее использование предназначено при расчетах во второй группе предельных состояний.
При внецентренно загруженном фундаменте площадь подошвы определяют из условия:
σmax ≤ 1,2R. (10.6)
При этом необходимо также, чтобы σmin ≥ 0 и σср < R. Тогда можно записать
где Му − момент силы N, имеющей эксцентриситет е', Му = N е';
Переписав условие (10.6) в развернутом виде с использованием (10.4) и (10.7), можно его решить подбором, задаваясь b и l. Затем можно по b и l найти А. Если слагаемое Му /Wу меньше 20 % от слагаемого (N+Gф)/А, то расчет можно вести, как для центрально загруженного фундамента, но с проверкой условия σmax < R.
Расчет размеров подошвы фундамента завершают определением осадки и крена, которые не должны превышать допустимых, в противном случае размеры фундамента изменяют, повторяя расчет осадки или крена. Давление при этом уменьшится.
10.5. Жесткость фундамента
После определения размеров подошвы конструируют поперечный профиль фундамента так, чтобы была обеспечена его жесткость. При этом используется понятие "угол жесткости материала" − α. Необходимо, чтобы линия, проведенная под углом к вертикали через точку пересечения обреза фундамента с поверхностью стены (колонны и т. п.), не выходила через подошву фундамента и не пересекала очертания уступов фундамента (рис. 22).
Предельные значения угла жесткости для различных материалов:
1) для бетонной кладки lgα = 1,0;
2) для бутобетонной кладки lgα = 0.75;
3) для бутовой на цементном растворе lgα = 0,67.
Рис. 22. Конструкция жестких (а) и гибких (б) фундаментов:
1 – обрез; 2 − подошва.
Нарушение устойчивости грунтов в основании возможно при передаче фундаментами горизонтальных и выдергивающих нагрузок, при возведении сооружений на откосах и при неглубоком заложении фундаментов относительно пола подвала. В последнем случае выпор происходит в сторону подвала, особенно когда основание сложено насыщенными водой грунтами. Кроме того, возможно нарушение прочности скальных пород в основании. В связи с этим расчет по первой группе предельных состояний (по устойчивости или прочности) проводят в следующих случаях:
1) при передаче на основание значительных горизонтальных нагрузок;
3) при ограничении основания нисходящим откосом;
4) при сравнительно неглубоком наложении фундаментов (относительно пола подвала) при основании, сложенном насыщенными водой глинистыми грунтами, особенно мягкопластичной и текучепластичной консистенции;
5) при сложении основания скальными грунтами.
При расчете оснований по первой группе предельных состояний необходимо выполнение условия:
, (11.1)
где F − расчетная нагрузка на основание;
Различают следующие схемы разрушения:
1) симметричную схему;
2) глубинный сдвиг;
3) плоский сдвиг.
11.2. Симметричная схема разрушения
Этому случаю соответствуют условия, когда основание сложено однородными грунтами, находящимися в стабилизированном состоянии, и фундамент имеет плоскую подошву, а пригрузка с боков фундамента отличается не более, чем на 25 % (рис. 23).
Рис. 23. Симметричная схема разрушения.
Вертикальную силу предельного сопротивления грунта основания из нескальных грунтов, входящую и формулу (11.1), определяют из следующего выражения:
Fи = b′l′[Nу ξу b′ γ1 + Ng ξg γ′1 d + Nc ξc C1], (11.2)
где b′ и l′ − приведенные ширина и длина прямоугольного фундамента, b' = b – 2lb; l' = l – 2l1, (lb, l1, − соответственно эксцентриситеты равнодействующей нагрузки, приложенной в направлении поперечной и продольной осей фундамента;
Здесь используют графоаналитический метод, основанный на построении круглоцилиндрических поверхностей скольжения. При этом надо найти положение центра и радиус наиболее опасной дуги окружности. В этом методе сравнивают суммарный момент сдвигающих сил с суммарным моментом удерживающих сил:
где Кг.с. − коэффициент запаса устойчивости на сдвиг.
Схема разрушения изображена на рис. 24.
Центром вращения вначале задаются и для полученной кривой скольжения определяют моменты, в которых удерживание осуществляется силами трения и силами сцепления. Все остальные силы записывают в сдвигающие со знаками "плюс" или "минус" в зависимости от того, способствуют они сдвигу или препятствуют.
Для нахождения наиболее опасной поверхности скольжения строят в зоне центров эпюры коэффициентов запаса и определяют центр наиболее опасной поверхности. Коэффициент запаса должен быть не менее, чем 1,1...1,3. В противном случае увеличивают глубину заложения фундамента или его ширину. Может быть запроектировано и искусственное основание.
Рис. 24. Разрушение основания по цилиндрической поверхности.
где Кп.с. – коэффициент запаса, Кп.с.= 1,2.
Если действующие силы отклонены от горизонтали, то определяются их вертикальные и горизонтальные проекции. Сопротивлением сдвигу является трение кладки фундамента о грунт, значение которого определяют по коэффициенту трения на основании справочных данных.
Рис. 25. Схема плоского сдвига.
Следует отметить, что при расположении поверхности грунтовых вод выше подошвы фундамента часть егo кладки будет испытывать взвешивающее действие воды. В этом случае кладку фундамента выгоднее расположить выше.
Основное условие расчета по деформациям:
где S − расчетная величина конечной совместной деформации сооружения и оснований;
Предельная допустимая деформация ycтанавливается нормами проектирования. Деформации в данном случае могут характеризоваться:
Нижнюю границу активной сжимаемой зоны берут на такой глубине, ниже которой можно пренебречь деформациями грунта. Условно принимают границу на глубине, где максимальное значение дополнительного давления от сооружения достигает 0.2 природного. Для гидротехнических сооружений − 0.5 природного. При этом дополнительным давлением называют давление в грунте от действия веса сооружения, возникающее сверх природного.
Для определения нижней границы сжимаемой зоны делают следующее:
Если граница находится и грунте с Е ≤ 5 МПа или этот грунт находится непосредственно ниже границы, то его включают в активную зону.
Наиболее распространены первые два метода. Кроме того, первый метод рекомендуется строительными нормами. Сущность его в следующем.
Считается, что грунт не испытывает бокового расширения и фундамент жесткий. Тогда определяется следующий порядок расчета:
послойного суммирования:
1 − уровень грунтовых вод; 2 − нижняя граница сжимаемой толщи;
3 − эпюра природного давления; 4 − эпюра дополнительного давления;
5 − вспомогательная эпюра (0,2 от природного давления).
2) сжимаемую толщу делят на элементарные слои, однородные по физическим и механическим свойствам, по изменению давления (нет переломов эпюры). При этом толщина элементарного слоя не должна превышать 0,4 ширины фундамента;
3) определяют общую осадку фундамента как сумму осадок элементарных слоев:
где п − число слоев;
Формула (12.2) может быть записана не через аo, а через Ео, так как между ао и Ео существует связь:
где β принимается равным 0,8.
Тогда формула (12.2) будет иметь вид
. (12.4)
12.4. Метод эквивалентного слоя
Наиболее точные результаты этот метод дает для небольших фундаментов на однородном основании, а на слоистом − когда грунты слоев мало отличаются по сжимаемости.
Сущность метода в следующем. Грунт основания условно принимают в виде слоя такой мощности hэ, сжатие которого при условно постоянном дополнительном давлении по глубине дает осадку, равную осадке грунта при реальном изменении дополнительного давления по глубине. Этот слой называют эквивалентным. Высоту его находят по формуле
где А = (l − μ)2 /(l − 2μ) − коэффициент, зависящий от коэффициента бокового расширения μ;
Приведенные методы расчета осадки обеспечивают достаточную точность прогноза осадки. При этом метод эквивалентного слоя в условиях, указанных выше, является более удобным. Метод послойного суммирования является более точным, но требует большого объема вычислений.
Рис. 27. Схема к расчету крена фундамента.
Крен поперечной оси, как
Крен круглого фундамента, как
В приведенных трех формулах:
Для условий одномерной задачи (т.е. вертикальной деформации) осадка во времени на основе теории фильтрационной консолидации равна
где Si – полная осадка;
Существуют и эмпирические формулы для определения Si Так, определение нестабилизированной осадки гидротехнических сооружений производят по формуле ВОДГЕО:
где S – конечная осадка;
где σбII – бытовое давление на глубине II кровли слабого слоя;
II – глубина подошвы условного фундамента.
При этом bу определяется но формуле
, (12.12)
, (12.13)
, (12.14)
где l, b – длина и ширина реального фундамента;
При невыполнении условия (12.11) размеры фундамента увеличивают, или устраивают искусственное основание, или используют другие мероприятия (гл. 9).
Целью пособия является помощь в изучении основных положений дисциплины, особенно в условиях ограниченности учебного времени или при заочной форме обучения
14 09 2014
6 стр.
Услов: Механика 1, Механика 2, Математика 1, Математике 2, Механика флуида, Термодинамика
25 09 2014
1 стр.
Пдк. Нефтяное загрязнение почв и грунтов относится к числу наиболее опасных, поскольку оно принципиально изменяет их свойства, а очистка от нефтепродуктов процесс весьма трудоёмкий
25 09 2014
1 стр.
В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: механика и термодинамика сплошных сред, теория упругости, теория пластичности, теория вязкоупругости, теория ползучести,
09 10 2014
1 стр.
В основу данной программы положены следующие дисциплины: механика, теория поля, электродинамика и механика сплошных сред, квантовая механика, статистическая физика, квантовая теори
18 12 2014
1 стр.
Ал физикалық білім берудің ерекшелігіне әрбір оқушының, оның ішінде пәнге ерекше ықылас пен қабілеттілік байқатқан оқушылардың қажеттілігін қанағаттандыруға мүмкіндік туғызатын оқы
25 12 2014
4 стр.
08 10 2014
4 стр.
В основу данной программы положены следующие дисциплины: механика, теория поля, электродинамика и механика сплошных сред, квантовая механика, статистическая физика, квантовая теори
18 12 2014
1 стр.