Принципы расчета оснований по предельным состояниям

 

1 предельное состояние – обеспечение условий невозможности потери несущей способности, устойчивости и формы.

2 предельное состояние – обеспечение пригодности к нормальной эксплуатации зданий и сооружений при недопущении деформаций сверх нормативных (потери устойчивости не происходит).

По 1 ПС расчет ведется всегда, по 2 (по тещиностойкости) – только для гибких фундаментов (ленточных, притных).

По 1 ПС расчеты ведутся, если:

1) на основание передается значительная горизонтальная нагрузка.

2) фундамент расположен на откосе или вблизи, или основание сложено крупнопадающими пластинами грунта.

3) основание сложено медленноуплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами с показателем водонасыщения S_r≥ 0.8 и к-нтом консолидации с_y≤10⁷cм²/год – прочность скелета грунта при нейтральном давлении.

4) основание сложено скальным грунтом.

Расчетное условие для 1 ПС:

F – расчетная нагрузка на основание,

F_u – сила предельного сопротивления основания,

γ_с = 0,8..1,0 – к-нт условий работы грунтового основания,

γ_n = 1,1..1,2 – к-нт надежности, зависит от назначения здания.

По 2 ПС – ведется всегда.

S ≤ Su – расчетное улови (при P ≤ R), где P – давление под подошвой фундамента.

R – расчетное сопротивление грунта.

 

 

№ 7 ЕМТИХАН БИЛЕТІ/ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ

1. Определение напряжений по подошве фундаментов

При взаимодействии фундаментов и сооружений с грунтами основания на поверхности контакта возникают контактные напряжения. Знание контактных напряжений необходимо как для расчета напряжений в основании, создаваемых сооружением, так и для расчетов самих конструкций.

Характер распределения контактных напряжений зависит от жесткости, формы и размеров фундамента или сооружения и от жесткости (податливости) грунтов основания. Различают три случая, отражающих способности сооружения и основания к совместной деформации:

1) абсолютно жесткие сооружения, когда деформируемость сооружения ничтожно мала по сравнению с деформируемостью основания, и при определении контактных напряжений сооружение можно рассматривать как недеформируемое;

2) абсолютно гибкие сооружения, когда деформируемость сооружения настолько велика, что оно свободно следует за деформациями основания;

3) сооружения конечной жесткости, когда деформируемость сооружения соизмерима с деформируемостью основания; в этом случае они деформируются совместно, что вызывает перераспределение контактных напряжений.

Характерными примерами абсолютно жестких конструкций являются массивные фундаменты под мостовые опоры, дымовые трубы, тяжелые прессы, кузнечные молоты и т. д., абсолютно гибких – земляные насыпи, днища металлических резервуаров и т. п. Большинство сооружений (плитные фундаменты, балки, ленточные фундаменты) по условиям работы конструкций имеют конечную жесткость.

Критерием оценки жесткости сооружения может служить показатель гибкости по М.И. Горбунову-Посадову

е ≈ 10 (El³/E_кh³), (8.1)

где Е и Е_к — модули деформации грунта основания и материала конструкции; l и h — длина и толщина конструкции.

Конструкция сооружения или фундамента считается абсолютно жесткой, если t≤1. В первом приближении жесткость конструкции можно оценить исходя из соотношения ее толщины и длины. При h/l>1/3 конструкция может рассматриваться как абсолютно жесткая.

уравнение изогнутой оси полосы записывают в виде

, (8.2)

 

где D = E_кI_к/(1 – v_к²) – цилиндрическая жесткость полосы; f(x) – интенсивность заданной на полосу нагрузки; р(х) – интенсивность неизвестной эпюры контактных напряжений. Напомним, что индекс «к» относится к конструкции; следовательно, Е_к и v_к – соответственно модуль упругости и коэффициент Пуассона материала полосы; I_к – момент инерции ее поперечного сечения.

В случае плоской деформации прогиб поверхности под действием сосредоточенной силы Р описывается уравнением

 

 

(8.4)

 

где С = Е/(1 – ν²) – коэффициент жесткости основания; х — координата точки поверхности, в которой определяется осадка; ζ — координата точки приложения силы Р; D — постоянная интегрирования. При определении прогибов поверхности от действия распределенной нагрузки уравнение (8.4) следует проинтегрировать по площади загружения.

2 Фундаменты на насыпных грунтах

Насыпной грунт – это совершенно особая категория грунта, что напрямую связано с разнородностью входящих в его состав характеристик. Определенные трудности при его разработке связаны с неравномерностью сжатия и уплотнения по истечении определенного периода времени, а также тех нагрузок, которые оказывают на него свое действие.

При этом абсолютно выполнима задача по созданию на таких грунтах фундаментов практически для любых зданий и сооружений. Каждому живущему на обрывистом берегу не раз приходила в голову мысль о том, чтобы все засыпать, разровнять и построить что-либо на этом месте.

Грунт насыпной – это, прежде всего, неоднородная почва, состоящая из множества компонентов. Как правило, в их число входят глина и шлак, песок и т.д. Отличительной особенностью, которая собственно и определяет характеристики данного грунта, является его пучинистость или способность увеличиваться в объеме в случае замачивания. Отсюда напрашивается следующий вывод – фундамент, который сооружается на насыпном грунте, в первую очередь должен выдержать нагрузки по вертикали, оказываемые на него почвой снизу.

Обеспечить максимально надежную и эффективную защиту фундамента, возведенного на таких грунтах, от тех разрушительных воздействий, которые поступают со стороны почвы, можно при помощи буронабивных свай, у которых на конце имеется расширение. По длине сваи выбираются согласно геологоразведочных данных и должны превышать, причем обязательно, ту глубину, на которую залегает насыпной слой. Это позволяет пройти насквозь ненадежный участок и погрузиться в более надежное основание, на которое собственно и придется весь объем оказываемой нагрузки. Слой, который может легко сместиться или сдвинуться, окажется незадействованным. В качестве защиты свай от опасности, которые несут на себе горизонтальные нагрузки, производимые все тем же пучинистым грунтом, выступит обратная засыпка песком имеющихся пазух. Повысить устойчивость позволит арматура, размещенная продольно в области подошвы самого ростверка. Она же сумеет погасить усилия на разрыв направленные горизонтально, которые действуют поперек направления самой арматуры.

Непременно следует учитывать тот факт, что в насыпном грунте присутствует глина, причем её увеличение приводит к повышению пластичности почвы. Из этого напрашивается вывод, что на осадку уйдет много времени. Стоит отметить, что из-за глины, присутствующей в почве, время осадки увеличивается как минимум в 2 раза. Поэтому говорить о полной усадке можно лишь по прошествии нескольких лет по окончании постройки.