Шпаргалка по "Механике грунтов"

Рис. 7.2. Схемы  к расчету осадки фундамента

а — методом   послойного   суммирования;   б — методом   линейно   деформируемого   слоя; 1— поверхность   планировки   подсыпкой;   2 — поверхность   природного   рельефа;  3 — подошва i-го  слоя  грунта;4 — нижняя  граница  сжимаемой  толщи

Зная р_о, определяют напряжения σ_zp на разных глубинах под центром площади загружения и строят эпюру σ_zp (рис. 7.2,а). Величина σ_zp с глубиной убывает, поэтому при расчете целесообразно ограничиваться толщей, ниже которой деформации грунтов пренебрежительно малы. Нормы рекомендуют для обычных грунтов принимать сжимаемую толщу Н_с до глубины, на которой напряжение σ’_zp не превышает 20 % природного напряжения, т. е.

                                                σ’_zp≤0.2 σ’_zg                                                                    (7.3)

где σ’_zg - природное вертикальное напряжение на глубине H_с.

При залегании  сильносжимаемых грунтов с модулем  деформации E₀ ≤ 5 МПа ниже глубины, соответствующей условию (7.3), деформации учитывают до

                                                σ’_zp≤0.1 σ’_zg      

С целью проверки выполнения условия (7.3) или условия (7.4) σ_zg строят эпюру в том же масштабе.

Найдя значения σ_zg в пределах сжимаемой толщи, последнюю разбивают на слои применительно к напластованию грунтов. При большой толщине отдельных пластов их делят на слои толщиной h_i не более 0,4b (где b— ширина подошвы фундамента). Зная среднее давление σ_zp,i в каждом слое сжимаемой толщи, находят осадки фундамента s в виде суммы осадок поверхностей отдельных слоев (см. формулу (7.1)): ;                                         (7.5); (7.6)

где п — число слоев грунта в пределах сжимаемой толщи; h_i — толщина i-го слоя грунта; т_Vi — коэффициент относительной сжимаемости i-го слоя грунта, β — коэффициент, зависящий от коэффициента бокового расширения грунта ν ; Е_0i — модуль деформации грунта i-го слоя.

 

В основу метода послойного суммирования положены следующие  допущения:

грунт в основании представляет собой сплошное, изотропное, линейно-деформированное тело;

осадка обусловлена  действием только напряжения σ_zp, остальные пять компонентов напряжений не учитываются;

боковое расширение грунта в основании невозможно;

напряжение σ_zp определяется под центром подошвы фундамента;

при определении  напряжения σ_zp различием в сжимаемости грунтов отдельных слоев пренебрегают;

фундаменты  не обладают жесткостью;

деформации  рассматриваются только в пределах сжимаемой толщи мощностью Н_с;

значение коэффициента β принимается равным 0,8 незавиcимо от характера грунта.

Достоинством метода послойного суммирования является его универсальность и ясность оценки работы грунта основания. Однако при использовании этого метода следует помнить о допущениях, принятых при его построении.

                           

Метод линейно –деформируемого  слоя

К. Е. Егоров решил  задачу о деформации упругого слоя грунта, лежащего на несжимаемом основании, под действием всех местных нагрузок. При этом были приняты следующие допущения:

грунт рассматриваемого слоя представляет собой линейно деформируемое тело;

деформации  в слое грунта развиваются под  действием всех компонентов напряжений;

осадка фундамента равна средней осадке поверхности слоя грунта, развивающейся под действием местной равномерно распределенной нагрузки;

фундамент не обладает жесткостью;

распределение напряжений в слое грунта соответствует задаче однородного полупространства, а жесткость подстилающего слоя учитывается поправочным коэффициентом k_с.

С учетом допущений получена формула осадки фундамент

                                                                                   (7.8)

где k — коэффициент, зависящий от формы подошвы фундамента и отношения  толщины слоя однородного грунта Н к ширине подошвы b, определяемый по СНиП 2.02.01—83; ν— коэффициент бокового расширения грунта; р — среднее давление по подошве фундамента, принимаемое без вычета природного давления на глубине его заложения; k_c — коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений при наличии жесткого подстилающего слоя; Ео — модуль деформации грунта.

Значение  коэффициента k_c зависит от отношения 2Н/b= ζ'’ [(где Н — мощность сжимаемой толщи) Для слоистого залегания грунтов (рис. 7.2,6) в СНиП 2.02.01—83 формула (7.8) приведена к виду:

                                                                                      (7.9)

где k_m- эмпирический коэффициент, принимаемый по СНиП 2.02.01—83,табл. 3,прилож. 2; k_i и k_i-1 — коэффициенты, принимаемые по СНиП 2.02.01—83, табл, 4, прилож. 2; E_0i — модуль деформации i - го слоягрунта.

Мощность сжимаемой  толщи H, в пределах которой следует учитывать деформации грунта основания, устанавливается по эмпирической формуле

                                                              H=(H₀+ψb)k_P                                                                              (7.10)

где b- ширина подошвы фундамента, м; k_P — коэффициент (принимается k_P = 0,8 при среднем давлении под подошвой фундамента р = 100 кПа; k_P = 1,2 при р = 500 кПа, при промежуточных значениях — по интерполяции): H₀ и ψ принимаются в зависимости от вида грунта;

Метод линейно  деформируемого слоя для определения  осадки обычно используется при ширине подошвы фундаментов более 10 м.

Расчет  осадки фундамента методом эквивалентного слоя грунта

Осадка фундамента при однородном грунте в основании 

Во многих случаях  осадки фундаментов можно рассчитывать простым методом эквивалентного слоя, разработанным Н. А. Цытовичем.

Основные допущения этого метода при мощном слое однородного грунта:

грунт однороден в пределах полупространства;

грунт представляет собой линейно  деформируемое тело, т. е, деформации его пропорциональны напряжениям;

деформации грунта в пределах полупространства принимаются по теории упругости.

По  (7.1):

- толщина эквивалентного слоя, - коэффициент эквивалентного слоя

                                                                                            (7.15)

 

5 Проектирование  оснований и фундаментов по  предельным состояниям.                                                                                            Основные положения. 

Основные положения.

Проектирование конструкций  сооружения  и их оснований осуществляется по предельным состояниям, которые подразделяются на две группы. Первая группа – по несущей способности – потеря устойчивости или формы, возможные виды разрушений, ползучесть или текучесть материала, чрезмерное раскрытие трещин и др. Вторая группа – по непригодности к нормальной эксплуатации.

Предельные состояния  оснований существенно отличаются от предельных состояний строительных конструкций, в том числе и самого фундамента, т.к. у них различные условия работы, а именно: материалы в строительных конструкциях и грунтов в основаниях; физико-механические свойства; критерии оценки прочности и деформативности оснований и возводимых на них фундаментов и надземных конструкций.

Предельными состояниями  основания считается такие, в  результате которых возникают предел. состояния самого сооружения.

Основной целью расчёта  по предельным сост. является: ограничение  усилий (I-я группа предел. сост.) F ≤ F_u  и деформаций (II-е пред.сост.) S ≤ S_u , чтобы они не наступили, т.е. была бы обеспечена в дальнейшем возможность эксплуатации зданий и сооружений.

По I- пред. сост. оценивается:

- надёжность конструкций  , из условия недопущения потери  общей устойчивости основания.

F – усилие от сооружения

       F_u – несущая способность основания

Если оцениваем по вертикальной составляющей несущей способности  N ≤ N_u ,

несоблюдение этого  условия не гарантирует, что может  быть допущена дальнейшая эксплуатация здания или сооружения.

По первому пред. сост. расчёт ведут в случаях:

– основание – скальный грунт

– если на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки, в том числе и сейсмические

– сооружение расположено  на откосе или в близи его

– сооружение расположено  на медленно уплотняющихся водонасыщеных

 грунтах

– при анкерных фундаментах

В остальных случаях оценка по II-му пред.сост., ограничивает нагрузки и они значительно меньше чем мы получили бы от использования условий по I-му предельному сост.

По II-му предельному состоянию оценивается:

Выполнение основного  условия S ≤ S_u, где

S – совместная деформация основания и сооружения, в том числе осадка или относительная разность осадок

S_u – предельно допустимая деформация или предельная относительная деформация

Условие S ≤ S_u – основное для II-го пред. сост., а значения S и S_u имеют обобщённое значение, т.е. средняя или max осадка, горизонтальные перемещения, относительная разность осадок , крен и т.п.

Величина S_u – предельное значение полученное в результате  строительного опыта, наблюдений и т. п. – берётся из норм, для принципиально новых зданий и сооружений назначается проектировщиками.

Проверка по II-му предельному состоянию и оценка согласно его критериев обязательны, кроме:

- под S подразумевается конечная стабилизирующаяся со временем деформация, однако расчёт по деформациям можно не делать , если давление под подошвой  не превышает расчётного сопротивления  (P≤ R₀), а сжимаемость грунтов в пределах здания , сооружения изменяется в ограниченных пределах.

- если инженерно-геологические  условия площадки соответствуют  области применения типового проекта.

 

6 Основные  принципы расчета оснований по  деформациям и по несущей способности.  Последовательность проектирования  фундаментов. 

Исходные  положения

После того как  задались типом и глубиной заложения фундамента (для одного из вариантов), определяют размеры его подошвы.

Рассмотренная ранее зависимость осадки фундамента от приложенной нагрузки позволяет выделить четыре фазы напряженного состояния грунтов оснований. Стремление к полному использованию несущей способности грунта, казалось бы, должно приводить к назначению размеров подошвы фундамента, сообразуясь с предельным давлением, при котором происходит выбор грунта основания. Однако это возможно лишь при возведении сооружений, не чувствительных к неравномерным осадкам, так как у остальных сооружений недопустимые неравномерности осадки, нарушающие их нормальную эксплуатацию, возникают уже при значительно меньших давлениях. Таким образом, главным положением при проектировании оснований, т. е. при выборе основных, размеров подошвы фундаментов, является ограничение неравномерностей осадок, приводящих к деформации конструкций сооружений. Именно этот основной принцип заложен в нормах проектирования оснований зданий и сооружений.

Расчет оснований  по деформации

Поскольку неравномерные  осадки сооружения могут вызвать появление в нем недопустимых деформаций или нарушить нормальные условия эксплуатации, приходится ограничивать величины неравномерности осадок. Это ограничение сводится к проверке условия

                                                      ∆s/L ≤ (∆s/L)_U или i ≤i _{U ,}                             (9.5)

где ∆s — разность между осадками соседних фундаментов, определяемая расчетом, в т. ч. с учетом фактора времени; L — расстояние между осями рассматриваемых соседних фундаментов; (∆s/L)_U — предельно допустимое значение относительной неравномерности осадки; i — крен сооружения по расчету; i_U — предельно допустимый крен сооружения.

Значения ∆s/L должны определяться с учетом совместной работы сооружения с фундаментами и основанием. Однако СНиП 2.02.01—83 допускает, если конструкции сооружения - не рассчитаны на усилия, возникающие в них при взаимодействии с основанием, находить (∆s/L)_U и i_U по прилож. 4 к этому СНиПу. Величина (∆s/L)_U зависит от чувствительности конструкций к неравномерным осадкам и от предъявляемых к сооружениям эксплуатационных требований (архитектурный об лик, работа транспорта и другого оборудования).