При расчете гибких фундаментов применяются различные теории, которые учитывают динамические и статические нагрузки, а также взаимодействие фундамента с грунтом. Одной из наиболее распространенных является теория пластификации, позволяющая анализировать поведение материалов под нагрузкой и учитывать нелинейные деформации. Также используется метод конечных элементов, который предоставляет возможность детализированного моделирования и учета сложных геометрических и механических характеристик.
Кроме того, теория ЕС-Geometry и методом эквивалентных оснований также находят свое применение, позволяя моделировать деформации и механические свойства фундаментов в условиях вибрационных воздействий. Эти подходы совместно обеспечивают более точный расчет и прогнозирование поведения гибких фундаментов в различных инженерных задачах.
Исследование и расчет несущей способности гибких железобетонных фундаментов методом предельного анализа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.02, кандидат технических наук Устинова, Ольга Евгеньевна
Оглавление диссертации кандидат технических наук Устинова, Ольга Евгеньевна
1. Обзор и критический анализ методов расчета несущей способности гибких железобетонных фундаментов.
2. Проблемы использования полученных в сдвиговых испытаниях параметров прочности плотного песчаного основания для определения его несущей способности.
2.1. Обработка результатов различных авторов по экспериментальному исследованию прочностных характеристик песчаной среды и несущей способности песчаных оснований в модельных испытаниях.
2.2. Решение проблемы несоответствия теоретических и экспериментальных величин несущей способности плотного песчаного основания.
2.3. Формула предельных давлений для кусочно-линейного условия текучести.
3. Нижние оценки несущей способности прямоугольного железобетонного фундамента на грунтовом основании.
3.1. Метод получения нижних оценок несущей способности железобетонных фундаментов.
3.2. Нижние оценки несущей способности для квадратных, прямоугольных, центрально- и внецентренно нагруженных гибких фундаментов, неодинаково армированных по длине и ширине.
3.2.1. Квадратный железобетонный фундамент.
3.2".2. Зависимость нижней оценки несущей способности квадратного фундамента от параметров системы «фундаментоснование».
3.2.3. Нижние оценки несущей способности прямоугольных железобетонных фундаментов и зависимость их от параметров системы «фундамент — грунтовое основание».
4. Развитие программного комплекса по расчету предельных состояний систем "железобетонный фундамент — грунтовое основание" (ПК "ПРЕСС").
4.1. Состояние программного комплекса "ПРЕСС".
4.2. Разработка программных модулей "Нижние оценки несущей способности для прямоугольных железобетонных фундаментов" и «расчет осадки».
4.2.1. нижние оценки несущей способности для прямоугольных железобетонных фундаментов.
4.2.2. расчет осадки фундамента на упругопластичёском основании.
4.3. Разработка программных средств взаимодействия ПК "ПРЕСС" и инженера-проектировщика.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Основания и фундаменты, подземные сооружения», 05.23.02 шифр ВАК
Оценки несущей способности системы "фундамент — грунтовое основание" и оптимизация проектных решений 1998 год, доктор технических наук Дыба, Владимир Петрович
Разработка методов расчета и принципов конструирования сборных плитных фундаментов и подпорных стен и их экспериментальное обоснование 2011 год, доктор технических наук Евтушенко, Сергей Иванович
Исследование, проектирование и оптимизация параметров фундаментов каркасных зданий 2004 год, кандидат технических наук Анищенко, Евгений Юрьевич
Оценка взаимодействия фундаментов с грунтом и совершенствование методов их проектирования 2002 год, доктор технических наук Криворотов, Александр Петрович
Исследование взаимодействия грунтового основания и ленточных фундаментов и оптимизация проектных решений 1998 год, кандидат технических наук Скибин, Геннадий Михайлович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и расчет несущей способности гибких железобетонных фундаментов методом предельного анализа»
Развитие строительных наук привело к общепризнанному в настоящее время положению [1, 2] о том, что строительные конструкции, а также основания фундаментов, рассчитываются по двум группам предельных состояний: по первой группе — по несущей способности; по второй группе — по деформациям. Железобетонный фундамент, как железобетонная конструкция, рассчитывается по прочности и раскрытию трещин. I
Основы современной теории расчета оснований созданы К. Терцаги [3],
Н.М. Герсевановым [4], В.А. Флориным [5] и H.A. Цытовичем [6, 7].
Расчет фундаментов, работающих на изгиб, должен проводиться с учетом совместной работы конструкции фундамента и грунтового основания.
В условиях упругости и фундамента и основания методы расчета разрабатывались Винклером, Б.Н. Жемочкиным [8], М.И. Горбуновым!
Посадовым [9, 10] и многими другими.
Однако в рамках теории упругости найти разрушающую систему «железобетонный фундамент — грунтовое основание» силу нельзя, и расчет по первому предельному состоянию в рамках традиционных представлений проблематичен.
Поиск разрушающей силы возможен в рамках теории идеальной пластичности, используемой непосредственно или в виде предельной поверхности текучести в моделях с упрочнением. Несущая способность может быть оценена сверху и снизу на основании экстремальных свойств предельных состояний текучести [11].
Идеи A.A. Гвоздева развивались в науках о прочности многими зарубежными и отечественными авторами. В области оснований и фундаментов, в частности, указанный метод развивал В.П. Дыба [12].
В настоящее время предельный анализ [13] превратился в хорошо разработанный математический инструмент для расчета строительных и механических конструкций по первому предельному состоянию.
Согласно предельному анализу статически допустимое поле напряжений, отличное от точного, построенное и в основании и в теле фундамента является глобальным критерием прочности, указывающим, что прочность системы еще сохраняется. С другой стороны, построенному кинематически допустимому полю скоростей, отличному от точного, удовлетворяющему закону текучести, соответствует нагрузка, превышающая I предельное состояние системы «гибкий железобетонный фундамент — грунтовое основание».
Использование предельного анализа для расчета гибких железобетонных фундаментов по первому предельному состоянию имеет решающее преимущество по сравнению с использованием результатов численного эксперимента на основе МКЭ, рассчитывающего эволюцию напряженно-деформированного состояния системы во всем интервале нагрузок. В первом случае требуются лишь прочностные характеристики арматуры, бетона и результаты стандартных испытаний грунта на срез. Во втором случае требуется привлекать сложные модели грунта, которые содержат не только числовые параметры, но и экспериментально определяемые функции. Следовательно, использование предельного анализа в расчетах по первому предельному состоянию является актуальным.
Полученные с помощью предельного анализа формулы и программные средства на основе предельного анализа должны быть апробированы с помощью экспериментальных данных.
В ЮРГТУ под руководством Ю.Н. Мурзенко [14], в созданной им научной школе, проводились серии лотковых испытаний гибких железобетонных фундаментов на плотном песчаном основании
A.A. Цесарский, А.Ю. Мурзенко, С.И.1 Евтушенко и др. [15]). Результаты этих опытов отвечают всем требованиям, необходимым для проверки технических I выводов.
Цель диссертационной работы — развитие ресурсосберегающих методов расчета железобетонных фундаментов по первому предельному состоянию на основе предельного анализа систем.
Научная новизна работы:
Разработан новый метод расчета гибких железобетонных фундаментов по первому предельному состоянию. ‘
Получено аналитическое решение о предельном состоянии основания для билинейной поверхности текучести.
Получены аналитические нижние оценки несущей способности системы «гибкий железобетонный фундамент — грунтовое основание».
Развит и доведен до практического внедрения программный комплекс «ПРЕСС» для расчетов строительных конструкций, взаимодействующих с грунтом, по первому предельному состоянию.
Достоверность новых результатов обеспечивается строгостью постановки задач, использованием 1 общепринятых методов и законов механики сплошной среды, получением результатов в аналитической форме, проверкой технических результатов данными многих лотковых испытаний гибких железобетонных фундаментов других авторов.
Практическая ценность работы.
Несущая способность согласно СНиП 2.02.01-83* обеспечивается с запасом согласно пункту 2.58: Y
Для гибких железобетонных фундаментов в качестве Ри следует принимать найденные нижние оценки несущей способности системы «фундамент — основание» КГ*.
Нижние и верхние оценки несущей способности образуют «коридор», в который должно попадать значение разрушающей нагрузки, полученное в численном эксперименте. Это позволяет контролировать численные расчеты.
Программный комплекс «ПРЕСС» дает проектировщику возможность получать как верхние, так и нижние оценки несущей способности ленточных и прямоугольных, гибких и жестких железобетонных фундаментов, а также рассчитывать осадку для гибких фундаментов на основаниях с развитыми областями предельного напряженного состояния.
Решение о предельном состоянии основания для билинейной поверхности текучести позволяет уменьшить несоответствие между теоретическими и экспериментальными значениями несущей способности I плотного песчаного основания, о чем было доложено в ходе научной дискуссии в журнале «Основания, фундаменты и механика грунтов».
Основные положения диссертационной работы доложены на международной научно-практической конференции (Ростов-на-Дону, 1997), внутривузовских конференциях кафедр строительного профиля и кафедре ВМ НГТУ (1997 — 2000 г.г.). Результаты работы использованы в учебном процессе по специальности 29.03 ПГС САПР. ;
Результаты исследований переданы для апробации на практике в проектный институт АО «СевкавНИПИагропром» г. Ростова — на — Дону.
По материалам исследования I диссертации написаны и читаются студентам V курса специальности ПГС САПР специальный курс «Несущая способность систем «фундамент — грунтовое основание»».
ПК «ПРЕСС» используется на кафедре САПР ОСФ в учебных, проектных и научных работах.
ПК «ПРЕСС» передан в ООО НПФ «Изыскатель» для апробации в проектной работе.
На защиту выносятся: новый .метод расчета и формулы: нижних оценок несущей способности гибких железобетонных фундаментов; решение о предельном состоянии основания, среда которого обладает билинейной поверхностью текучести; анализ несоответствия нормативных расчетов несущей способности плотного песчаного основания; развитый программный комплекс по расчету предельных состояний пластических систем (ПК «ПРЕСС»).
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, включающего 75 наименований. Полный объем диссертации -125 страниц, включая 36 рисунков и 8 таблиц.
Похожие диссертационные работы по специальности «Основания и фундаменты, подземные сооружения», 05.23.02 шифр ВАК
Экспериментальное исследование несущей способности песчаного основания при вертикальной нагрузке на незагубленные штампы. 1963 год, Криворотов, А. П
Исследования работы песчаного основания ленточного фундамента с ломаным очертанием опорной плиты 2010 год, кандидат технических наук Крахмальный, Тимофей Александрович
Прочность глинистых и песчаных грунтовых оснований прямоугольных в плане фундаментов с учетом зависимости механических свойств грунта от напряженного состояния 2011 год, кандидат технических наук Бессонов, Виталий Викторович
Работа железобетонных фундаментных плит на грунтовом основании 1983 год, кандидат технических наук Политов, Сергей Иванович
Моделирование состояния городской застройки в целях обеспечения эксплуатационной надежности оснований и фундаментов, зданий и сооружений при подтоплении 2005 год, доктор технических наук Скибин, Геннадий Михайлович
Ф можно ли с помощью классификационных показателей оценить прочность и сжимаемость нескальных грунтов основания?
Главная / Документ / Ф можно ли с помощью классификационных показателей оценить прочность и сжимаемость нескальных грунтов основания?
Понравилось? Поделитесь с друзьями!
Ф.11.7. Как производится расчет фундамента на сдвиг по его подошве?
Расчет фундамента на сдвиг по подошве производится исходя из условия
где 
и 
суммы проекций на плоскость скольжения соответственно расчетных сдвигающих и удерживающих сил, определяемых с учетом активного и пассивного давления грунта на боковые грани фундамента; c и n те же, что и в формуле (Ф.11.3).
Сумма удерживающих сил определяется из выражения
а сумма сдвигающихся сил равна:
где F v нормальная к плоскости скольжения составляющая расчетной нагрузки на фундамент (рис.Ф.11.7); U гидростатическое противодавление (при уровне грунтовых вод выше подошвы фундамента); A площадь подошвы фундамента; F h касательная к плоскости скольжения составляющая нагрузки на фундамент; E p и E a равнодействующие пассивного и активного давлений грунта.
Рис.Ф.11.7. Схема к расчету фундамента на сдвиг по подошве:1 — поверхность сдвига; 2 — направление выпора грунта
Равнодействующая пассивного давления грунта на вертикальную грань фундамента составляет
Равнодействующая активного давления
где d 2 глубина заложения фундамента со стороны возможного выпора грунта; p коэффициент пассивного давления грунта
d 1 глубина заложения фундамента со стороны противоположной возможному выпору грунта вверх; a коэффициент активного давления грунта
Величины приведенных высот за счет влияния сцепления в грунте
В ряде случаев для большей безопсности в формуле для пассивного давления не учитывается, т.е. считается, что =0.
Ф.11.8*. Имеются ли различия в расчете несущей способности оснований фундаментов с горизонтальной и наклонной подошвами?
Фундаменты с наклонной подошвой применяются вместо фундаментов с горизонтальной подошвой в тех случаях, когда для последних не выполняется второе условие Ф.11.6.
При определении предельного сопротивления основания фундаментов с наклонной подошвой применяют формулу Ф.11.5, но входящие в формулу коэффициенты N , N q , N c определяются с учетом угла наклона подошвы фундамента к горизонту.
Ф.11.9. В каких случаях применяются графоаналитические методы расчета несущей способности основания?
Графоаналитические методы расчета несущей способности применяются в тех случаях, когда отсутствуют аналитические решения. Одним из таких методов является метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения.
Этот метод используется в случаях, если:
основание сложено неоднородными грунтами;
пригрузка со стороны, противоположной возможному выпору грунта основания, больше 0,5 R ;
фундаменты расположены на откосе, вблизи откоса или под откосом.
Ф.11.10. В чем отличие методов расчета несущей способности однородного и многослойного оснований?
Расчет несущей способности однородных оснований выполняется с использованием аналитических решений по формуле п.Ф.11.5. Во всех других случаях, в том числе и для многослойных оснований, используются инженерные методы расчета, одним из которых является метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения.
Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения применяется только для случаев наклонной равнодействующей нагрузки на фундаменты или при центральной нагрузке, но с расположением фундамента на откосе.
Ф.11.11*. Как определить несущую способность двухслойного основания?
Если на фундамент действует вертикальная нагрузка, а основание сложено двумя слоями с согласным напластованием, то определять несущую способность рекомендуется следующим образом.
При расчете двухслойного основания (рис.Ф.11.11) сила предельного сопротивления основания ленточного фундамента определяется по формуле
где N 1,2 коэффициент несущей способности, зависящий от H/b и .
Рис.11.11. К расчету несущей способности двухслойного основания
Ф.12. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИБКИХ ФУНДАМЕНТОВ
Версия для печати
Ф.12.1. Как можно подразделить сооружения по жесткости?
Условно здания и сооружения подразделяются на абсолютно жесткие, конечной жесткости и гибкие. Гибкие сооружения, передавая нагрузку на основания, следуют за осадкой, которая может быть различной в разных точках основания. При таком деформировании в них не возникает практически никаких дополнительных усилий и разрушений.
Как правило, конструкции таких зданий имеют статически определимую схему. Подавляющее число зданий обладает конечной жесткостью. Для них приходится регламентировать не только величины осадок, но и их неравномерность, потому что неравномерность осадок вызывает появление дополнительных усилий в конструкциях, которые могут нарушить их прочность. Абсолютно жесткие сооружения при деформациях здания не изгибаются, а дают осадку как единый массив, и плоская подошва сооружения после деформации основания остается плоской, но возможны лишь вертикальные оседания и наклон сооружений.
Ф.12.2. Каким образом можно учесть совместную работу сооружения и его основания?
Совместную работу основания и сооружения, обладающего конечной жесткостью, возможно учесть, используя схему с упругооседающими опорами. В "абсолютно" гибких сооружениях нагрузки, передающиеся основанию, считаются неизменными при деформировании основания, и совместная работа основания и сооружения оценивается лишь предельными значениями средних осадок и их неравномерности (относительной разности). Для абсолютно жестких сооружений регламентируются их осадка и крен.
При расчете сооружений конечной жесткости учитывается не только жесткость фундамента, но и всего сооружения в целом.
Ф.12.3. В чем отличие гибких фундаментов от жестких фундаментов?
К категории жестких относятся фундаменты, которые вследствие своих конструктивных особенностей практически не изгибаются под действием внешних нагрузок. Принимается, что реактивное давление по подошве жестких фундаментов определяется без учета их изгиба и изменяется по линейному закону (рис.Ф.12.3,а) как по длине, так и ширине фундамента.
Гибкие фундаменты обладают способностью изгибаться в одном или обоих направлениях подошвы. Реактивные давления по подошве определяются исходя из совместной работы фундамента и основания и зависят от прогиба фундамента (рис.Ф.12.3,б).
Рис.Ф.12.3. Распределение реактивных давлений по подошве фундаментов: а — жесткие фундаменты; б — гибкие фундаменты
Ф.12.4. Какие типы фундаментов относятся к категории гибких?
К гибким могут быть отнесены фундаменты, у которых отношение высоты к их длине слставляет менее 1/3. Такими фундаментами являются:
ленточные фундаменты под колонны гражданских и промышленных зданий (см.рис.Ф.9.12,е);
сплошные железобетонные плиты высотных зданий, элеваторов, градирен, атомных и тепловых электростанций (рис.Ф.9.12,о,р);
фундаменты из перекрестных лент (рис.Ф.9.12,ж);
коробчатые фундаменты (рис.Ф.9.12,н);
кольцевые фундаменты дымовых труб (рис.Ф.9.12,п).
Ф.12.5. Как определяются предварительные размеры гибких фундаментов?
Предварительные размеры фундаментов в плане и по высоте находят как для жесткой фундаментной балки шириной b = 1 м и длиной 2 l исходя из линейного распределения реактивных давлений по подошве фундамента (рис.Ф.12.5).
где N сумма всех вертикальных нагрузок на фундамент; A площадь подошвы фундамента; M момент всех сил относительно центра тяжести подошвы фундамента.
Определив реактивное давление, находим изгибающий момент в каждом сечении фундамента.
По величине найденного максимального момента определяют необходимый по условию прочности момент сопротивления фундамента, а по нему требуемые сечение и жесткость E I .
Ф.12.6. Какие теории применяются при расчете гибких фундаментов?
При расчете гибких фундаментов совместно с грунтовым основанием применяются две теории:
теория местных упругих деформаций, основанная на гипотезе Винклера-Циммермана;
теория общих упругих деформаций, основанная на гипотезе упругого полупространства.
Теория местных упругих деформаций основана на гипотезе прямой пропорциональности между давлением и местной осадкой:
где s упругая осадка грунта в месте приложения давления интенсивностью p в рассматриваемой точке; k s коэффициент упругости основания, именуемый "коэффициентом постели".
Из приведенного выражения следует, что осадка поверхности основания возникает только в месте приложения давления p и поэтому модель грунта можно представить в виде совокупности отдельно стоящих пружин (рис.Ф.12.6,а).
В действительности на реальном грунтовом основании понижение поверхности наблюдается и за пределами нагруженного участка (рис.Ф.12.6,б), образуя упругую лунку. Кроме того, коэффициент постели не учитывает размеров подошвы фундамента и не является постоянной величиной для данного грунта. Как показали исследования, данная гипотеза дает достаточно достоверные результаты для слабых грунтовых оснований.
Рис.Ф.12.6. Деформация поверхности грунта основания: а — по теории местных упругих деформаций; б — по теории общих упругих деформаций
Теория общих упругих деформаций основана на гипотезе упругого полупространства, согласно которой основание работает как сплошная однородная упругая среда, ограниченная сверху плоскостью и бесконечно простирающаяся вниз и в стороны. Деформационные свойства упругой среды характеризуются величиной модуля деформации, который не зависит от величины нагрузки под подошвой фундамента, в отличие от коэффициента постели. При нагружении такого упругого основания деформации имеют место не только в месте приложения нагрузки, но и за ее пределами (рис.Ф.12.6,б), что и наблюдается под реальными фундаментами.
Деформация упругого основания по теории общих упругих деформаций определяется с использованием решений теории упругости.
Ф.12.7. Влияет ли конструкция фундамента на использование имеющихся решений теории упругости для определения деформации поверхности основания?
Все конструкции фундаментов условно можно разделить на три группы по характеру напряженно-деформированного состояния грунта в их основании:
1. Фундаментные балки, имеющие достаточно большую длину и нагрузку, которая не изменяется от сечения к сечению. Основание под такими фундаментами находиться в условиях плоской деформации, так как если вырезать полосу шириной b (рис.Ф.12.7,а) в поперечном направлении, то грунт основания будет находится в аналогичных условиях с любой соседней подобной полосой. Все деформации грунта основания возникают только в плоскости приведенной схемы.
2. Фундаменты дымовых труб, газгольдеров, градирен, имеющие круглое очертание в плане, передают на основание нагрузки, которые вызывают осесимметричное напряженно-деформированное состояние в грунте основания (рис.Ф.12.7,б).
Рис.Ф.12.7. Условия работы грунта основания: а — плоская деформация; б — осесимметричная деформация; в,г — пространственная деформация
3. Конструкции фундаментов, в основании которых грунт находится в условиях пространственного напряженно-деформированного состояния. Такие фундаменты применяются в большинстве случаев в конструкциях элеваторов, атомных и тепловых электростанций и представляют собой прямоугольные или квадратные плиты. Деформации грунта основания различны по всем трем направлениям (рис.Ф.12.7,в,г).
Исходными уравнениями деформаций основания в теории общих упругих деформаций являются:
для случая плоской деформации решение Фламана
для случая пространственной и осесимметричной деформации решение Буссинеска
где s осадка упругой полуплоскости или упругого полупространства; P сосредоточенная сила для случая пространственной деформации и p погонная полосовая нагрузка для условий плоской деформации: коэффициент деформируемости полупространства; R, x расстояния до рассматриваемой точки ограничивающей плоскости; D постоянная интегрирования.
