Delist.ru

Коэффициент постели и его использование при расчете взаимодействия фундаментных плит и грунтовых оснований (26.03.2009)

Автор: Фам Дык Кыонг

Рис. 3. Эпюры распределения безразмерных осадок по оси квадратных фундаментных плит

Рис. 4. Эпюры распределения безразмерных коэффициентов постели по оси квадратных фундаментных плит

Для изучения влияния площади нагружения и показателя гибкости фундаментных плит на распределение осадок и коэффициентов постели проведены 3 серии расчетов (6 опытов). Размеры фундаментных плит при показателе гибкости r = 1, 10 составляли 10*10, 20*20, 40*40 м. Основание принято в виде слоя ограниченной мощности (H = 30м). Равномерно распределенная нагрузка на плиту составляет q = 100 кН/м2. На рис. 5 показано влияние площади нагружения на осадку, определенную численным методом, в сопоставлении с решением М.И.Горбунова-Посадова. Данные расчета осадок находятся в достаточном соответствии с теоретическим решением. Несколько меньшие значения осадок, определенных численным методом, можно объяснить влиянием граничных условий. Влияние площади нагружения на распределение значений коэффициента постели по оси фундаментных плит показано на рис. 6 и лишний раз подтверждает практическую независимость этого параметра от показателя гибкости плит.

Рис. 5. Эпюры распределения осадок по оси фундаментной плиты

Рис. 5. Эпюры распределения коэффициентов постели по оси фундаментной

Далее рассматривалось влияние характера напластований грунтов на условия взаимодействия фундамента и основания. Характеристики физико-механических свойственных грунтов приняты в соответствии с МГСН 2.07-97 как типичные для отдельных районов г. Москвы. Характеристики грунтов и описание напластований под плитами приведены на рисунке 6.

Характеристики грунтов:

песок пылеватый: Е= 18 МПа, с= 2 кПа, ?= 0.3, ?= 260.

супесь: Е= 14 МПа, с= 10 кПа, ?= 0.35, ?= 210.

суглинок: Е= 26 МПа, с= 32 кПа, ?= 0.35, ?= 170.

суглинок: Е= 25 МПа, с= 39 кПа, ?= 0.37, ?= 190.

супесь: Е= 20 МПа, с= 12 кПа, ?= 0.35, ?= 230.

песок пылеватый: Е= 20 МПа, с= 3 кПа, ?= 0.3, ?= 280.

Рис. 6. Инженерно-геологические условия площадки

В зависимости от изменения данных факторов было проведено 3 серии (6 опытов) расчётов фундаментных плит (20*20м) при сочетаниях показателей гибкости r = 1, 10. Заметим, что изменение инженерно-геологических условий строительной площадки оказывает незначительное влияние на распределение реактивных давлений. Коэффициент постели в связи с особенностями грунтовых напластований изменяется (рис. 7).

'В следующей серии экспериментов исследовался характер взаимодействия фундаментных плит (20*20м) и двухслойного основания. Проведено 2 серии расчетов (4 опыта) при сочетаниях толщины плит (h = 1.25 м, 2.69 м) и расположении напластований слоя с нагрузкой q=100 кН/м2. Слои представлены суглинком (Е = 12.5 МПа, ? = 0.35) и песком (Е = 30 МПа, ? = 0.30). Мощность пластов по 15 м с изменением их взаимного расположения по глубине (суглинок-песок, песок-суглинок).

Рис. 7. Эпюры распределения коэффициентов постели по оси плит

Установлено влияние относительного расположения по глубине слоев грунтов с различными характеристиками деформируемости (смена чередования) на распределение реактивных давлений, осадок и коэффициентов постели (рис. 8) в основании плит различной толщины.

Рис. 8. Распределения коэффициентов постели по оси фундаментных плит

В третьей главе изучалось влияние внешних нагрузок (равномерная и сосредоточенная нагрузка), мощности сжимаемого слоя грунта, влияние ограждающих конструкций типы «стена в грунте» и жесткости плиты на изменение НДС фундаментных плит. Представлены результаты численных экспериментов для сопоставления отклонения напряжений и коэффициентов постели при использовании упругой и упругопластической модели.

В этой главе при прогнозе НДС фундаментных плит и грунтов основания использована для описания упруго-пластических свойств грунта модель Кулона-Мора. В принятой модели грунт представляет идеальную упруго-пластическую среду, подчиняющуюся закону пластического течения, то есть в допредельном состоянии грунт рассматривается как сплошная линейно - деформируемая среда, переходящая с дальнейшим загружением в предельное (пластическое) состояние в соответствии с применяемыми критериями текучести (прочности).

С изменением равномерной нагрузки проводились 7 опытов. К плите были приложены равномерные нагрузки кратные расчетному сопротивлению грунта R = 300 кН/м2, определенному по формуле (7) в п. 2.40, СНиП 2.02.01-83*. На рис. 9 показана кривая зависимости между напряжениями и деформациями при увеличении нагрузки от 0.1R до 2R. Результаты показали, что при увеличении нагрузки осадка увеличивается с нарастающей интенсивностью.

Характер распределения безразмерных коэффициентов постели по оси фундаментной плиты с ростом нагрузки от 0.1R до 2R в соответствии с расчетами при использовании модели Кулона-Мора и упругости показан на рис. 10. Результаты показывают, что при нагрузке на фундаментную плиту меньше R для расчета коэффициентов постели может использоваться с достаточной точностью модель упруго-деформируемой среды.

Рис. 9. График зависимости осадки фундаментной плиты от нагрузки

Рис. 10. Распределения коэффициентов постели по оси плиты

С целью изучения влияния толщи сжимаемых грунтов на напряженно - деформированное состояние фундаментных плит и основания были проведены 4 серии экспериментальных исследований (16 опытов), включающих: изменение толщи сжимаемого грунта (h = 9, 12, 20, 30 м), жесткости плит (r = 1, 10), размеров плит (2a*2b = 20*20 и 20*4 м). Распределенная нагрузка принята равной q = 100 кН/м2. Основание описывается упругой моделью с характеристиками Е = 12,5 МПа, ? = 0,35. Результаты численного моделирования показали, что при увеличении толщи сжимаемого слоя происходит перераспределения реактивных давлений, осадка в целом повышается с соответствующим уменьшением коэффициентов постели (рис.11,

Рассмотрено влияние ограждающих конструкций на НДС фундаментных плит для квадратной фундаментной плиты (20*20 м), расположенной в котловане. Заглубление подошвы фундаментной плиты составляет 4,6м при глубине заложения стены 8м от поверхности грунта. Было проведено 4 серии (20 опытов) при увеличении нагрузки (q = 100, 200, 300, 400, 500 кН/м2), изменении толщины стены котлована (0.4, 0.6 м), с использованием упругой модели и модели Кулона-Мора грунта. При изменении толщины стены котлована реактивное давление, осадка и коэффициент постели изменяются незначительно (рис. 13, 14). При сопоставлении результатов расчетов фундаментной плиты в ограждении с расчетом аналогичной плиты по схеме упругой модели основания, расположенной на поверхности массива грунта, изменения величин незначительны при q ? R. Эти результаты показывают, что при нагрузке в пределе, не превышающем расчетное сопротивление грунтов, можно принимать результаты расчетов по упругой модели с незначительной погрешностью.

Рис. 11. Эпюры безразмерных значений коэффициентов постели по оси фундаментных плит 20*20 м.

Рис. 12. Эпюры безразмерных значений коэффициентов постели по оси фундаментных плит 20*4 м.

Рис. 13. Эпюры безразмерных коэффициентов постели по оси плиты с использованием упругой модели

Рис. 14. Эпюры безразмерных коэффициентов постели по оси плиты с использованием модели Мора – Кулона

В четвертой главе исследовались особенности взаимодействия фундаментной плиты и основания при двух способах передачи нагрузок от надфундаментной конструкции: равномерно распределенной по площади плиты и при действии сосредоточенных сил от колонн каркаса с шагом 6*6м.

Было проведено 6 опытов при изменении показатели гибкости фундаментных плит размером 20*20 м (r = 1, 4, 10) и действии нагрузки (среднее значение q = 100 кН/м2). В исследованном диапазоне жесткостных характеристик плиты установлено, что распределение реактивных давлений, осадок и коэффициентов постели (рис. 15) по сечениям (и по площади) плиты практически не изменяется при различных способах передачи силовых воздействий. Способ передачи силовых нагрузок влияет исключительно на распределение усилий в фундаментной конструкции: изгибающих моментов (М) и поперечных сил (Q) (рис. 16, 17).

Рис. 15. Эпюры безразмерного значения коэффициентов постели по оси фундаментных плит

Из этого можно предположить, что на предварительных этапах расчета не обязательно дифференцировать нагрузку на плиту по точкам её приложения.

Рис. 16. Эпюры изгибающих моментов по оси фундаментных плит

Рис. 17. Эпюры перерезывающих сил по оси фундаментных плит

Определен коэффициент постели в центре плит по упрощенному методу в сериях, когда фундаментная плита расположена на однородных и неоднородных основаниях. Криволинейная эпюра напряжений заменена прямой линией, соединяющей две точки: ?zo (под центром плиты) и ?z (под центром плиты на дне грунтового массива) (рис. 18).

Рис. 18. Схема к расчету осадок

Осадка основания с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования (СНиП 2.02.01.83*) по формуле

загрузка...