Научная статья на тему 'Метод расчета свайных фундаментов транспортных сооружений с позиции их рационального проектирования'

Метод расчета свайных фундаментов транспортных сооружений с позиции их рационального проектирования Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
591
80
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
CВАЯ / СВАЙНЫЙ ФУНДАМЕНТ / МЕТОД РАСЧЕТА СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ / ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ НАГРУЗКИ / МОМЕНТНЫЕ НАГРУЗКИ / РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ / PILE / PILE FOUNDATION / HORIZONTAL LOADS / MOMENT LOADS / RATIONAL DESIGN

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Полянкин Александр Геннадьевич

Предлагается метод расчета свайных фундаментов транспортных сооружений с позиции их рационального проектирования с учетом перераспределения усилий между сваями в случае, если в нескольких из них усилия достигли значений их несущей способности. Изложено решение задачи рационального проектирования свайных фундаментов и тесно связанный с ним вопрос о несущей способности свай.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Rational design principles for pile foundation of transportation faciclies

The article describe the rational design principle for piled foundations considering reallocation of forces between piles, if forces in one of them reach the value of their bearing capacity. The article reports on the issue of rational design of piled foundations and the matter, which is closely associated with it the bearing capacity of piles.

Текст научной работы на тему «Метод расчета свайных фундаментов транспортных сооружений с позиции их рационального проектирования»

Полянкин Александр Геннадьевич

Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС)

Аспирант факультета «Мосты и тоннели» Polyankin Alexander Gennadyevich Siberian Transport University (STU) Postgraduate «Bridges and Tunnels» faculty E-Mail: polyankin_alex@mail.ru

05.23.11 Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, мостов и транспортных тоннелей

Метод расчета свайных фундаментов транспортных сооружений с позиции

их рационального проектирования

Rational design principles for pile foundation of transportation faciclies

Аннотация: Предлагается метод расчета свайных фундаментов транспортных

сооружений с позиции их рационального проектирования с учетом перераспределения усилий между сваями в случае, если в нескольких из них усилия достигли значений их несущей способности. Изложено решение задачи рационального проектирования свайных фундаментов и тесно связанный с ним вопрос о несущей способности свай.

Abstract: The article describe the rational design principle for piled foundations considering reallocation of forces between piles, if forces in one of them reach the value of their bearing capacity. The article reports on the issue of rational design of piled foundations and the matter, which is closely associated with it - the bearing capacity of piles.

Ключевые слова: cвая; свайный фундамент; метод расчета свайных фундаментов; горизонтальные нагрузки; моментные нагрузки; рациональное проектирование.

Keywords: pile; pile foundation; horizontal loads; moment loads; rational design.

***

Основной задачей проектирования транспортных сооружений является максимальная экономия вложенных средств при сохранении эксплуатационных свойств сооружения[1]. Идеальным в конкретном случае является фундамент транспортного сооружения, несущий заданную нагрузку при минимальных экономических затратах на его проектирование и строительство. В настоящей работе особое внимание уделено совершенствованию расчетных методов, позволяющих применить в проекте наиболее рациональные конструкции свайных фундаментов транспортных сооружений.

В настоящее время в соответствии с ГОСТ 27751-88(2003) «Надежность строительных конструкций и оснований», расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по первой и второй группам предельных состояний. В последнее время, в практике проектирования, большее внимание уделяется расчетам несущей способности (НС) и ограничению возможных деформаций при сохранении эксплуатационной надежности сооружения[2]. Согласно общепринятой в настоящее время методике, отраженной в нормативных документах[3], проверка условия прочности грунта, окружающего сваю, выполняется на фиксированной глубине (z = 0,85/а) независимо от каких-либо

дополнительных факторов. Кроме того, при превышении одной сваей фундамента ее НС весь фундамент считается вышедшим в предельной состояние. В то же время, расчет по

деформациям может содержать в себе еще значительный запас. Тогда возникает вопрос о возможности допущения перераспределения нагрузок между сваями таким образом, чтобы ряд свай работал в предельном состоянии. Более полное использование запасов несущей способности свайного фундамента открывает возможности их рационального проектирования. Разработка соответствующего метода расчета является актуальной задачей.

Допустим, что боковое давление на грунт определяется теорией, в рамках которой справедлив принцип суперпозиции. В этом случае для боковых давлений на грунт можно записать общее выражение:

ах=аИ+ЬМ (1)

где а = а^), Ь = Ь^) - некоторые функции глубины z.

Тогда предельное (разрушающее) боковое давление на грунт дается формулой:

°и =угА + с^2 =Ф( 7 ) (2)

где А = Дф), 12 = Дф) - некоторые функции угла внутреннего трения ф.

Примером такого ограничения может служить, например, величина пассивного отпора грунта:

1 + Бтф 2о,о$ф

°и = 7*~---+ с:

1 - sin ф 1 - sin ф В принятых ранее обозначениях:

1 + sinф . 2cosф

f =;——, /2 =Y-

1 - sin ф 1 - sin ф

Другим примером может являться принятое в нормах условие прочности грунта по боковой поверхности свай как разницы пассивного и активного давлений:

1+sinф 2cosф 1-sinф 2cosф

a =yz--------+с--------yz---------+c-----,

u 1-sin ф 1-sin ф ^тф 1+sinф

или

au =-^.у^&ф+с) u cosф

Примем в качестве ограничивающего какое-либо условие прочности по боковой поверхности сваи:

ax-au (3)

Тогда для боковой поверхности сваи необходимо выполнить условие:

aH+bM=Ф (4)

Условие (4) позволяет определить максимально допустимые величины нагрузок H и M. Таким образом, учитывая характер зависимости напряжений по боковой поверхности сваи от глубины ax(z) и распределения прочности грунта по глубине au(z), можно ожидать, что при

увеличении нагрузок H и M прочность грунта будет нарушена на некоторой глубине z' (рис.

1).

Прежде всего, рассмотрим действие одного из силовых факторов - H или M. Пусть M =

0. Тогда предельная величина Н = Ни дается выражением:

Соответственно, при Н = 0:

Ф

Н =шт — и * а

М =шт — и * Ь

(5)

(6)

Необходимым условием данных проверок является, очевидно, существование минимума приведенных функций в пределах длины сваи.

а)

М

а)

М

а)

Рис. 1. Давление их сваи на грунт (а), предельное сопротивление си грунта по глубине (б)

и условие прочности сс = си (в)

а) О

\—

М„

!/

Ми

при Н' = Ни

Л-

*Ни *Ми

Н

Рис. 2. Взаимная зависимость минимумов функций: а - функция М =М[(Ф - аН)/Ь]; б - функция Н = Н[(Ф - ЬМ)/а].

*

*

При совместном приложении указанных силовых воздействий найдем Mu при H = const и Hu при M = const:

H=H '=const M =min Ф aH (7)

u z ь

Ф-bM

M =M '=const H =min ----------- (8)

u z a

Данное положение проиллюстрировано на рис. 2.

Пусть минимум функции вида (7) определен при некотором значении горизонтальной силы H = H': Mu = min M на глубине zMu (рис. 2, а). Если теперь зафиксировать значение M' = Mu, то предельному равновесию выше и ниже рассматриваемой точки (z > zMu и z < zMu) будут отвечать значения H > H' (рис. 2, б). Следовательно, Hu = min H = H' при M' = Mu, причем zMu = zHu.

Таким образом, применение предлагаемого ниже алгоритма основано на

существовании минимума функций H = Hu (M = const) и M = Mu (H = const) и на соответствии

минимальных значений Hu и Mu одной и той же глубине z.

Основываясь на положениях детально изложенных в работе[4], позволивших

исследовать характер взаимосвязи НС свай, на действие горизонтальных(#т) и

моментных(Мт) нагрузок и покажем, что зависимость между ними близка к линейной и

может быть выражена функциями (1), определяющими НС по длине сваи:

FdH0 = Hm ■ Hm =minz {H

yb <9>

FdM 0 =— Mm • Mm =in = =}.

a

Следует отметить, что здесь рассматривается определение наиболее невыгодного положения расчетного сечения с точки зрения прочности грунта в отличие от методики[3], где, положение этого сечения фиксировано.

Имея выражения для определения НС сваи на вертикальную, горизонтальную и моментную нагрузки можно перейти к решению задачи рационального проектирования свайного фундамента, основанному на расчете перераспределения нагрузок между сваями, который базируется на строгом соблюдении равенства действующих усилий в сваях ее несущей способности [5,6]. Это касается тех свай, в которых при действующих нагрузках после стандартного расчета по обобщенной методике полученные усилия превышают предельные значения. В то же время, предлагаемый вариант решения полностью соответствует нормативному расчету свайного фундамента.

Общая схема предлагаемой методики подразумевает итерационный расчет и состоит в следующем: после первого расчета, как и в стандартной методике, выполняется проверка по НС каждой сваи. В тех сваях, в которых полученные усилия превышают предельные значения, на следующей итерации усилия задаются равными соответствующим значениям их НС. Расчет повторяется до тех пор, пока ни в одной свае не будет превышена несущая способность. Если в результате пересчетов выясняется, что все усилия во всех сваях вышли в предельное состояние, то это означает полное исчерпание НС всем свайным фундаментом, т.е. такая конструкция не может существовать.

Обратимся к способам проверок свай по НС, которая должна выполняться на каждой итерации. Проверка несущей способности на вдавливание (выдергивание) имеет стандартный

вид:

N

Fd

<— (10) Уп

где Гс - НС сваи на вдавливание (или Гси - НС сваи на выдергивание);

Уп - коэффициент надежности по грунту.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Расчет на действие горизонтальной и моментной нагрузки выполняется по методике, описанной в [3], и заключается в выполнении условий:

H, ■ M, (11)

Отметим три важных особенности работы с неравенством (11).

Во-первых, величины Гся и ¥дм не являются независимыми, а связаны между собой согласно схеме, изображенной на рисунке 1. Второй особенностью использования

неравенства (11) является то, что при наличии свободной длины сваи 1о Ф 0, т.е. для случая высокого ростверка, ограничению подлежат не усилия, непосредственно возникающие в уровне подошвы ростверка Яг и М', а усилия в уровне поверхности грунта, которые, очевидно, равны:

Н,0 = Н' Mi0 = Н,10+М, (12)

В-третьих, важную роль играет взаимное направление усилий я'0 и м'0. Остановимся на этой особенности несколько подробнее. Учитывая то, как положительные направления этих усилий были оговорены выше, может иметь место четыре случая вариантов направления усилий Яг0 и Мо:

а) Но > 0 и Мо > 0;

б) Яго > 0 и Мо < 0;

в) Яг0 < 0 и Мг0 > 0;

г) Яг0 < 0 и Мг0 < 0.

В первом случае (Рисунок 3) точка располагается в положительной четверти графика и может находиться либо ниже, либо выше прямой, соединяющей точки ГСя0 и Гсм0. Если точка располагается ниже прямой, то это означает, что усилия в свае не достигли своих предельных значений. Если точка располагается выше прямой, то, учитывая физическую и геометрическую линейность работы системы «фундамент-грунт» можно считать, что траектория нагружения сваи также линейна, то есть усилия в ней пропорционально возрастали с нуля до полученных значений Яю и Мю. Тогда следует пропорционально уменьшить эти величины так, чтобы они оказались на границе недопустимых значений - на графике это Гсяг и ГсМг.

В случае если точка Яю и Мю окажется в третьей четверти, выполняется описанная только что процедура с учетом смены знака. Если Яю и Мю оказываются разнонаправлены, то область допустимых значений ограничивается перпендикулярами к осям графика с основаниями в точках Гся0 и ГСм0.

Это предложение основано на том, что, хотя разнонаправленные горизонтальная сила и момент компенсируют друг друга, время их приложения по технологии сооружения

фундамента или в процессе эксплуатации может оказаться различным и, поэтому, допускать превышения значений ¥йио и ¥то этими величинами не следует. В этом случае как, показано на рисунке 3, определение предельных значений следует выполнять пропорциональным уменьшением усилий Но и Мю. Если Но и Мю оказываются разнонаправлены, то область допустимых значений ограничивается перпендикулярами к осям графика с основаниями в точках ¥шо и Ето.

Таким образом, основные проверки по несущей способности сваи по грунту можно выразить вышеприведенными неравенствами.

После расчета по обобщенной методике [3], следует выполнить следующий анализ: Допустим, что при расчете свайного фундамента в ряде свай были нарушены условия (10) и (11). Тогда примем, что в этих сваях усилия, превысившие предельные значения после шага расчета, должны равняться своим предельным значениям.

Введем показатели работы сваи: ы и ш.

Рис. 3. График несущих способностей ¥ан и ГсМ

При работе сваи на вдавливающую и выдергивающую нагрузку в допредельной стадии ;-у=1 и в предельной стадии ^=0. Аналогично, работа сваи на горизонтальную и моментную

нагрузку характеризуется значениями показателя ш=1 (допредельная стадия), ш=0

(предельная стадия).

При значении ^=0 нормальная сила N. = ¥ (при явлении вдавливания сваи) и N. = —¥Лл (при явлении выдергивания сваи). Аналогично, при значении ш=0 поперечная сила Нг = ^гМ и М = ¥шкм . Отметим, что эти условия будут иметь место одновременно. Коэффициенты кш и км контролируют знаки соответствующих усилий.

Заметим, что при одинаковых типах и размерах свай, величины ¥ и ¥и также одинаковы и постоянны для всех свай. Что касается показателей несущей способности ¥# и ¥м, то помимо того, что они взаимно зависимы, они будут иметь различные значения для различных свай. Поэтому, для этих показателей приняты обозначения ¥т и ¥М1 .

С учетом принятой системы параметров, а также с учетом канонической системы уравнений метода перемещений запишем выражения для усилий в сваях:

N = рл usina + (v+ox.)cosa. S. + F,(1-S. ) i П L / r i J iv di ivJ

H: = {p2 [u cos«i- (v+°х )sin«i ]-P3®)Siu + FdHi (1-Siu )kiH Mi = {p [u cos«i -(v+0*. )sin«i ]+P4®)Siu + FdMi (1-Siu )kiM

Тогда уравнения равновесия обобщенной методики примут вид:

пг -|

p,f\u sin а- + (v+<ox, )cos a, I S. cos а, -

1 i i i J iv i

n r

-f {Po I u cos a. - (v+cox.) sin a. I - pffljS.

^ 2L i i i J 3 iu

. sina

iu i

+f Fdi (1-Siv >cosai-fFdHi (1-Siu )kiH sinai = Fv

Г

pf I u sina. + (v+ox.)

1 ^ [ i i

n г 1

+f {Po! ucosa.-(v+ox.)sina. I-po}S. ^ 2L i i iJ 3 i

+f Fdi (1-Siv )sinai +fFdHi (1-Siu )kiH cosai = Fh

cosa.

iu i

n

pf W sina+ (v + OX )cosa

Sj. x cosa +

n

+f F,.(1-S. )x.cosa-f dr iv i i

n

-f{p ucosa -(v+ox-)sina ~po}S- x sina-

2 _ i i i _ 3 i'u i i

n

f

1

-f FdHi (1-Siu >*/Hx/ sinai +

n

+f{P/i®-p ucosa-(v+ox.)sina. }S. + ^ 4 3_ i i i _ iu

n

+f FdMi(1 )k^ M

iu7 iM

(13)

(14)

1

Выделим коэффициенты канонических уравнений и приведем каноническую форму этой системы:

Г V + г и + Г Ю = УУ vu ую

П П

= К +У(1-£. )к.тт БІпа.-£К, (1-£. )соБа. у анг ги гн г аг IV г 1 1

ГУ + Г и + Г ю =

иу ии ию

= К-Тиран,(1 -5шЖн с°Ба,-1^Рш(1 -8Ы)БІпа

Г V + Г и + Г ю = ЮУ юи юю

(15)

— М — ^ ^.(1 — 3. +

^ ШМ1 т М

п п

+^.(1 — 3. )к.ттх. 8Ш^. — ^(1 — 3. )X 008».

^ аИг ш И 1 1 ^ ш IV 1 1

Итак, выше приведена схема расчета свайного фундамента, позволяющая, при выполнении расчета НС свай, подробно рассмотренного в [4], произвести итерационный расчет и учесть работу одной или нескольких свай фундамента в предельном состоянии.

Приведем примеры расчета по предлагаемой методике для двух случаев: симметричного фундамента из 10 рядов с 4 сваями в ряду и несимметричного фундамента из 10 рядов с 5 сваями в ряду.

п

Пример расчета фундамента с симметричной расчетной схемой

Проектируемый фундамент располагается на основании, сложенном двумя грунтами с расчетными характеристиками Кі=10000 кН и К2=15000 кН. Расчетная схема представлена на рисунке 4 Расчет производится с помощью разработанного программного продукта «ЯБЕ-2012».

В данном примере фундамент имеет низкий ростверк. Диаметр сваи ёр=0,6 м. Глубина погружения сваи в грунт 10 м. На свайный фундамент действуют следующие нагрузки: вертикальная сила Fd=30000 кН, горизонтальная сила Fh=7500 кН, изгибающий момент Мо=27500 кН-м. Общее количество свай 10x4, поэтому нагрузка распределяется на 10 рядов свай, соответственно на каждый ряд действует вертикальная сила Fd=3000 кН, горизонтальная сила Fh=750 кН, изгибающий момент Мо=2750 кН-м.

Значения НС свай следующие: на вдавливание (выдергивание) Fd=1100 кН ^и=100 кН), горизонтальную силу Но=140 кН и изгибающий момент Мо=250 кН-м.

На первом этапе расчет производился по стандартный расчет[3]. Затем проверяется выполнение уравнений равновесия для всего фундамента в целом, и сравниваются значения усилий, полученных в сваях, с НС сваи. Результаты первого этапа расчета представлены в таблице 1.

" / 77—77 1 77*1 *-т 777 —

1 ' 1 Ч ш

3

РЬ- 10.000 \

1

Рис. 4. Расчетная схема несимметричного свайного фундамента

Для выполнения следующего этапа расчета примем значения вышедших в предельное состояние свай равными несущей способности соответствующих свай по соответствующему критерию.

При пересчете свайного фундамента по обобщенной методике при фиксированных значениях усилий в сваях, вышедших в предельное состояние.

Таблица 1

Этап расчета №1 несимметричного свайного фундамента

№ сва и Усилия в сваях Выполнен ие условий равновеси я фундамен та Выход сваи по вертикальн ой нагрузке Выход сваи по горизонтал ьной нагрузке и моменту

И; М;

1 186.75 141.5 1 -252.30 выполняе тся работает вышла

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2 611.96 127.0 1 220.97 работает работает

3 930.82 127.0 1 -220.97 работает работает

4 1303.4 6 72.74 -103.66 вышла работает

На втором этапе расчета, получаем выход в предельной состояние сваи №3 по критерию вертикальной нагрузки, а также свай №2 и №3 по критерию горизонтальной нагрузки и изгибающего момента. Результаты второго этапа расчета представлены в таблице

2.

Таблица 2

Этап расчета №2 несимметричного свайного фундамента

№ сваи Усилия в сваях Выполнение условий равновесия фундамента Выход сваи по вертикальной нагрузке Выход сваи по горизонтальной нагрузке и моменту

Ні Мі

1 90.85 140.00 249.62 выполняется работает вышла

2 664.22 142.09 222.51 работает вышла

3 1167.87 142.09 222.51 вышла вышла

4 1100.00 71.85 -70.66 вышла работает

На третьем этапе расчета, при задании для свай №2 и №3 предельных значений усилий от горизонтальной нагрузки и изгибающего момента, получаем перераспределение нагрузок между оставшимися в допредельном состоянии сваями. Результаты третьего этапа расчета представлены в таблице 3.

Таблица 3

Этап расчета №3 несимметричного свайного фундамента

№ сваи Усилия в сваях Выполнение условий равновесия фундамента Выход сваи по вертикальной нагрузке Выход сваи по горизонтальной нагрузке и моменту

Ні Бі Мі

1 20.04 140.00 249.62 выполняется работает вышла

2 796.70 140.00 219.23 работает вышла

3 1100.00 140.00 219.23 вышла вышла

4 1100.00 57.20 -6.76 вышла работает

Пример расчета фундамента с несимметричной расчетной схемой

Проектируемый фундамент располагается на основании, сложенном двумя грунтом с расчетной характеристикой коэффициента постели К=10000 кН/м4. Расчетная схема представлена на рисунке 5. Расчет производится также с помощью авторской программы «Я8Б-2012».

В данном примере фундамент имеет высокий ростверк. Диаметр сваи ёр=0,35 м. Свободная длина сваи 1 м. Глубина погружения сваи в грунт 10 м. На свайный фундамент действуют следующие нагрузки: вертикальная сила Fd=25000 кН, горизонтальная сила Бь=10000 кН, изгибающий момент Мо=12000 кН-м. Нагрузка распределяется на 10 рядов свай (общее число свай 10x5), соответственно на ряд приходятся усилия: вертикальная сила Б^2500 кН, горизонтальная сила Fh=1000 кН, изгибающий момент М0=1200 кН-м.

Рис. 5. Расчетная схема несимметричного свайного фундамента

Как и ранее, на предварительном этапе были вычислены НС: на вдавливание (выдергивание) Fd=700 кН (Fdu=100 кН), горизонтальную силу Ш=120 кН и изгибающий момент М0=200 кН-м.

Результаты первого этапа расчета представлены в таблице 4. Здесь фиксируется выход в предельное состояние: свай №4 и №5 по критерию вертикальной нагрузки и свай №1 и №2 по критерию горизонтальной нагрузки и изгибающего момента.

Для выполнения следующего этапа примем значения вышедших в предельное состояние свай равными НС соответствующих свай по соответствующему критерию. Отметим, что превышение предельного момента М0=200 кН-м наступило для каждой сваи куста. Это связано с тем, что в данном примере рассматривается расчет свайного фундамента с высоким ростверком, а моменты и поперечные силы в уровне головы свай имеют разные знаки, т.е. разнонаправлены. В таблицах 1 -4 приводятся значения моментов в уровне ростверка. При приведении момента и горизонтальной силы к уровню дневной поверхности значения момента будет превышать соответствующую НС только в части свай. Определение вышедших в предельное состояние свай по критерию изгибающего момента и определение численного значения момента определяется программой в автоматическом режиме.

Таблица 4

Этап расчета №1 несимметричного свайного фундамента

№ сваи Усилия в сваях Выполнение условий равновесия фундамента Выход сваи по вертикальной нагрузке Выход сваи по горизонтальной нагрузке и моменту

Mi

1 208.59 129.25 269.26 выполняется работает вышла

2 356.22 123.5 257.91 работает вышла

3 571.31 116.08 243.26 работает работает

4 709.92 111.58 234.39 вышла работает

5 791.79 108.73 228.76 вышла работает

При пересчете свайного фундамента по обобщенной методике при фиксированных значениях усилий в сваях, вышедших в предельное состояние, на втором этапе расчета,

получаем выход в предельной состояние сваи №3 по критерию вертикальной нагрузки, а также по критерию горизонтальной нагрузки и изгибающего момента. Результаты второго этапа расчета представлены в таблице 5.

Также мы можем заметить приближение значений усилий от горизонтальной нагрузки и изгибающего момента к соответствующим пределам несущей способности сваи №4 и можем прогнозировать ее выход за пределы несущей способности по соответствующим критериям.

Таблица 5

Этап расчета №2 несимметричного свайного фундамента

№ сваи Усилия в сваях Выполнение условий равновесия фундамента Выход сваи по вертикальной нагрузке Выход сваи по горизонтальной нагрузке и моменту

Mi

1 126.70 120.00 249.99 выполняется работает вышла

2 353.52 120.00 250.60 работает вышла

3 731.11 124.03 254.90 вышла вышла

4 700.00 117.09 241.22 вышла работает

5 700.00 110.20 227.60 вышла работает

На третьем этапе расчета, получаем прогнозный выход в предельной состояние сваи №4 по критерию горизонтальной нагрузки и изгибающего момента. Результаты третьего этапа расчета представлены в таблице 6.

Таблица 6

Этап расчета №3 несимметричного свайного фундамента

№ сваи Усилия в сваях Выполнение условий равновесия фундамента Выход сваи по вертикальной нагрузке Выход сваи по горизонтальной нагрузке и моменту

Mi

1 85.12 120.00 249.99 выполняется работает вышла

2 445.71 120.00 250.60 работает вышла

3 700.00 120.00 246.62 вышла вышла

4 700.00 122.22 246.74 вышла вышла

5 700.00 110.29 223.18 вышла работает

На четвертом этапе расчета, при задании для сваи №4 предельных значений усилий от горизонтальной нагрузки и изгибающего момента, получаем перераспределение нагрузок между оставшимися в допредельном состоянии сваями. Результаты четвертого этапа расчета представлены в таблице 7.

Таблица 7

Этап расчета №4 несимметричного свайного фундамента

№ сваи Усилия в сваях Выполнение условий равновесия фундамента Выход сваи по вертикальной нагрузке Выход сваи по горизонтальной нагрузке и моменту

Mi

1 83.44 120.00 249.99 выполняется работает вышла

2 447.62 120.00 250.60 работает вышла

3 700.00 120.00 246.62 вышла вышла

4 700.00 120.00 242.25 вышла вышла

5 700.00 112.39 227.54 вышла работает

Выводы

В статье приведена методика расчета свайных фундаментов, позволяющая учитывать перераспределение усилий между сваями при достижении усилиями в некоторых из них предельного значения. Предложенный прием позволяет добиваться существенной экономии при сооружении свайных фундаментов за счет уменьшения количества свай, размеров ростверка, а, следовательно, и котлованов.

Получены аналитические выражения для определения несущей способности свай на горизонтальную и моментную нагрузки в зависимости от длины свай, изгибной жесткости, а также параметров прочности грунта, на основе поиска наиболее опасного сечения с точки зрения нарушения прочности грунта. Установлен линейный характер взаимной связи значений несущей способности сваи на горизонтальную и на моментную нагрузки.

Предлагаемая методика расчета дополняет позволяет более рационально использовать ресурсы прочности основания свайного фундамента и рекомендуется для использования при проектировании свайных фундаментах с целью максимальной экономии вложенных средств при сохранении эксплуатационных свойств сооружения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бокарев С.А., Соловьев Л.Ю., Цветков Д.Н. и др. Результаты полномасштабного обследования и испытания сталежелезобетонных пролетных строения железнодорожных мостов Сибири и Дальнего Востока // Вестник ТГАСУ, №2, Томск, 2009, С.160-170.

2. Mandolini, G. Russo, C. Viggiani Pile foundations: experimental investigations, analysis and design. 16° International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering September 12-16, 2005, Osaka, Japan.

3. СП 24.13330.2011 (СП 50-102-2003, СНиП 2.02.03-85). Свайные фундаменты. М., 2011г.

4. Королев К.В., Полянкин А.Г. Расчет несущей способности сваи на горизонтальную и моментную нагрузки. Вестник СГУПС, Новосибирск, СГУПС. 2010, c.34-39

5. Королев К.В., Полянкин А.Г., Кузнецов А.А. Несущая способность свай на горизонтальную и моментную нагрузку и оптимальное проектирование свайных фундаментов // «Транспортное строительство», №3, 2013, c.13-15.

6. Караулов А.М., Полянкин А.Г. К расчету заглубленных незаанкеренных

подпорных стенок // Труды Всероссийской НТК "Геотехника: теория и практика”,

СПбГАСУ, 2013, c. 165-169.

REFERENCES

1. Bokarev S.A., Solovyev L.Y. Tsverkov D.N. et al. Full-sized survey and test results composite reinforced concrete superstructures of Siberian and Russian Far East railway bridges. TSUAB Bulletin №2, Tomsk, 2009, С.160-170.

2. A.Mandolini, G.Russo, C.Viggiani Pile foundations: experimental investigations, analysis and design. 16° International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering September 12-16, 2005, Osaka, Japan.

3. СП 24.13330.2011 (СП 50-102-2003, СНиП 2.02.03-85). Pile foundations. М.,

2011г.

4. Korolev K.V. Polyankin A.G. Analysis of pile bearing capacity on horizontal loads and bending moments. STU Bulletin, Novosibirsk. 2010, c.34-39

5. Korolev K.V. Polyankin A.G. Kuznetsov A.A. Pile bearing capacity on horizontal loads and bending moments and pile foundations optimal design. // «Transport construction», №3, 2013, c.13-15.

6. Karaulov A.M. Polyankin A.G. Sunk unanchored retaining wall analysis // Proceedings of All-Russian Conference "Geotechnique: theory and practice", SPSUACE, Saint-Peterburg, 2013, c. 165-169.

Рецензент: Соловьев Леонид Юрьевич, кандидат технических наук доцент кафедры «Мосты» СГУПС. E-Mail: lys@stu.ru; моб. тел. +7 905 955 54 12.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.