Расчет осадки ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 624.153.522

РАСЧЕТ ОСАДКИ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА С ГЕОМЕТРИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЕМОЙ ФОРМОЙ ПОДОШВЫ

© 2004 г. Д.Н. Архипов

Фундамент с геометрически изменяемой формой подошвы представляет собой опорную плиту, выполненную из сборных пустотелых балочных элементов с равносторонним треугольным поперечным сечением, и вертикальную стенку. Элементы подошвы фундамента могут быть смещены на величину с7 (рис. 1) в направлении, перпендикулярном оси фундамента с целью снижения деформаций (осадки) и повышения несущей способности основания. Результат достигается благодаря перераспределению напряжений и возникновению явления «арочного эффекта» в промежутках между балочными элементами.

Рис. 1. Ленточный фундамент с геометрически изменяемой формой подошвы

Поскольку конструкция фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы является новой [1] и особенности ее взаимодействия с грунтовым основанием еще не изучены, то возникает вопрос об определении осадки такого фундамента. Автором статьи предлагается метод расчета осадки фундамента при различной величине смещения с7 балочных элементов на основе положений действующих строительных норм и правил [2].

Осадка основания 5 определяется методом послойного суммирования с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства по формуле

п ар7, к,

,=1 Е,

где в - безразмерный коэффициент, равный 0,8; агр,7 -среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в 7-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней ^ и нижней г7 границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; к7 и Е7 - соответственно толщина и модуль деформации 7-го слоя грунта; п - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2.

Рис. 2. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве: БЬ - отметка планировки; ЫЬ - отметка поверхности природного рельефа; РЬ - отметка подошвы фундамента; ШЬ - уровень подземных вод; В,С - нижняя граница сжимаемой толщи; С и Сп глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; Ь - ширина фундамента; р - среднее давление под подошвой фундамента; р0 - дополнительное давление на основание; стгг и стг&0 -дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине г от подошвы фундамента и на уровне подошвы; агр и агр,0 - дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине г от подошвы фундамента и на уровне подошвы; Нс - глубина сжимаемой толщи

Дополнительные вертикальные напряжения а на глубине г от подошвы фундамента определяются методом угловых точек по формулам:

а2ро = аре = ар0 / 4,

где агро - дополнительные вертикальные напряжения по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; агр,с - дополнительные вертикальные напря-

жения по вертикали, проходящей через угловую точку прямоугольного фундамента; а - коэффициент, определяемый по формуле:

а0 =

2

(

arctg

\

П

W1+ (2+ n2

(n (i + П2 + 2(2

((2 +n2 ) + (2 ) + (2 +n2

1

2п

arctg

W1 + (2 + n2 n2 + 2^2'

(2 +n2 )+(2 ) + (2 +n2

n = //b = h/bü = z/bi = 2z/b; ^ = z/2b = z/b; po = p -azg;0 - дополнительное вертикальное давление на основание (для фундаментов шириной b>10 м принимается р0 = р); р - среднее давление под подошвой фундамента; Gzg0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при планировке срезкой принимается azg0 = Y d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой azg0 = Ydn, где у' - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы, d и dn - обозначены на рис. 2).

Методика расчета осадки ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы

1. В середине фундаментной ленты выбирают балочный элемент, по оси которого будут определяться вертикальные сжимающие напряжения (необходимо, чтобы этот балочный элемент был смещен в плоскости подошвы относительно главной оси фундамента так, как показано на рис. 3).

III I 0,5 b 0,5 b

Ось фундамента

IV II

Рис. 3. Схема для определения нормальных сжимающих напряжений в грунте основания фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы

Сжимающие вертикальные напряжения от выбранного балочного элемента в точке М будут равны:

Т

Л

где

а = а + а" + аШ + oIV , zpк, м zpк zpк zpк zpк'

а^к= ap0 / 4; а^ а% / 4; а™ = anIp0 / 4; а™ = aIVp0 / 4.

(I = (I =

Коэффициенты ц для определения aI:

0,51 + С , если 0,5b < (0,5l+c); и

z

0,5b z

nI =

, n =

0,5b 0,5b

если 0,5b > (0,5/+c).

0,5/ + c 0,5/ + c

Коэффициенты ц для определенияаII:

£ II = z

0,5b

nII = 0,5/ c, если 0,5b<(0,5/-c); и 0,5b

£1 = ^г/—, V = если 0,53 > (0,5/-о).

0,5/ - с 0,5/ - с

Коэффициент а1 = а111, так как площадка I равна площадке II, и а11 = а1¥, поскольку площадка II равна площадке IV.

2. Определение напряжения в точке «М» от соседних балочных элементов. Предполагая, что основание находится в плоском напряженно-деформированном состоянии, напряжение в точке М можно вычислять от балочных элементов, находящихся по одну сторону от расчетного сечения (в силу симметрии конструкции фундамента), а после увеличивать их вдвое (рис. 4). Количество балочных элементов, существенно влияющих на величину напряжения в точке М (не менее 1 % от р), установленное по результатам численного эксперимента, равно 10:

а а I + а II а III 0IV

а = а , + а , — а , — а , zpj, м zp, / zp, / zp, / zp, /

а^,/= ap0 / 4; а\/= aIIp0 / 4;

(1)

III

а"^,/= а p0 / 4; а zp/= а p0 / 4.

0,5 b

0,5 b

III

IV II

Рис. 4. Схема для определения напряжений в расчетном сечении от соседних балочных элементов фундамента с регулируемой перфорацией подошвы

Коэффициенты ^ для определения а:: £' =

b(0,5 + j)' если b(0,5 + j) < 0,5/ + c(-1)j; и

nI = 0,5/ + c(—1)j П = b(0,5 + j) ,

(' =

0,5/ + c(—1)j

n = b(0,5 + j) 0,5/ + c(—1)J

если b(0,5 + j) > 0,5/ + c(-1)j.

+

n

+

n

ас =

+

+

z

Коэффициенты 4, Ц для определения О1:

§11 =-

b(0,5 + j) если b(0,5+j)<0,5/+c(-1)j+1; и

П 0,5/ + с(-1)j +1 П =

b(0,5 + j)

§11 =

0,5/ + с (-1)1 +1

nii b (0,5 + j)

n =■

0,5/ + с (-1) 1+1

если 6(0,5+/) > 0,5/+е (-1/+1.

Коэффициенты 4, Ц для определения а111:

§ iii =

b (0,5 + j -1)

iii 0,5/ + с (-1)j

n =■

b (0,5 + j -1)

если b(0,5+j-1)<0,5/+c(-1/; и

§iii =

0,5/ + с (-1)1

m b (0,5 + j - 1)

n =--

0,5/ + с (-1)j

если Ь(0,5+/-1) > 0,5/+е (-1/

Коэффициенты 4, Ц для определения а1¥:

§ iv =

b (0,5 + j -1)

iV 0,5/ + с (-1) 1+1

n =-

b (0,5 + j -1)

если b(0,5+j-1)<0,5/+c(-1)7+1; и

§ iV =

0,5/ + с (-1)j+1

niv b (0,5 + j -1)

n =-~т

0,5/ + с (-1)j +1

если 6(0,5+/-1) > 0,5/+е (-1/+1.

По формуле (1) определяют дополнительные сжимающие напряжения в точке М от каждого /-го балочного элемента.

3. Напряжения в точке М в /-м слое основания определяются по формуле

т

агт = агтк + 2 2 гт .

j =1

4. Вертикальное напряжение от собственного веса грунта агг на границе слоя, расположенного на глубине г от подошвы фундамента, определяется по формуле

® zg = Y'dn + А i=1

где у - удельный вес грунта, находящегося выше подошвы фундамента; йп - обозначение - см. рис. 2; и Н\ - соответственно удельный вес и толщина /-го слоя грунта.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды.

При определении агг в водоупорном слое следует учитывать давление столба воды, расположенного выше рассматриваемой глубины.

5. Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине г = Нс , где выполняется условие стгр = 0,2 стгг. Если найденная по указанному выше условию нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е < 5 МПа (50 кгс/см2) или такой слой залегает непосредственно ниже глубины г = Нс , нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия стгр = 0,1 стгг.

Литература

1. Мурзенко Ю.Н., Евтушенко С.И., Скибин Г.М., Архипов Д.Н., Анищенко Е.Ю. Ленточный фундамент с геометрически изменяемой формой подошвы: Патент на полезную модель №32138 от 10.09.2003.

2. СНиП 2.02.01.-83*. Основания зданий и сооружений/ Госстрой СССР. М., 1985.

Южно-Российский государственный технический университет (НПИ)

17 ноября 2003 г.

z

z

z

z

z

z

УДК 627.83:681.3:51

МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ УРОВНЯ БЕЗОПАСНОСТИ ВОДОПОДПОРНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

© 2004 г. В.Л. Бондаренко, В.Б. Дьяченко

Чрезвычайные ситуации природного и техногенного характера в виде наводнений, подтоплений, весенних и дождевых паводков, интенсивных снегопадов и дождей, градовых явлений по своей природе связаны с непрерывными процессами движения и

взаимодействия водных ресурсов с природными (биотическими и абиотическими) и техногенными компонентами биосферы Земли. Гидросфера Земли, включающая в себя все водные ресурсы (Мировой океан, подземные воды, ледники, почвенную и атмосферную