Лабораторная работа по теме: Изучение мощности и КПД источника тока.. Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности 291000 и 291100

• Название: Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности 291000 и 291100
• Анкор: Лабораторная работа по теме: Изучение мощности и КПД источника тока
• Дата: 26.11.2022
• Размер: 0.67 Mb.
• Имя файла: metod_uk_osnovaniya_i_fundamenty_opor_mostov.doc
• Тип: Методические указания; #813592
• страница: 3 из 5

5. РасЧет свайных фундаментов с низким ростверком по предельным состоЯниЯм

5.1. РасЧет центрально нагруженных свайных фундаментов с низким ростверком

После назначения глубины заложения подошвы ростверка свайного фундамента, в котором равнодействующая внешних нагрузок проходит через его центр тяжести, выбирают тип свай, для которых определяют несущую способность по грунту или по материалу в зависимости от особенностей напластования грунтов на строительной площадке, материала и конструкции свай. В качестве расчетного принимают наименьшее значение несущей способности.

Число свай в фундаменте определяют, исходя из предположения, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи, расположенные в фундаменте. Расчет выполняется по первой группе предельных состояний (по несущей способности). Требуемое количество свай в фундаменте определяют по формуле:

n = _kN_0I/(F_d - _fa²d_р_m), (16)

где _k, F_d - то же, что в формуле (2); N_0I - расчетная нагрузка от веса сооружения; a - шаг свай; d_р - глубина заложения подошвы ростверка; _m = 20 кН/м³ - расчетное значение осредненного удельного веса материала ростверка и грунта.

После размещения свай в плане в соответствии с требованиями конструирования фундамента и расчета ростверка определяют нагрузку, приходящуюся на каждую сваю:

N = [N_0I + N_PI + N_GI + N_CI]/n, (17)

где N_0I - то же, что и в формуле (16); N_PI, N_GI, N_CI - расчетные нагрузки от веса ростверка, грунта и свай; n - количество свай в фундаменте.

Вес ростверка свайного фундамента определяется по формуле:

N_PI = _fN_PII = _fA_рh_р_б, (18)

где N_PI, N_PII - вес ростверка соответственно по первой и второй группам предельных состояний; _f = 1,2 - коэффициент надежности по нагрузке; A_р - площадь ростверка, м²; h_р - толщина ростверка, м; _б = 25 кН/м³ - удельный вес бетона ростверка.

Вес грунта, лежащего на обрезе ростверка свайного фундамента, определяется по формуле:

N_GI = _fN_GII = _f1A_р(d_р - h_р)_гр - _fA_оп(d_р - h_р)_б, (19)

где N_PI, N_PII - вес грунта соответственно по первой и второй группам предельных состояний; _f1 = 1,2 - 1,3 - коэффициент надежности по нагрузке для грунта; _f; A_р; h_р; _б - то же, что в формуле (18); d_р - глубина заложения подошвы ростверка, м. В целях упрощения расчетов в формуле (19) вторым слагаемым пренебрегают.

Вес свай в свайном фундаменте определяется по формуле:

N_СI = _fN_СII = _fA_свl_р,св_бn_, (20)

где N_СI, N_СII - вес свай соответственно по первой и второй группам предельных состояний; _f = 1,2 - коэффициент надежности по нагрузке; _б - то же, что в формуле (18); n - количество свай в фундаменте, A_св - площадь поперечного сечения сваи, м²; l_р,св - рабочая длина сваи, равная общей длине сваи минус длина заделки сваи в ростверк, м.

Несущая способность основания под подошвой фундамента мелкого заложения, к которому приводится свайный фундамент, должна удовлетворять условиям:

P  R/_n и P_max  _cR/_n, (21)

где P и P_max - соответственно среднее и максимальное давления подошвы фундамента на основание, кПа (тс/м²), определяемое от расчетных нагрузок, отнесенных к площади условного фундамента; R - расчетное сопротивление основания из нескальных и скальных грунтов осевому сжатию, кПа (тс/м²), определяемое согласно /7/ или по настоящим методическим указаниям; _n - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,4; _c - коэффициент условий работы, принимаемый равным: 1,0 - при определении несущей способности нескальных оснований в случаях действия временных нагрузок: вертикальной нагрузки, давления грунта от подвижного состава, горизонтальной поперечной нагрузки от центробежной силы; 1,2 - при определении несущей способности скальных оснований во всех случаях и нескальных оснований в случаях действия (кроме вышеперечисленных временных нагрузок одной или нескольких временных нагрузок: горизонтальных поперечных ударов подвижного состава, горизонтальной продольной нагрузки от торможения или силы тяги, ветровой нагрузки, ледовой нагрузки, нагрузки от навала судов, температурных климатических воздействий, строительных нагрузок.

Фундамент правильно рассчитан, если удовлетворяется условие формулы (2), характеризующее его несущую способность из основного условия первой группы предельных состояний. Если это условие не выполняется, то необходимо выбрать другой тип свай, имеющий более высокую несущую способность и повторить расчет.
5.2. Расчет внецентренно нагруженных

свайных фундаментов с низким ростверком

Внецентренно нагруженным называют свайный фундамент, в котором точка приложения равнодействующей внешних нагрузок не совпадает с центром тяжести поперечных сечений свай в кусте.

При небольших эксцентриситетах в целях сокращения производства работ сваи допускается размещать равномерно. При больших эксцентриситетах у более нагруженного края фундамента устанавливают большее количество свай, смещая тем самым центр тяжести сечения свай в кусте относительно оси симметрии и уменьшая неблагоприятное воздействие момента.

Количество свай во внецентренно нагруженном фундаменте определяют по формуле (16) с увеличением его на 20-25%.

Расчетную нагрузку на одну сваю во внецентренно нагруженном фундаменте при эксцентриситете относительно двух главных осей инерции определяют по формуле:

_{n n}

N = [N_0I + N_PI + N_GI + N_CI]/n  (M_xy)/y_i²  (M_yx)/x_i², (22)

^{i=1 i=1}
где N_0I, N_PI, N_GI, N_CI, n - то же, что в формуле (17); M_x, M_y - моменты от расчетных нагрузок относительно главных центральных осей плана свай в плоскости подошвы ростверка; x_i, y_i - расстояния от главных осей до оси каждой сваи; x, y - расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой определяется расчетная нагрузка.

Моменты от горизонтальных нагрузок, действующие в уровне обреза ростверка определяются по формуле M_x,y = H_x,yh_p, (23)

где H_x,y - горизонтальная составляющая расчетной нагрузки, действующей по оси х, у; h_p - высота ростверка.

Усилие, найденное по формуле (22) должно удовлетворять условию формулы (2), если оно не удовлетворяется, то увеличивают сечение, длину или количество свай и производят повторный расчет.
5.3. Проверка несущей способности по грунту фундамента из свай

как условного фундамента мелкого заложения

Условный фундамент принимают в виде прямоугольного параллелепипеда. Его размеры для свайного фундамента с заглубленным в грунт ростверком определяют по рис. 6 и 7, с расположенным над грунтом ростверком - по рис. 8 и 9, для фундамента из опускного колодца - по рис. 10. Среднее значение расчетных углов внутреннего трения грунтов _m, прорезанных сваями, определяют по формуле: _n

_m =  _ih_i/d, (24)

ⁱ⁼¹

где _i - расчетный угол внутреннего трения i-го слоя грунта, расположенного в пределах глубины погружения свай в грунт; h_i - толщина этого слоя; d - глубина погружения свай в грунт от его расчетной поверхности, м.

Несущую способность основания под подошвой условного фундамента проверяют по формуле (21), при этом подлежащие проверке среднее P, кПа (тс/м²), и максимальное P_max, кПа (тс/м²), давления на грунт в сечении 3-4 по подошве условного фундамента (см. рис. 6-10) определяют по формулам:

N_c N_c [6a_c(3M_c + 2F_hd)]

P = ; P_max =  +  , (25)

a_cb_c a_cb_c b_c[(kd⁴/c_b) + 3a_c³]

где N_c - нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, кН (тс), определяемая с учетом веса грунтового массива 1-2-3-4 вместе с заключенными в нем ростверком и сваями или опускным колодцем; F_h; M_c - соответственно горизонтальная составляющая внешней нагрузки, кН (тс), и ее момент относительно главной оси горизонтального сечения условного фундамента в уровне расчетной поверхности грунта, кНм (тсм); d - глубина заложения условного фундамента по отношению к расчетной поверхности грунта (см. рис. 6-10); a_c, b_c - размеры в плане условного фундамента в направлении, параллельном плоскости действия нагрузки и перпендикулярном ей, м; k - коэффициент пропорциональности, определяющий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта, расположенного выше подошвы фундамента и принимаемый по табл. 13; c_b - коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента, кН/м³ (тс/м³), определяемый по формулам: при d  10 м c_b = 10k, кН/м³ (тс/м³); при d > 10 м c_b = kd.

Таблица 13

Грунты	Коэффициент k, кН/м3 (тс/м3)
Текучепластичные глины и суглинки (0,75 < IL  1)	490-1960 (50-200)
Мягкопластичные глины и суглинки (0,5 < IL  0,75); пластичные супеси (0 < IL  1); пылеватые пески (0,6 < e  0,8)	1961-3920 (200-400)
Тугопластичные и полутвердые глины и суглинки (0  IL  0,5); твердые супеси (IL < 0); пески мелкие (0,6  e  0,75) и средней крупности (0,55  e  0,7)	3921-5880 (400-600)
Твердые глины и суглинки (IL < 0); пески крупные (0,55  e  0,7)	5881-9800 (600-1000)
Пески Гравелистые пески мелкие (0,55  e  0,7) и галька с песчаным заполнителем	9801-19600 (1000-2000)

Рис. 6. Условный свайный фундамент с ростверком, заг-лубленным в грунт при угле наклона свай менее m/4

Рис. 7. Условный свайный фундамент с ростверком, заглубленным в грунт при угле наклона свай более m/4

Рис. 8. Условный свайный фундамент с ростверком, рас-положенным над грунтом при угле наклона свай менее m/4

Рис. 9. Условный свайный фундамент с ростверком, расположенным над грун-том при угле наклона свай более m/4

Рис. 10. Условный фундамент из опускного колодца: а - без уступов; б - с уступами.

5.4. Определение осадки свайного фундамента

как условного фундамента мелкого заложениЯ

Для свайных фундаментов из свай трения необходимо еще и выполнение основного требования расчета по второй группе предельных состояний (по деформациям), для фундаментов из свай-стоек этот вид расчета не требуется.

Расчет осадки свайного фундамента из свай трения (висячих свай) производят как условного фундамента на естественном основании, контур которого ограничен размерами ростверка свай и объемом грунта в межсвайном пространстве. В расчетной схеме принимается, что нагрузка на грунт передается по подошве условного фундамента и воспринимается слоем грунта, расположенным ниже плоскости острия свай.

Реактивные напряжения по подошве условного фундамента считаются равномерно распределенными.

Вычислив размеры условного фундамента, проверяют основное требование второй группы предельных состояний из условия ограничения средних давлений под его подошвой расчетным сопротивлением грунта оснований по формуле:

P = [N_0II + N_CII + N_PII + N_GII]/A_y  R/_n, (26)

где N_0II - расчетная нагрузка от веса сооружения по второй группе предельных состояний; N_CII, N_PII, N_GII - вес свай, ростверка и грунта в пределах условного фундамента по второй группе предельных состояний; A_y = b_yl_y - площадь подошвы условного фундамента; R - расчетное сопротивление основания из скальных или нескальных грунтов осевому сжатию, кПа (тс/м²).

Расчет осадки условного фундамента выполняют по схемам линейно-деформируемого полупространства или линейно-деформируемого слоя, согласно /8/.

Для обеспечения нормальных условий эксплуатации мостов осадки их фундаментов не должны превышать значений, установленных в /7/. Допускаемые предельные смещения не должны превышать (см): полная равномерная осадка опоры - 1,5L; разность полных осадок смежных опор - 0,75L; горизонтальное смещение верха опоры - 0,5L, где L - длина меньшего из примыкающих к опоре пролетов (м), но не менее 25 м.

Осадку фундамента S определяют от действия нормативных нагрузок. Конечная осадка основания S, м, с использованием расчетной схемы линейно-деформируемого полупространства определяется согласно /8/ и вычисляется по формуле:

_n

S = (_zp,ih_i)/E_i, (27)

ⁱ⁼¹

где  - безразмерный коэффициент, равный 0,8; _zp,i - среднее значение дополнительного вертикального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней z_i-1 и нижней z_i границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; h_i и E_i - соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта, причем h_i  0,4b_п, b_п - меньшая сторона подошвы фундамента; n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща.

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой приведенной на рис. 11.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента: _zp - по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле: _zp = P_o, (28)

где  - коэффициент, принимаемый по /8/ (см. табл. 14) в зависимости от соотношения сторон подошвы прямоугольного фундамента  = l_п/b_п и относительной глубины  = 2z/b_п, b_п - меньшая сторона подошвы фундамента; P_o = P - _zg,o - дополнительное вертикальное давление на основание (для фундаментов шириной b_п  10 м принимается P_o = P); P - среднее давление под подошвой фундамента, кПа; _zg,o = d_f - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;  - удельный вес грунта, кН/м³; d_f - глубина заложения подошвы фундамента, м.

1

Рис. 11. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве: DL - отметка планировки; NL - отметка поверхности природного рельефа; FL - отметка подошвы фундамента; WL - уровень подземных вод; B.C - нижняя граница сжимаемой толщи; d и d_n -глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b - ширина фундамента; P - среднее давление под подошвой фундамента; P_o - дополнительное давление на основание; _zg, _zg,o - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; _zp, _zp,o - дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; H_c - глубина сжимаемой толщи.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта _zg на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента определяется по формуле: _n

_zg = _zg,o +  _ih_i, (29)

ⁱ⁼¹

где _i и h_i - соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

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

Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается равной на глубине z = H_c, где выполняется условие: _zp = 0,2_zg, (30)

где _zp - дополнительное вертикальное напряжение на глубине z = H_c по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; _zg - вертикальные напряжения от собственного веса грунта на глубине z = H_c по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента.

Если найденная по указанному выше условию нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации E  5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = H_c, нижняя граница сжимаемой толщи определяется по формуле

_zp = 0,1_zg. (31)

Если в пределах сжимаемой толщи находится слой грунта с меньшим, чем у верхних слоев модулем деформации E, то необходимо произвести проверку несущей способности подстилающего слоя грунта согласно /7/.