Расчет_висячей_сваи_фундамента_на_действие_горизонтальной_нагруз. Определение несущей способности одиночных свай

• Название: Определение несущей способности одиночных свай
• Дата: 19.02.2023
• Размер: 249.44 Kb.
• Имя файла: Расчет_висячей_сваи_фундамента_на_действие_горизонтальной_нагруз.docx
• Тип: Документы; #945396

Определение несущей способности одиночных свай
Постановка задачи: Расчет несущей способности одиночной висячей сваи-фундамента на действие горизонтальной нагрузки.

Алгоритм выполнения задания:

1. 
   Расчет деформации свай.
   
2. 
   Расчет устойчивости основания по условию ограничения расчетного давления, оказываемого на грунт боковой поверхностью сваи.
   

Пример решения задачи:

Исходные данные:

Грунтовые условия – однородный грунт по второму слою геологического разреза на всю глубину погружения сваи принимается по заданию: глина пылеватая, комковая, полутвердая φ = 16^о, с = 18 кПа, Е = 27 МПа, γ= 17,7 кН/м³.

Вид сваи и способ погружения – одиночная свая сплошная без круглых пустот сечением b ×h = 300 ×300 мм; забивка в предварительно пробуренные скважины.

Длина сваи принимается l = 11 м.

Материал свай – арматура 4d16 A-II. Бетон класса В20.

Нагрузки:

- вертикальная нормативная – по заданию: N = 500 кН;

- горизонтальная, действующая на уровне поверхности земли Н = 50 кН;

- изгибающий момент М = 40 кНм.

Расчетная схема показана на рисунке 1.



Рисунок 1 – Схема нагрузок на сваю

При расчете свай всех видов по прочности материала сваю допускается рассматривать как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии l, определяемом по формуле:



где l₀ – длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м;

α_ε – коэффициент деформации, 1/м, определяемый по формуле 2.



где К = 5000 кН/м⁴ – коэффициент пропорциональности [1, приложение В, таблица В.1];

b_p = 1,5·0,3+0,5 = 0,95 м – условная ширина сваи, м, принимаемая равной: для свай диаметром стволов 0, 8 м и более b_p = d + 1, а для остальных размеров сечений свай b_p = 1, 5d + 0,5 м;

d = 0,3 м – наружный диаметр круглого или сторона квадратного, или сторона прямоугольного сечения свай в плоскости, перпендикулярной к действию нагрузки, м;

γ_c = 1 – коэффициент условий работы [1];

E = 27 МПа = 27·10³ кПа – модуль упругости материала сваи [2, таблица 5.4];

I = bh⁴/12 = (0,3·0,3)⁴/12 = 5,4·10^-6 м⁴ – момент инерции поперечного сечения сваи.

Расчет деформации свай производится по условиям:

U_p ≤ U_u; (3)

ψ_р ≤ ψ_u. (4)

где u_p, ψ_p – расчетные значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад;

u_u, ψ_u – предельные допустимые значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад.

Значения u_u и ψ_u должны задаваться в проекте из условия нормальной эксплуатации проектируемых строительных конструкций здания или сооружения.

Расчетные значения:

U_p=Н_оƐ_нн+М_оƐ_нм= 50‧0,032‧10^-3 +40‧0,174‧10^-3= 0,00856 м = 8,56 мм;

Ψ_р= Н_оƐ_мн+М_оƐ_мм = 50‧0,174‧10^-3+40‧0,15‧10^-2= 0,0687 рад.

Расчетные значения поперечной силы в рассматриваемом сечении Н_о = Н = 50 кН и изгибающего момента М_о = М = 40 кНм.

Значения коэффициентов А₀, В₀, С₀ приведены в таблице 1.

Значения коэффициентов А_i, В_i, D_i приведены в таблице 2.

Горизонтальное перемещение сечения от действия силы Н=1:

Ɛ_нн = А_о = ‧ 2,441 = 0,032‧10^-3 м/кН.

Горизонтальное перемещение сечения от момента М=1, равное углу поворота сечения от силы Н=1:

Ɛ_нм=Ɛ_мн= В_о = ‧ 1,621 = 0,174 ‧10^-3 (1/кН).

Угол поворота сечения (1/кН‧м) от момента М=1:

Ɛ_мм= С_о = ‧ 1,751 = 0,15‧10^-2 (1/кН‧м).

U_uи Ψ_u– предельные значения, устанавливаются заданием на проектирование.

Возможность использования линейных зависимостей при расчете свай должна проверяться по условию ограничения расчетного давления σ_z, оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай:

σ_z≤ η₁ η₂ (γZ tgφ+ξc), (5)

где σ_z – расчетное давление на грунт, кПа (тс/м2), боковой поверхности сваи на глубине z, м, отсчитываемой при высоком ростверке от поверхности грунта, а при низком ростверке от его подошвы [при α_εl≤2, 5 – на двух глубинах, соответствующих z = l/3 и z = l; при α_εl>2, 5 – на глубине z=0, 85/αε, где α_ε определяется по формуле:

σ_z= ‧ (U_pA₁- B₁+ C₁+ D (6)

σ_z=

где приведенная глубина расположения сечения сваи в грунте

= α_ɛZ = 7,99‧10 = 79,9 > =0,85 м на глубине

Z=0,85/ α_ɛ=0,85/7,99 = 0,106 м.

= α_ɛZ = 7,99‧0,106 = 0,85 м.

γ_I – расчетный удельный (объемный) вес грунта ненарушенной структуры, кН/м3 (тс/м3), определяемый в водонасыщенных грунтах с учетом взвешивания в воде;

φ_I, c_I – расчетные значения соответственно угла внутреннего трения грунта, град, и удельного сцепления грунта, кПа (тс/м2);

ξ – коэффициент, принимаемый для забивных свай и свай-оболочек ξ=0,6, а для всех остальных видов свай ξ=0,3;

η₁ – коэффициент, равный единице, кроме случаев расчета фундаментов распорных сооружений, для которых η₁=0, 7;

η₂ – коэффициент, учитывающий долю постоянной нагрузки в суммарной нагрузке, определяемый по формуле:

η₂ = (7)

где M_c – момент от внешних постоянных нагрузок в сечении фундамента на уровне условной заделки на глубине l_I по формуле (1), кН·м;

M_I – то же, от внешних временных расчетных нагрузок, кН·м;

n̅ – коэффициент, принимаемый n̅=2,5.

Проверка условия (5):

1,52 кПа ≤ 1‧0,4‧ ‧(17,7‧0,106‧tg16^о+0,6‧18) = 18,81 кПа.

Условие выполняется, следовательно, несущая способность сваи по грунту на горизонтальное давление обеспечивается.
Таблица 1 – Значения коэффициентов А₀, В₀, С₀ при опирании сваи на нескальные грунты

l1	А0	В0	С0
0,5	72,004	192,026	576,243
0,6	50,007	111,149	278,069
0,7	36,745	70,023	150,278
0,8	28,140	46,943	88,279
0,9	22,244	33,008	55,307
1,0	18,030	24,106	36,486
1,1	14,916	18,160	25,123
1,2	12,552	14,041	17,944
1,3	10,717	11,103	13,235
1,4	9,266	8,954	10,050
1,5	8,101	7,349	7,838
1,6	7,154	6,129	6,268
1,7	6,375	5,189	5,133
1,8	5,730	4,456	4,299
1,9	5,190	3,878	3,679
2,0	4,737	3,418	3,213
2,2	4,032	2,756	2,591
2,4	3,526	2,327	2,227
2,6	3,163	2,048	2,013
2,8	2,905	1,869	1,889
3,0	2,727	1,758	1,818
3,5	2,502	1,641	1,757
≥4,0	2,441	1,621	1,751

Таблица 2 – Значения коэффициентов А_i, В_i, D_i

	А1	В1	С1	D1
0	1,000	0,000	0,000	0,000
0,1	1,000	0,100	0,005	0,000
0,2	1,000	0,200	0,020	0,001
0,3	1,000	0,300	0,045	0,005
0,4	1,000	0,400	0,080	0,011
0,5	1,000	0,500	0,125	0,021
0,6	0,999	0,600	0,180	0,036
0,7	0,999	0,700	0,245	0,057
0,8	0,997	0,799	0,320	0,085
0,9	0,995	0,899	0,405	0,121
1,0	0,992	0,997	0,499	0,167
1,1	0,987	1,095	0,604	0,222
1,2	0,979	1,192	0,718	0,288
1,3	0,969	1,287	0,841	0,365
1,4	0,955	1,379	0,874	0,456
1,5	0,937	1,468	1,115	0,560
1,6	0,913	1,553	1,264	0,678
1,7	0,882	1,633	1,421	0,812
1,8	0,843	1,706	1,584	0,961
1,9	0,795	1,770	1,752	1,126
2,0	0,735	1,823	1,924	1,308
2,2	0,575	1,887	2,272	1,720
2,4	0,347	1,874	2,609	2,195
2,6	0,033	1,755	2,907	2,724
2,8	-0,385	1,490	3,128	3,288
3,0	-0,928	1,037	3,225	3,858
3,5	-2,928	-1,272	2,463	4,980
4,0	-5,853	-5,941	-0,927	4,548

Список литературы:

1. СП 24.13330.2011 (24.01.2019). Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85. Введ. 20.05.2011. М. : Стандартинформ, 2019. 126 с.

2. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. – Введ. 2019-06-20. – М.: Минрегион России, 2013. (Актуализированная редакция СНиП 52.01-2003).–143 с.