Основные методы определения осадок фундаментов: достоинства и недостатки

     - учесть влияние прочностных характеристик грунта (с, φ) на изменение деформаций оснований;

     - выявить влияние заглубления и жесткости фундаментов;

     - определить долю осадки фундаментов, развивающуюся за счет пластических деформаций оснований;

     - показать независимость осадки фундаментов от приложенного давления, начиная с определенной его ширины;

     - провести расчет оснований по деформациям с учетом изменения прочностных (с, φ) и деформационных (Е, ν) характеристик в зависимости от вида напряженного состояния, то есть параметра Надаи - Лоде.

     Реальное перемещение грунтов под нагрузкой в соответствии со схемами их расчета по двум предельным состояниям не в полной мере соответствуют принятым в них предпосылкам. Наиболее полно напряженно -деформированное состояние оснований (НДС) может быть описано с позиций теории пластического течения. Именно решение смешанных упруго - пластических задач позволяет объединить существующие методики расчета оснований по двум предельным состояниям в одну с едиными предпосылками, принимаемыми для упругопластической среды.

     Следует иметь в виду, что наиболее простая нелинейная модель грунта - упругая идеально пластическая среда использует те же характеристики грунта, что и модель линейно - деформируемой среды.

     Целесообразность использования в расчетах оснований нелинейных методов подтверждается возможностью одновременного учета прочностных (с, φ) я деформационных (Е, ν) характеристик грунта, формы подошвы фундамента, его жесткости и заглубления, а также характера приложения нагрузок при давлениях, превышающих расчетное сопротивление грунтов.

     Значительные математические трудности решения смешанных задач приводит к необходимости использования численных методов, в частности МКЭ (метод конечных элементов).

     В принятой модели грунт представляет упругую идеально пластическую среду, подчиняющуюся ассоциированному 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). В качестве критерия текучести предусмотрено использование условий Мора - Кулона, Гениева, Мизеса - Тлейхера - Боткина.

     Полученное решение смешанной пространственной задачи открывает возможность проектирования фундаментов при давлениях, превышающих расчетное сопротивление фунта, что ведет к повышению экономической эффективности проектных решений. Эффективность расчета оснований с учетом упругопластических свойств грунта возрастает с уменьшением прочностных и деформационных характеристик фунтов оснований, уменьшением глубины заложения подошвы фундаментов и увеличением внешней нагрузки.

     Наиболее перспективный путь использования решений нелинейных задач механики грунтов состоит в выявлении факторов, влияющих на осадку, расчет вариантов наиболее часто встречаемых в практике проектирования фундаментов и получение соответствующих приближенных зависимостей или разработка соответствующих номограмм.

     Для оценки влияния различных факторов на изменение осадки фундаментов наиболее целесообразно использование теории размерности и подобия, позволяющей всякие физические соотношения между размерными величинами представить как соотношение между безразмерными параметрами. Кроме того, применение безразмерных параметров ведет к снижению числа переменных и обеспечивает возможность сопоставления и обобщения результатов.

     В общем случае осадка фундаментов на естественном основании в основном зависит от следующих факторов

     

     где Р - уплотняющее давление по подошве фундамента, шириной «b» и глубиной заложения d;

     Е, ν - модуль общей деформации и коэффициент Пуассона грунта;

     φ, с - угол внутреннего трения и сцепление грунта;

     ω- коэффициент, зависящий от формы подошвы фундамента, его жесткости и толщины сжимаемого слоя грунта.

     С целью уменьшения числа безразмерных параметров использовалась известная функциональная связь между параметрами Р, b, Е, ν, ω в виде формулы вычисления осадки линейно - деформируемого слоя конечной толщины

     

     Если в качестве основных параметров принять осадку линейно - деформируемого слоя грунта S₀ и его удельный вес γ, то превышение осадки фундамента, подсчитанной для упругопластической модели в сравнении с моделью линейно - деформируемого слоя конечной толщины в безразмерных комплексах в соответствии с π - теоремой выразится в виде зависимости

     

     или в нашем случае

     

     По величине отношения S/S₀ можно судить о влиянии различных факторов на формирование осадки фундаментов за счет пластических деформаций основания.

     Следовательно, это отношение может служить критерием возможности применения теории линейно - деформируемой среды или целесообразности использования нелинейных методов.

     Выполненный анализ указывает на то, что величина пластических деформаций уменьшается с уменьшением отношения (где λ - длина фундамента, b - ширина), а также с увеличением размера подошвы фундаментов, глубины заложения, угла внутреннего трения и удельного веса фунта.

     При ширине подошвы фундамента более 10 м и угле внутреннего трения грунта φ ≥ 30° отношение S/S₀ ≈ 1, то есть в этом случае правомерно использование теории линейно - деформируемой среды для расчета оснований по деформациям. Однако при определенном соотношений безразмерных параметров отношение S/S₀  может быть более 3, что приводит к необходимости расчета оснований по деформациям с использованием упругопластических моделей фунта.

     Связь безразмерных параметров и линейная и не зависит от угла внутреннего трения грунта. Указанная зависимость сохраняется линейной вне зависимости от формы подошвы фундаментов и их заглубления, следовательно, может быть использована для расчета различных фундаментов зданий и сооружений.

     Осадка прямоугольных и ленточных фундаментов на упругопластических основаниях с использованием теории размерностей и подобия может быть подсчитана по номограмме или по формуле ,

     где s₀ – осадка линейно – деформируемого слоя грунта, равная

     

;

        ω – коэффициент, учитывающий форму подошвы фундамента, его жесткость и относительною толщину H/b сжимаемого слоя грунта…

           к – параметр нелинейности основания, равный

     

           φ, с – соответственно угол внутреннего трения с сцепления грента;

           γ – удельный вес  грунта;

           d – заглубление фундамента;

           Осадка фундамента круглой формы может быть определена по номограмме

 

     Номограмма  определения осадок прямоугольных и  ленточных фундаментов.

     Номограмма  определения осадок круглых фундаментов.

 

     

     11. Вывод

           В заключений можно сказать, что все методы базируются на разных предпосылках.

     Линейные методы расчета не позволяют:

     - провести расчет оснований по деформациям при давлении, превышающем расчетное сопротивление фунта;

     - учесть влияние прочностных характеристик грунта (с, φ) на изменение деформаций оснований;

     - выявить влияние заглубления и жесткости фундаментов;

     - определить долю осадки фундаментов, развивающуюся за счет пластических деформаций оснований;

     - показать независимость осадки фундаментов от приложенного давления, начиная с определенной его ширины;

     - провести расчет оснований по деформациям с учетом изменения прочностных (с, φ) и деформационных (Е, ν) характеристик в зависимости от вида напряженного состояния, то есть параметра Надаи - Лоде.

     Решение смешанной пространственной задачи открывает возможность проектирования фундаментов при давлениях, превышающих расчетное сопротивление фунта, что ведет к повышению экономической эффективности проектных решений. Эффективность расчета оснований с учетом упругопластических свойств грунта возрастает с уменьшением прочностных и деформационных характеристик фунтов оснований, уменьшением глубины заложения подошвы фундаментов и увеличением внешней нагрузки.

 

     

     Список литературы.

1. СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений».
2. ТСН 50-301-99 РМЭ «Основания и фундаменты зданий и сооружений», Пилягин А.В., г. Йошкар-Ола.
3. Далматов Б.И., Морарескул Н.Н., Науменко В.Г. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений: Учебное пособие для судентов вузов. – М.: Высш. Шк., 1986.
4. Лапшин Ф.К. Основания и фундаменты в дипломном проектировании: Учебное пособие для вузов. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1986.
5. Пилягин А.В. «Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений» Москва Изд-во АСВ 2005г
6. Костерин Е.В. Основания и фундаменты. Учебник для автомобильно – дорожных вузов. Изд.2., доп., и переработано, М.
7. Денисов О.Г. Основания и фундамент промышленных и гражданских зданий.
8. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов. Учебное пособие для строительных вузов. – 2-е изд., перераб., и доп. – М. Стройиздат, 1978. – 215 с., ил.