Фундаменты конечной жесткости это

Заметки инженера-строителя
Блог проектировщика

Полезная информация о конструкциях, расчётах и строительных материалах
Содержание сайта: Главная страница

понедельник, 1 февраля 2021 г.

Что такое гибкие и жесткие фундаменты. В чем разница между ними

Фундаменты по жесткости (по характеру работы под нагрузкой) подразделяют на:

— жесткие (не изгибающиеся) (не деформируемые)

Жесткие фундаменты — это фундаменты, имеющие такую форму и размеры, при которых их подошва практически не изгибается

(тела таких фундаментов воспринимают, в основном, сжимающие усилия), и, как следствие, влияние изгиба на распределение контактных давлений по подошве такого фундамента практически исключено.

(Растягивающие и скалывающие напряжения в них отсутствуют или настолько малы, что ими можно пренебречь, а также принимается, что реактивное давление по подошве жестких фундаментов определяется без учета их изгиба, ввиду его отсутствия или малости)

Деформации изгиба у таких фундаментов практически отсутствуют и осадки таких фундаментов определяются только влиянием сжимаемости основания под передаваемой фундаментом нагрузкой.

— гибкие (изгибающиеся) (деформируемые)

Гибкие фундаменты — это фундаменты, имеющие такие форму и размеры, при которых их подошва изгибается

(тела таких фундаментов работают на сжатие с изгибом), и, как следствие, присутствует влияние изгиба фундамента на распределение контактных давлений (распределение напряжений в плоскости подошвы) и осадки.

Деформации изгиба гибких фундаментов того же порядка, что и осадки этого же фундамента (деформации их изгиба и осадки определяются совместным влиянием гибкости фундамента и сжимаемости основания).

Гибкие (деформируемые) фундаменты — фундаменты, работающие на сжатие с изгибом (испытывающие как сжимающие, так и растягивающие и скалывающие напряжения), изгибающиеся при восприятии нагрузки в одном или обоих направлениях подошвы.

Деформации изгиба гибких фундаментов того же порядка, что и осадки этого же фундамента (деформации определяются совместным влиянием гибкости фундамента и сжимаемости основания).

Реактивные давления по подошве определяются исходя из совместной работы фундамента и основания и зависят от прогиба фундамента.

В соответствии с тем, является фундамент жестким или гибким, и выбирают методику расчета как основания, так и конструкции самого фундамента.

Жесткие фундаменты следует рекомендовать в тех случаях, когда грунты основания относительно прочные, нагрузки на подошву относительно невелики, а также когда число уступов (ступеней) отдельных и ленточных фундаментов не превышает двух — трех (ввиду угла жесткости).

Жесткие фундаменты выполняют из бутовой кладки, кирпича, бутобетона и бетона.

К жестким фундаментам могут быть отнесены ленточные фундаменты большого поперечного сечения и сравнительно малой длины, нагруженные колоннами (при небольших расстояниях между ними).

Монолитные ленточные и отдельные фундаменты проектируют как жесткие, обычно имеющие ступенчатое очертание сечения (с уступами), определяя высоту hy и ширину by уступов с помощью угла жесткости α (угла распределения давления в материале фундамента).

По углу жесткости определяют возможные размеры жестких фундаментов из выбранного материала (с учетом заданной глубины заложения и предполагаемого давления на грунт), при которых возникающие в его теле скалывающие усилия не превышают предельных значений.

Практически установлено, что фундамент работает как жесткое тело, когда все его горизонтальные сечения лежат в пределах трапеции, образованной линиями распределения давлений (наклоненных под углом жесткости).

Грани гибких фундаментов могут быть наклонены к вертикали под любым углом, так как растягивающие и скалывающие усилия, возникающие при изгибе, воспринимаются арматурой, укладываемой в растянутой зоне.

Угол жесткости зависит от материала фундамента и составляет 25°–40° для каменных материалов и 45° для бетона и железобетона.

После определения размеров жесткого фундамента в плане и размеров его поперечного сечения, рассчитывают распределение напряжений в плоскости подошвы как для сооружений бесконечной жесткости (контактные напряжения).

При симметричной нагрузке и согласованном напластовании осадка абсолютно жесткого фундамента будет равномерной. При этом фундамент встретит значительное сопротивление от грунта в краевых зонах, т.е. возникнет более интенсивное давление на этих участках.

В слоистом основании с выклинивающимися слоями различной сжимаемости внецентренно приложенная нагрузка может увеличить или уменьшить крен жесткого фундамента.

(При слабых грунтах и больших нагрузках на подошву жесткие фундаменты вследствие малого угла распространения давления в материалах, из которых они изготовляются, получаются большой ширины, глубокими, имеют большой вес и становятся экономически невыгодными.

Поэтому при слабых грунтах или при больших нагрузках на подошву рекомендуются гибкие фундаменты, так как они способны работать на изгиб и распределять нагрузку от веса здания на необходимую (расчетную) ширину основания. При этом их не нужно заглублять более глубины промерзания.)

Так как в жестких фундаментах учитываются только напряжения сжатия, то расчет их прочности сводится к проверке сжимающих напряжений.

При расчете абсолютно жесткого фундамента его заделку в грунте учитывают, исходя из тех же предпосылок, которые были приняты в расчете столбчатых фундаментов конечной жесткости. Грунт рассматривают как тело, упругие свойства которого характеризуются коэффициентом постели, линейно возрастающим по глубине.

Гибкие (деформируемые) фундаменты

Гибкие фундаменты работают совместно со сжимаемым основанием и рассчитываются на прочность при изгибе с учетом деформаций основания.

Гибкие фундаменты применяются при малой прочности грунтов основания или при больших нагрузках на подошву.

(При слабых грунтах и больших нагрузках на подошву жесткие фундаменты вследствие малого угла распространения давления в материалах, из которых они изготовляются, получаются большой ширины, глубокими, имеют большой вес и становятся экономически невыгодными.

Поэтому при слабых грунтах или при больших нагрузках на подошву рекомендуются гибкие фундаменты, так как они способны работать на изгиб и распределять нагрузку от веса здания на необходимую (расчетную) ширину основания. При этом их не нужно заглублять более глубины промерзания.)

Гибкие фундаменты изготовляются, в основном, из железобетона, чтобы воспринимать не только сжимающие, но и растягивающие усилия при изгибе. (так как он способного работать на растяжение и скалывание (изгиб)).

К гибким фундаментам могут быть отнесены ленточные фундаменты большой длины, нагруженные колоннами, расположенными на значительных расстояниях, железобетонные плиты, фундаменты из перекрестных лент, коробчатые фундаменты, кольцевые фундаменты дымовых труб.

Отличия гибких и жестких фундаментов:

1) Деформации изгиба гибких фундаментов того же порядка, что и осадки этого же фундамент, у жестких фундаментов они практически отсутствуют.

2) Жесткие фундаменты проектируют таким образом, чтобы их горизонтальные сечения лежали в пределах трапеции, образованной линиями распределения давлений (наклоненных под углом жесткости). Грани гибких фундаментов могут быть наклонены к вертикали под любым углом, так как растягивающие и скалывающие усилия, возникающие при изгибе, воспринимаются арматурой, укладываемой в растянутой зоне.

(подробнее см. выше)

3) К гибким (деформируемым) фундаментам могут быть отнесены фундаменты по следующему критерию: при отношении их высоты к их длине менее 1/3

h /ℓ > 1 / 3 — абсолютно жёсткие фундаменты (при распределении давлений в пределах углов жесткости)
h /ℓ Автор: Gavrilov Artem на 04:40

Источник

Жесткие и гибкие фундаменты

Фундаменты по их конструктивным пропорциям разделяют на жесткие и гибкие. Жесткие фундаменты, передавая нагрузку на основание, сами не искривляются, подошва их всегда остается плоской, при этом автоматически выравниваются деформации основания. Гибкие фундаменты при передаче нагрузки сами искривляются, причем деформации определяются совместным влиянием гибкости фундамента и сжимаемости основания. На рис, 5 схематически показан гибкий фундамент до нагрузки и после загружения и возникновения деформаций (для ясности деформации увеличены). Вопросы постройки фундаментов. Разработка котлована представляет важный этап постройки, так как в этой операции не только заключаются подчас основные трудности, но на нее приходятся главные затраты средств и времени. При благоприятных условиях можно откапывать котлован, ограничивая его грани откосами, выбирая при этом несколько больший объем грунта. Извлеченный грунт надо отвезти в отвал и затем частично вернуть для засыпки пазух. В водоносных грунтах откосы оплывают, их надо для устойчивости делать пологими, и это будет стоить дорого. Дело существенно изменится, если стены котлована укрепить, тогда его можно будет откапывать с отвесными гранями, что не только уменьшит объем вынимаемого грунта, но и затруднит приток воды. Современная техника фундаментостроения располагает многими средствами для подобных креплений, и это позволяет выбрать наиболее рациональный способ применительно к местным условиям. На местности, покрытой водой, для изолирования места постройки устраивают перемычки и огражденное ими пространство осушают. Там, где по местным условиям такой прием непригоден, уже давно научились применять опускные колодцы и с прошлого века — сжатый воздух (кессоны). Эти вспомогательные устройства изготавливаются предварительно и опускаются на дно с подмостей или в плавающем состоянии. При неосмотрительном удалении воды из котлована (водоотливе) можно повредить грунт дна, что тем опаснее, чем более размываем и подвижен грунт. Это обязывает изыскивать способы удаления воды, при которых возможно устранить подобную опасность. Все это указывает на неразрывную связь между способами постройки фундаментов, качествами грунтов и другими местными обстоятельствами.

Источник

Задание граничных условий (связей) для фундаментных плит в горизонтальной плоскости

Фундаментные плиты зданий, как правило, моделируются в виде пластинчатых элементов на упругом основании. Роль вертикальной связи выполняют граничные условия виде коэффициентов постели. Для обеспечения геометрической неизменяемости здания в горизонтальных направлениях (вдоль осей X и Y) следует наложить граничные условия в плоскости фундаментной плиты. Как известно, для обеспечения геометрической неизменяемости тела на плоскости достаточно наложить 3 связи, не пересекающиеся в одной точке. Бывает, что на практике расчетчики закрепляют фундаментную плиту в только трех узлах. Подобное закрепление может привести к резким всплескам усилий в местах наложения связей, а соответственно и армирования:

Если фундаментная плита имеет оси симметрии, то связи лучше задавать по линиям симметрии. Для линии параллельной оси X следует запретить перемещение по направлению оси Y и наоборот. Т.е. по следующей схеме:

Наложенные таким образом связи не будут приводить к всплескам усилий в конечных элементах фундаментной плиты, а плита при этом остается неподвижной в горизонтальной плоскости. При этом при подборе армирования также будет учтена мембранная группа усилий.

Другой вариант задания граничных условий — применения связей конечной жесткости КЭ 56. При использовании данного варианта во все узлы фундаментной плиты вводятся одноузловые конечные элементы 56 типа. В описании типа жесткости данного конечного элемента следует задать жесткостные характеристики в горизонтальном направлении — Rx и Ry:

Значения Rx и Ry можно определить, зная количество n элементов 56 типа (равно количеству узлов фундаментной плиты, в которые вводятся эти элементы) и величину сдвиговой жесткости основания K_x/y:

Жесткость основания в горизонтальной плоскости Kx/y может быть определена из решения статической задачи о штампе на упругом основании [1] стр. 25:

где А — площадь фундамента; Е — модуль деформаций грунта основания; ν — коэффициент Пуассона грунта основания, ωz и ωx — коэффициенты, зависящие от соотношения сторон фундамента a и b.

Другой подход к определению K_x/y базируется на решении задачи о колебаниях штампа на упругом основании [2] стр. 97:

где А — площадь фундамента, Cz — коэффициент упругого равномерного сжатия.

Этот подход включен в нормы на проектирования [3].

Источник

Лекции по Основаниям и фундаментам. DOC / Проектирование гибких фун-ов

Проектирование гибких фундаментов

При расчете жестких фундаментов была принята линейная зависимость распределений напряжений под подошвой фундамента. При расчете фундаментов конечной жесткости (гибких фундаментов- балок и плит) условная линейная эпюра распределения напряжений под подошвой гибкого фундамента не приемлема.

В этом случае необходимо учитывать M и Q, возникающие в самой конструкции фундамента, вследствие действия неравномерных контактных реактивных напряжений по подошве фундамента. Не учет возникающих усилий может привести к неправильному выбору сечения фундамента или % его армирования.

Поэтому необходимо решать задачу совместной работы фундаментной конструкции и сжимаемого основания.

Какие же фундаменты считать гибкими?

Гибкие фундаменты — это те, деформации изгиба которых того же порядка, что и осадки этого же фундамента

∆ S(см) ≈ f(см); ∆ S – осадка фундамента (деформация основания)

f – деформация изгиба фундамента

Таким образом, при расчете гибких фундаментов необходимо одновременно учитывать и деформации фундамента и его осадки.

конструкция грунт

При расчете ленточных фундаментов, загруженных неравномерно сосредоточенными силами — необходимо учитывать изгиб в продольном направлении.

Вследствие изгиба фундамента конечной жесткости давление на грунт увеличивается в местах передачи фундаменту сосредоточенных сил и уменьшается в промежутках между этими силами.

Единого метода расчета гибких фундаментов нет, а существует несколько способов.

h

Критерий, определяющий состояние фундамента

> — абсолютно жесткие фундаменты

(Рассматриваются при опирании конструкции стены. Расчитываются гибкие конструкции типа рандбалок, ж/б поясов).

Бесконечно простирающаяся полоса и нагрузка приложена вдоль всей полосы.

Для расчета необходимо рассматривать единичный элемент.

Рассчитываются гибкие ленточные конструкции — фундамент под стены.

(ж/б фундамент под колонну)

Расчет балок по методу

местных упругих деформаций ( гипотеза Винклера).

; где

P_x – интенсивность давления, передающегося на основание (реактивный отпор грунта в т. Х)

Z_x – величина перемещения в т. Х (зависит от жесткости балок, характера распределения нагрузки, размеров балки и деформируемости основания

Впервые этот метод был применён при расчете шпал под ж/дор., тогда считали, что С_z = f (грунта), но потом выяснилось, что С_z = f (грунта и ширины подошвы фундамента)

P_x =; С_z =; Z_x = см

Из сопромата известно уравнение, описывающее изгиб балки:

; ;

Значение Р_х заменяем исходной формулой:

Решая это уравнение мы найдем Z_x :

; А_1, А_2, А_3, А₄ — произвольные постоянные, определяемые из

В конечном итоге находим С_z и Р_х , а следовательно М_х и Q_x .

Решение этой задачи во многих случаях приведено в табличной форме в зависимости от конструкции фундаментов (Справочник проектировщика).

;

Расчет балок по методу общих упругих деформаций.

(Гипотеза упругого полупространства)

; где Г — гибкость балки;

l — полудлина балки;

h – высота балки;

Е – модуль упругости материала балки;

Е₀ – модуль общей деформации грунта.

Г 10 — жёсткая балка (метод Горбунова-Посадова)

Г>10 — гибкая балка

Часто при расчете гибких фундаментов (особенно если жесткость балки применима)- переходят к решению задач по методу Жемочкина Б.Н. (Исследование приемов строительной механики для решения статически неопределимых систем).

Метод Жемочника для расчета фундаментных балок

на упругом основании.

В основу метода положены следующие допущения:

Действительная криволинейная эпюра

распределения давлений под подошвой

балки заменяется ступенчатой

Распределение давлений на ширине балки

также принимаются равномерным.

Между балкой и сжимаемым основанием предполагаются жесткие шарниры опирающиеся стержни, воспринимающие усилия от балки и равномерно распределяющие это усилие на основание.

4. Условие совместимости работы балки и основания и удовлетворяются равенством прогиба балки и осадки основания в месте закрепления опорного стержня y_i=S_i .

Этот метод является универсальным и позволяет решать любые задачи с любой степенью сложности.

Составляется система канонических уравнений (строительная механика):

Задача решается смешанным методом.

— единичное перемещение по направлению «к» связи от воздействия «i» связи

— единичное перемещение, вызванное осадкой основания

— единичное перемещение, вызванное прогибом балки

; -находятся обычно по таблицам

Решив систему уравнений и найдя Xi, определяют величины реактивных давлений Рi, соответствующих ширине принятых участков ступенчатой эпюры (см. допущение № 1):

Затем с использованием метода сечений строят эпюры изгибающих моментов M, а по ним окончательно определяют сечение балки и ее армирование

Источник