Пример расчета фундамента контактной сети

Проектирование механической части ВЛ — Расчет фундаментов под опоры

Содержание материала

Общие сведения. Задачи и метод расчета

Далее изложены только способы расчета фундаментов в обычных грунтах [12]. Вопросы расчета фундаментов в просадочных грунтах в районах вечной мерзлоты и районах, подверженных землетрясениям, являются темой специального исследования, поэтому в пособии не рассматриваются.
В настоящее время в качестве фундаментов применяются легкие железобетонные (в некоторых случаях металлические) подножники, которые не могут уравновесить собственным весом вырывающие нагрузки, передающиеся от установленных на них опор, так как вырывающая нагрузка, действующая на современный подножник, в пять раз больше, чем собственный вес подножника. Поэтому конструктивно они выполняются так, чтобы включить в работу сопротивление грунта. Помимо подножников применяют различного рода сваи, которые должны воспринимать как сжимающие, так и вырывающие нагрузки. Для опор с оттяжками используют анкерные плиты.
Опираясь на вышеизложенное, можно сказать, что расчет фундаментов сводится к решению трех задач:

1. расчет оснований грибовидных подножников при действии одной сжимающей силы или совместно с горизонтальной силой;
2. расчет узких фундаментов на опрокидывание горизонтальными силами и моментами, действующими в вертикальных плоскостях;
3. расчет анкерных плит для оттяжек при действии одной нормальной вырывающей силы, приложенной центрально или нормальной вырывающей силы, приложенной совместно с горизонтальной. Для расчета любого вида фундамента используется метод предельных состояний, согласно которому расчет фундаментов опор производится по деформациям и устойчивости (несущей способности).

Источник

Пример расчета фундамента контактной сети

4.6. Основания и поддерживающие элементы опор

Фундаменты служат для закрепления опор в грунте и должны обес­печивать их устойчивое положение при любых неблагоприятных соче­таниях нагрузок. Классификация фундаментов (рис. 4.18) опреде­ляется схемой прилагаемых к ним сил (одиночные и групповые), способом установки (закапываемые, заливаемые, забиваемые), формой сечения (прямоугольные, круглые, двутавровые, трехлу­чевые), способом скрепления с опорой (заливаемые, болтовые, ста­канные, надеваемые на сваю, устанавливаемые в короб), конструк­цией (призматические, конические, свайные с ростверком).

При применении одиночных фундаментов (рис. 4.19) момент внешних (выворачивающих сил) уравновешивается моменте. ре­активных сил в грунте. Фундаменты опор с конструкциями, на­пример, с оттяжками (рис. 4.20, а, б), препятствующими выдерги­ванию или погружению опор в грунт, называют раздельными. Стрелки М на рис. 4.19 и 4.20 показывают направление момента М, действующего на фундамент, а стрелки в грунте — примерный характер реакций, вызываемых в нем.

При электрификации железных дорог около 70 % опор закреп­ляют непосредственно в грунте (нераздельные опоры) и примерно 30 % устанавливают в стаканные фундаменты (раздельные). Уста­новленная в стакан опора закрепляется омоноличиванием полос­ти между внутренними стенками стакана и наружной поверхнос­тью опоры цементным раствором. Широкое применение нашли клиновидные фундаменты конструкции В.И. Подольского для раздельного крепления опор контактной сети системы КС-200 и др. (рис. 4.20, в). Для закрепления в грунте раздельных центрифугированных железобетонных опор (типа С и СО) и стоек жестких попе­речин взамен ранее использовавшихся стаканных фундаментов и анкеров двутаврового сечения широко применяют трехлучевые же­лезобетонные фундаменты стаканного типа, а для крепления от­тяжек — трехлучевые анкеры, позволяющие уменьшить высокое сопротивление грунта при их вибропогружении.

Обозначают фундаменты буквами и цифрами: Т — трехлуче­вой, С — стаканного типа, А — анкер; первое число в обозначе­нии — несущая способность фундамента, тс м, второе число — длина фундамента, м, например, ТС-6,0-3,5.

Оттяжки изготавливают из круглой стали диаметром 16 мм и ис­пользуют для увеличения несущей способности опор. Обычно к верх­ней части опор крепят хомутами две оттяжки (на уровне несущего троса и контактных проводов), сходящиеся внизу на проушине анке­ра. Оттяжки могут быть неизолированными и изолированными. Последние применяют для предотвращения стекания через оттяжку блуж­дающих токов в случае высокой электропроводности грунта.

Подкосы применяют как элемент увеличения несущей способ­ности опор при невозможности использования оттяжек. Выполня­ют подкосы в виде протяженной, работающей на сжатие фермы, например решетчатой, уголковой (рис. 4.20, в). Нижним концом ферма опирается на анкер.

Рис. 4.18. Классификация фундаментов опор контактных сетей

Анкеры предназначены для крепления оттяжек или подкосов и клас­сифицируются по форме сечения: призматические, двутавровые, трехлучевые. Обозначение последнего — ТА.

Лежни и опорные плиты применяют для улучшения закрепления без фундаментных опор в грунте. Их изготавливают трех типоразмеров и обозначают: лежни—Л-1, Л-П, Л-Ш, а опорные плиты — ОП-1, ОП-П и ОП-1П. Первые две плиты выполняются в виде кругов, третья — прямоугольной формы (600 х 800 мм, толщиной 50 мм).

Все фундаменты, анкеры, лежни и опорные плиты изготавлива­ют из ненапряженного железобетона.

Для закрепления железобетонных опор в районах вечной мерз­лоты и глубокого сезонного промерзания грунта применяют спе­циальные конструкции: сваи длиной 8 и 10 м; анкеры стоечного типа Длиной 4,5 м с опорной плитой в основании; свайные забиваемые анкеры длиной 10 м, а также теплоизоляцию фундаментной части, препятствующую оттаиванию грунта. Для закрепления в грунте металлических опор гибких поперечин применяют железобетонные свайные, а также раздельные (рис. 4.20, г) фундаменты, состоящие из двух блоков с анкерными болтами для крепления.

Рис. 4.19. Схемы закрепления опор на выворачиваемых фундаментах: бесфун­даментное крепление (а); с лежнями (б); призматическое (в); ступенчатое (г); двутавровое (д)

Обозначают блочные фундаменты буквами и цифрами: Р — раздельный, Ф — фундамент, первая цифра — тип блока по опалубочным размерам, вторая — тип армирования. Перспективные фундаменты опор гибких поперечин (рис. 4.20, д) состоят из железобетонной плиты -ростверка, сквозь отверстия в которой забивают сваи. Сваи и ростверк соединяют между собой сваркой с помощью специальных металли­ческих анкеров, заделанных в бетон, и съемных накладок, а затем омоноличивают бетонными оголовками. Для облегчения конструк­ции ростверка в нем устраиваются «окна», заполняемые грунтом.

Рис. 4.20. Схемы закрепления опор на различных выдергиваемых фундаментах: с анкером и подопорной плитой (а); ступенчатый фундамент с анкером (б, в): раздельный (г); свайный с ростверком (д); 1 — анкер: 2 — подопорная плита; 3 — опора; 4 — оттяжка; 5 — ступени; б — подкос: 7 — свая; 8 — ростверк; 9 — раздельные фундаменты

4.7. Расчет закрепления опорных конструкций в грунте

Нагрузки, приложенные к опоре, передаются на грунт. При этом они не должны приводить к его разрушению, так как опора может потерять устойчивость и эксплуатация линий, расположенных на этих опорах, станет невозможной. Конструкции закрепления опор зави­сят от вида и значения нагрузок, качества грунта, профиля местности и т. д. Методы расчета закрепления опор будут рассмотрены ниже.

Характеристики грунта и расчетные эпюры давлений. «Пассив­ное давление грунта» — термин, в котором грунт рассматривают как сыпучее тело, т.е. совокупность мелких твердых однородных час­тиц, не имеющих связи друг с другом (лишенных силы сцепления). Основными характеристиками грунта в этом случае являются угол естественного откоса и угол внутреннего трения .Силу тяжести G отсеченной части объема сыпучего тела (рис. 4.21, а) можно разложить на две составляющие N и Т. Сила N уравновеши­вается нормальной реакцией остальной части грунта, а сила Т — силой трения в плоскости С— С. При некотором (предельном) угле наклона плоскости С— С сила трения окажется недостаточной и грунт начнет сползать вниз. Это может случиться, если (здесь равен коэффициенту трения f или тангенсу угла трения между частицами тела; — угол наклона плоскости С— С к горизонту). Частицы грунта будут сползать до тех пор, пока не установится рав­новесие между составляющей силой тяжести и силой трения. Угол наклона плоскости С—С, соответствующий такому положению, на­зывают углом естественного откоса сыпучего тела (рис. 4.21, б).

При изучении вопросов, связанных с условиями равновесия не­которого объема грунта, приходится учитывать силы трения од­ной части грунта о другую. Коэффициент трения в этом случае для внутренних слоев будет больше, чем для верхних слоев. Однако в расчетах принимают .

Для определения наибольшего допустимого нажатия на грунт рассматривают подпорную стенку А В (рис. 4.21, в) и предполагают, что выше точки А грунт имеется только справа и ограничивается плоскостью ЕС. Стенка удерживает в равновесии некоторый объем грунта, который стремится сползти в ее сторону. Если давление со­здается стенкой (например, сила Р стремится переместить стенку параллельно самой себе вправо), то в грунте будет развиваться ре, активная сила, и при увеличении силы Р наступит момент, когда стен­ка придет в движение, а часть грунта будет выпираться стенкой вверх и вправо по линии А С (плоскость выпирания). Силу, вызывающую такое выпирание, называют пассивной силой, а давление — пассив­ным давлением _пасс (штриховая линия).

Рис. 4.21. Расчетные схемы определения пассивного давления грунта .

Рассмотрим эпюру напряжений в грунте у передней и задней сте­нок фундамента. Подобно другим телам грунт в известных преде­лах нагрузки обладает упругостью, т.е. между напряжением о’, на глубине у и деформацией , вызванной этим напряжением, су­ществует зависимость:

(4.22)

Коэффициент С_у зависит от уплотненности грунта. Обычно прини­мают, что он пропорционален глубине. Если обозначить через С _h ко­эффициент для глубины h , то коэффициент для глубины у равен

Как только внешние силы повернут фундамент на некоторый угол а относительно точки, лежащей на глубине у₀ (рис. 4.22, а), в грунте возникнут реактивные давления, которые уравновесят оп­рокидывающий момент и внешние силы. При этом центр враще­ния фундамента должен лежать на глубине, меньшей глубины его заложения. Если бы центр вращения лежал ниже основания фун­дамента, то, очевидно, фундамент смещался бы в одну сторону.

Рис. 4.22. Расчетная схема для определения эпюры напряжений в грунте

Следовательно, в грунте не могли бы развиваться реакции различ­ного знака, которые необходимы для создания пары сил, уравно­вешивающей опрокидывающий момент. Для определении закона распределения усилий в грунте возле фундамента исходят из пред­положения абсолютной жесткости фундамента или заложенной в грунт части опоры. Тогда

(4.24)

Подставим в выражение (4.22) значения С_у и _у из выражений (4.23) и (4.24)

(4.25)

Если у = h , то ‘ _y = ‘ _h = C_h ( y ₀ — h ) tg .

Подставив из последнего выражения значение С _h tg в уравне­ние (4.25), получим

(4.26)

Таким образом, напряжение в грунте изменяется по высоте фун­дамента по закону параболы. Уравнение (4.25) показывает, что при у = y ₀ ,, положительно, при у = y ₀ равно нулю и при у >y _о отрица­тельно (рис. 4.22, б).

Большинство применяющихся методов расчета фундаментов основывается на рассмотренной эпюре напряжений в грунте. В неко­торых методах исходят из условия, что (рис. 4.22, в), т.е. наибольшее напряжение в грунте (у нижней точки фундамента) при­равнивают к пассивному давлению в этой точке и получают напря­жения в верхней части эпюры, выходящие за линию пассивных давле­ний (заштрихованная площадь). Методы расчета, основанные на ис­пользовании таких эпюр, не дают представления о запасе устойчиво­сти опоры и, естественно, не могут указать, допустимо ли достижение напряжений в грунте, равных пассивным давлениям, и если допусти­мо, то на какой части фундамента. Поэтому единственно правиль­ным является расчет по предельному состоянию фундамента.

Предельное сопротивление грунта. Многочисленные эксперименты показали, что потеря фундаментом устойчивости не сопровождается опи­санным ранее выпиранием призмы грунта. Следовательно, предельное сопротивление грунта наступает раньше, чем начнется выпирание грун­та. Деформация грунта зависит не только от нагрузки, но и изменяется во времени. При этом в каждом случае имеется некоторая статическая сила р_пр характеризующая предел устойчивости. При действии на опо­ру сил, меньших этого значения (Р а). Если же Р > Р_пр , то дефор­мация грунта и перемещения фундамента не затухают и продолжают увеличиваться, пока действует нагрузка. Скорость v этих перемещений после приложения нагрузки быстро уменьшается и в течение некоторого времени практически постоянна, но будет тем больше, чем больше при­ложенная к опоре нагрузка Р (рис. 4.23, б). В конце процесса роста деформаций скорость резко увеличивается и фундамент «опрокидывается». В зависи­мости от нагрузки время до этого момента может изме­ряться от нескольких десят­ков лет (при нагрузках, не­значительно превышающих Р_п ) до нескольких дней, ча­сов и даже минут (значитель­но превышающих Р_пр).

Рис. 4.23. Перемещение (а) и скорость пе­ремещения v (б) фундамента в зависимости от времени для различных значений силы P

При расчете поворота фундамента учитывают действие постоянных на­грузок и изменение направ­лений временной (ветро­вой) нагрузки. Кратковре­менные нагрузки, даже зна­чительно превышающие расчетные предельные, не вызывают существенных перемещений и не являются опасными. Не представляют опасности и гололедные нагрузки, так как они обычно действуют в условиях промерзшего грунта, что зна­чительно увеличивает предельный момент.

В рассматриваемом методе расчета предельное давление, ока­зываемое вертикальной стенкой грунта на фундамент, определя­ется по формулам

при b 0.3 м (4.27)

при b м , (4.28)

где k — коэффициент возможных отклонений грунта от норматив­ных; т — допускаемое напряжение грунта на глубине 1 м; с — тол­щина и b — ширина фундамента.

Значение пропорционально глубине у и зависит от ширины фун­дамента b . При бесконечно длинной стене, т.е. в условиях плоской задачи, когда взаимодействие разрушаемой и неразрушаемой части грунта отсутствует, коэффициент 1+с/ b обращается в единицу. Следовательно, в условиях плоской задачи коэффициент m ₀ можно рассматривать как характеристику грунта, равную предельному на­пряжению на глубине у= 1. Коэффициент с зависит от рода и со­стояния грунта. Коэффициент однородности k учитывающий возмож­ное отличие фактических характеристик грунта от их нормативных значений, принимают равным 0,7. В таблице приведены нормативные значения m ₀ и с, а также предельное давление _п фундамента на грунт.

Рассмотрим эпюру напряжений в грунте по передней и задней стен­кам фундамента в предельном состоянии. Если нагрузка, вызвавшая давление (см. рис. 4.22,5), продолжает увеличиваться, то эпюра снача­ла примет вид, представленный на рис. 4.24, а и затем на рис. 4.24, 6. Отличие этой эпюры от более удобной для расчета (рис. 4.24, в) невели­ко и объясняется тем, что реактивный момент увеличивается незначи­тельно (заштрихованная часть на рис. 4.24, б). В этом случае наиболь­ший реактивный момент определяется как сумма моментов грузовых площадей F ₁ и F ₂ , умноженных на расстояния от их центров тяжести до центра вращения О. Глубина центра вращения д’₀ определяется из усло­вия равенства нулю суммы всех горизонтальных сил: F ₁ – F ₂ — Р = 0 . Временное сопротивление определяют по выражениям (4.27) и (4.28).

Источник