Условия расчетов фундаментов по второй группе предельных состояний

§ 34. Общие положения расчета оснований и фундаментов по предельным состояниям

Общие сведения. Основания и фундаменты надлежит проектировать так, чтобы была надежно обеспечена возможность нормальной эксплуатации сооружений. Для этого они должны быть прочными и устойчивыми, т. е. обладать достаточной несущей способностью. Если это условие не выполнено, то несущая способность основания и фундамента может оказаться исчерпанной, в результате чего расположенное на них сооружение будет разрушено или деформировано в такой степени, что нормальная эксплуатация сооружения будет невозможна или значительно затруднена. Различают пять форм исчерпания несущей способности оснований и фундаментов:
1) исчерпание прочности фундамента (прочности материала фундамента), приводящее к его разрушению;
2) исчерпание устойчивости фундамента, приводящее к его опрокидыванию;
3) исчерпание устойчивости фундамента, вызывающее его сдвиг;
4) исчерпание прочности основания, приводящее к большим просадкам;
5) исчерпание устойчивости основания, сопровождающееся сдвигом массы грунта совместно с фундаментом по некоторой поверхности скольжения — глубокий сдвиг.

Наиболее характерные схемы потери устойчивости фундаментов: опрокидывание с поворотом; плоский сдвиг; глубокий сдвиг.

Расчеты, выполняемые с целью не допустить исчерпания несущей способности оснований и фундаментов, называют расчетами их на прочность и устойчивость.

Основания и фундаменты могут обладать достаточной несущей способностью, но под воздействием нагрузок получать значительные перемещения, недопустимые по условиям нормальной эксплуатации сооружений. Расчеты оснований и фундаментов, имеющие целью не допустить таких перемещений, называются расчетами по деформациям.

Железобетонные конструкции фундаментов рассчитывают также на трещиностойкость. Такие расчеты должны исключить возможность чрезмерного раскрытия трещин, при котором возникает опасность коррозии (ржавления) арматуры. На трещиностойкость фундаменты рассчитывают обычными методами расчета железобетонных конструкций, которые в настоящем курсе не рассматриваются.

Расчеты оснований и фундаментов на прочность, устойчивость по деформациям и на трещиностойкость, как и других строительных конструкций, выполняют по методу предельных состояний. Под предельным состоянием подразумевается такое напряженное состояние конструкций или оснований, когда при самом незначительном увеличении нагрузок они перестают удовлетворять предъявляемым к ним требованиям: наступает их разрушение, возникают недопустимые деформации, происходит потеря устойчивости и т. п.

Основания и фундаменты мостов и труб под насыпями рассчитывают по двум группам предельных состояний:
по первой группе — по несущей способности оснований, устойчивости фундаментов против опрокидывания и сдвига, устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения грунтов, прочности и устойчивости конструкций фундаментов;
по второй группе — по деформациям оснований и фундаментов (осадкам, кренам, горизонтальным перемещениям), трещиностойкости железобетонных конструкций фундаментов.

Расчет по первой группе предельных состояний выполняют с целью не допустить исчерпания несущей способности и устойчивости оснований и фундаментов. Расчет производят исходя из условия
F≤Fu, (6.1)
где F — силовое воздействие (нагрузка) на основание или на фундамент; Fu — несущая способность (сила предельного сопротивления) основания или фундамента.

Цель расчета по второй группе предельных состояний — исключить возможность возникновения недопустимых по условиям нормальной эксплуатации сооружения деформаций (осадок, кренов, сдвигов) оснований и фундаментов. Расчет производят, исходя из соблюдения условия s ✖

Источник

Строй-справка.ру

Отопление, водоснабжение, канализация

Основной целью расчета оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) является ограничение перемещений фундаментов такими предельными значениями, которые гарантируют нормальную эксплуатацию и требуемую долговечность зданий и сооружений, исключая возможность проявления значительных неравномерности осадок, связанных с появлением кренов, изменения проектных отметок и положений конструкций и их соединений.
Расчет оснований по деформациям предполагает, что прочность и трещиностойкость самих фундаментов и фундаментных конструкций должны быть проверены по результатам дополнительных расчетов.

Так как проектирование оснований начинают с назначения глубины заложения фундамента, то ограничение осадки последнего производят назначением определенных размеров подошвы, а ограничения возможных неравномерностей осадок часто добиваются за счет варьирования размерами подошвы, тем самым уменьшая или увеличивая давление в грунте основания, что позволяет регулировать осадки отдельных фундаментов.

Расчет осадок оснований под фундаментами зданий и сооружений выполняют методами, изложенными в курсе механики грунтов, учитывающими совместную работу основания с сооружением [левая часть формулы (4.6)]. Предельно допустимые деформации (правая часть) определяются в основном эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к сооружению. Учет совместной работы основания и сооружения выполняют, как правило, с помощью ЭВМ.

Расчет основания по условию (4.6) является основным, причем чем ближе по значению друг к другу будут левая и правая части, тем экономичнее запроектировано основание. Для нахождения возможной неравномерности осадок в общем случае требуется определение осадки каждого фундамента здания или сооружения с учетом специфики грунтовых условий строительной площадки и совместной работы здания с его основанием.

В настоящее время при определении деформаций оснований используют расчетные методы, основанные на линейных зависимостях между деформациями и напряжениями.

Сооружениями с жесткой конструктивной схемой считают сооружения, имеюпще несущие и ограждающие конструкции, которые приспособлены для воспринятая дополнительных усилий от деформаций основания.

Приведенные в табл. 4.5 значения коэффициентов My, Mq и Ме соответствуют развитию зон пластических деформаций под краями фундамента на глубину 0,25£. При значениях коэффициентов условий работы (табл. 4.4) больше единицы происходит некоторое увеличение развития этих зон, однако, как показал опыт эксплуатации фундаментов зданий и сооружений, это не нарушает линейной зависимости между напряжениями и деформациями.

Расчет деформаций оснований разрешается не производить, ограничиваясь вьшолнением условия (4.9), которое требует, чтобы давление по подошве фундамента не превышало расчетного сопротивления грунта основания, только при выполнении одного из следующих трех условий:
1. Степень изменчивости сжимаемости оснований меньше предельной. Степень изменчивости аЕ определяют отношением наибольшего значения приведенного по глубине модуля деформации в пределах плана сооружения к его наименьшему значению, причем значение модуля получают как средневзвешенное (осредненное) с учетом изменения сжимаемости грунтов по глубине ив плане сооружения. В некоторых случаях предельное значение степени изменчивости определяют по средним осадкам.

2. Инженерно-геологические условия района с
троительства отвечают требованиям типового проекта.

3. Грунтовые условия района строительства здания или сооружения относятся к одному из шести вариантов, указанных в табл. 4.6.

Данными табл. 4.6 разрешается пользоваться для зданий, в которых площадь отдельных фундаментов под несущие конструкции отличается не более чем в 2 раза, а также и для других сооружений при аналогичных Конструкциях и нагрузках.

Рис. 4.8. Расчетная схема для проверки прочности слабого подстилающего слоя грунта

Источник

Проектирование основания фундамента по второй группе предельных состояний

Существуют две группы предельных состояний: первая  по несущей способности и общей устойчивости и вторая  по деформациям. При расчетах по первой группе ограничиваются величины усилий, при расчетах по второй группе основным ограничением служат предельные деформации.

Что должна обеспечивать оценка по второму предельному состоянию?

Выполнение основного условия второго предельного состояния s £ s_u, где s  совместная деформация основания и сооружения, в том числе осадка (или относительная разность осадок), а s_u  предельно разрешаемая деформация (или относительная разность осадки, или крен), должно обеспечить возможность нормальной эксплуатации здания или сооружения в течение всего назначенного срока. Условие s £ su, является основным для второго предельного состояния, а s и s_u, имеют обобщенные значения (средняя или максимальная осадка, горизонтальные перемещения, относительная разность осадок, крен и т.д.).

Величины s_u, получены в результате обобщения строительного опыта, наблюдения за действующими однотипными сооружениями, за авариями. Для принципиально новых конструкций зданий или сооружений величины s_u, должны быть назначены проектировщиками.

Всегда ли следует производить проверку деформации основания совместно с сооружением, то есть проверку по второму предельному состоянию?

Проверка по второму предельному состоянию и оценка согласно его критериям является обязательной во всех случаях, кроме указанных ниже. Под величиной s подразумевается конечная, стабилизировавшаяся со временем деформация. Однако расчет деформаций допускается не выполнять, если давление под подошвой фундамента не превышает расчетного сопротивления, а сжимаемость грунтов в пределах контура здания или сооружения изменяется в ограниченных пределах. Кроме того, расчет деформаций разрешается не проводить, если инженерно-геологические условия площадки соответствуют области применения типового проекта. Эти условия, позволяющие не производить расчет по деформациям, перечислены в СНиП.

В чем заключается сущность расчета по деформациям?

Целью расчета оснований по деформациям является ограничение абсолютных и относительных перемещений фундаментов, а также надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, прогибов.

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия

где s  совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом;  предельное значение совместной деформации основания и сооружения

расчет оснований по деформациям производится из условия совместной работы сооружения и основания. При этом совместная деформация оценивается следующими расчетными показателями, величины которых не должны превышать их нормируемых значений (см. Ф.5.6, Ф.5.7):

 абсолютной осадкой основания отдельного фундамента s;

 средней осадкой основания сооружения ;

 относительной неравномерностью осадок двух фундаментов _D s/L;

 креном фундамента или сооружения в целом i;

 относительными прогибом или выгибом f / L  отношением стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка сооружения;

 кривизной изгибаемого участка сооружения 1/R;

 относительным углом закручивания сооружения ;

 горизонтальным перемещением фундамента u.

Средняя осадка определяется по формуле

где si  абсолютная осадка i-го фундамента с площадью подошвы Ai.

Расчет деформации основания может быть выполнен с использованием как аналитических, так и численных методов расчета. К аналитическим методам относятся:

 метод элементарного послойного суммирования.;

 метод эквивалентного слоя грунта

 метод линейно-деформируемого слоя.

Численные методы расчета основаны на использовании линейных или нелинейных решений теории упругости и теории пластичности

Источник

Расчет фундамента мелкого заложения по 2 группе предельных состояний

5.1. Общие сведения

При расчете по 2 группе предельных состояний определяют осадки, разности осадок, крены фундаментов, горизонтальные смещения верха опор мостов и сравнивают их с предельно допустимыми значениями,т.е.

где S – совместная деформация основания и сооружения (осадка);

S_u – предельное значение деформации.

Если осадка фундамента (или разность осадок соседних фундаментов) превышает указанные предельные величины, то размеры фундамента должны быть изменены и подобраны по предельным значениям деформаций.

Снижение осадки может быть достигнуто увеличением размеров подошвы фундамента (что не всегда эффективно), или увеличениям глубины заложения фундамента до более плотного грунта.

Наиболее распространенный вид деформаций – осадка..

Осадка фундамента будет равномерной если равнодействующая всех сил пройдет через центр тяжести подошвы фундамента. Во всех остальных случаях напряжения по подошве фундамента будут неравномерные и осадка будет сопровождаться креном .

Величину крена фундамента определяют не всегда (особенно в мостовых опорах ).

Влияние крена косвенно учитывают путем ограничения положения равнодействующей всех нагрузок.

За нормами «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы» п 7.7 относительный эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузок е₀/r ограничивается определенными пределами.

Например, для фундаментов промежуточных опор мостов при действии постоянных и временных нагрузок в невыгодном сочетании нагрузок

где е₀ – эксцентриситет приложения вертикальной равнодействующей N всех сил относительно центра тяжести подошвы фундамента;

r – радиус ядра сечения подошвы фундамента;

W – момент сопротивления площади подошвы фундамента относящейся к наименее нагруженной грани;

А – площадь подошвы фундамента.

5.2. Основные положения расчета осадки фундамента методом послойного суммирования

Расчет осадки фундаментов выполняется по «СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений» :

где S_u – предельное значение деформации

S_u = 1,5 √L, см

L – расчетный пролет в метрах, не менее 25 м;

S – совместная деформация основания и сооружения.

Прогнозируемая величина осадки S определяется приближенными практическими методами. «СНиП 2.02.01-83.Основания зданий и сооружений» рекомендует применять расчет методом послойного суммирования.

При расчете приняты следующие допущения:

— распределение напряжений в толще основания принимается по теорией однородного изотропного линейно деформуемого полупространства при условии, что зоны пластической деформации грунта под подошвою фундамента могут иметь только ограниченное развитие;

— деформации отдельных слоев неоднородного основания определяются по нормативным давлениям и модулям деформаций, установленным для каждого слоя грунта.

Величина осадки фундамента, равная сжатию всех слоев грунта в пределах активной зоны, определяется по формуле

, (11)

где β= 0,8 – коэффициент, учитывающий стесненность бокового расширения грунта;

h_i – толщина і-го элементарного слоя грунта ниже подошвы фундамента в пределах активной зоны;

Е_i – модуль деформации і-го элементарного слоя грунта в пределах активной зоны;

— середнее значение дополнительного (осадочного) напряжения в пределах і-го слоя грунта от действия нормативных нагрузок.

Знак ∑ (суммы) распространяется на все слои грунта в пределах активной зоны ниже подошвы фундамента.

Глубина активной зоны принимается от уровня подошвы фундамента до того уровня, на котором осадочное давление становится равным 0,2 от природного или бытового.

Чтобы воспользоваться формулу (11) выполняют ряд предварительных расчетов и построений (см. рис. 4) :

1. На оси фундамента строится эпюра природных (бытовых) давлений q_h На рассматриваемой глубине оно равно весу вышележащего столба грунта.

2. Толща грунта ниже подошвы фундамента разбивается на n слоев, каждый из которых должен быть однородным по сжимаемости и иметь мощность (∆) не больше 0,4b ( b – меньшая сторона подошвы фундамента), то есть

3. Определяется среднее давление по подошве фундамента от нормативных нагрузок

4. Определяется дополнительное (осадочное) давление в уровне подошвы фундамента

где q_h – природное давление в уровне подошвы фундамента.

5. Определяются величины , для каждого элементарного слоя

— дополнительное давление на глубине верхней границы элементарного слоя;

— дополнительное давление на глубине нижней границы элементарного слоя.

Знак суммы в формуле распространяется на все слои грунта в пределах активной зоны Z_акт.

Глубина активной зоны z_акт принимается от уровня подошвы фундамента до уровня, на котором дополнительное давление становится равным 0,2 от природного.

1 – эпюра природных (бытовых) давлений; q_h;

2 – эпюра дополнительных давлений;

3 – эпюра 0,2 от природного давления; 0.2q_h.

Рис.4 – Схема к расчету оседания фундамента методом послойного

Источник