11.Способи розрахунку осідань фундаментів і їх аналіз.

При збільшенні навантажень, що передаються на грунт, у ньому будуть послідовно виникати такі види деформацій: пружні, деформації ущільнення, пластичні.

Д о появи пластичних деформацій або при незначній величині останніх, залежність між осіданнями фундаменту і тиском на його підошві буде приблизно лінійною (рис. 7.2). В цій області для визначення деформацій можна використовувати лінійні залежності. Для цього необхідно призначити такі розміри підошви фундаменту, щоб тиск не перевищував розрахункового опору грунту .

В даний час для визначення осідань фундаментів найчастіше використовують метод пошарового підсумовування. Розглянемо одномірну задачу ущільнення. На поверхню грунту товщиною , що розміщений на нестисливій основі, передається необмежений в плані тиск (рис. 10.10). В цьому випадку грунт буде деформуватись тільки у вертикальному напрямку без можливості бічного розширення. Осідання шару грунту складе

, де (10.14)

- модуль деформації грунту; - безрозмірний коефіцієнт.

Оскільки з глибиною додаткові напруження зменшуються, то вираз (10.14) можна використовувати для визначення осідань фундаментів тільки при відносно незначній товщині стисливого грунту. Зміну напружень можна врахувати, якщо стисливу товщу розділити на окремі шари товщиною , у межах яких приймати додаткові напруження постійними (рис. 10.11). Тоді вираз (10.14) прийме такий вид

, де (10.15)

- число шарів, на які розділяється стислива товща грунту; - модуль деформації і-го шару грунту; - середні значення додаткових напружень в і-му шарі.

Оскільки реальні фундаменти заглиблені в грунт, то визначається за виразом (див. п. 7.9), де .

Деформації грунту враховують до глибини , на якій виконується умова , а в сильностисливих грунтах ( мПа) . Товща грунту в межах глибини називається стисливою.

Метод пошарового підсумовування використовують в усіх випадках за виключенням таких:

1. В межах стисливої товщі основи знаходиться шар грунту з модулем деформації мПа і товщиною , яка задовільняє умові

, де (10.16)

- модуль деформації грунту, що розміщений під шаром з .

2. Ширина фундаменту м і модуль деформації грунтів основи мПа.

В цих двох випадках використовують схему основи у вигляді лінійно-деформованого шару (див. ст. 142 [19]). При розрахунках осідань основ фундаментів також використовують метод еквівалентного шару

12.Сутність сумісної роботи основ, фундаментів і над фундаментних конструкцій.

Функціональним призначенням фундаментів є передача навантажень від надземних конструкцій на фунтову основу. При цьому в більшості випадків навантаження на фундаменти і напружено-деформований стан їхніх конструк­тивних елементів залежать від особливостей взаємодії фундаментів з основою й надземними конструкціями. Параметри зазначеної взаємодії визначають із роз­рахунку системи "основа-фундамент-будівля". Визначенню підлягають насту­пні параметри взаємодії: навантаження, що діють на фундаменти в системі, чи­сельно рівні внутрішнім зусиллям у перегинах, які відокремлюють фундаменти від надземних конструкцій; тиск грунту та зрушуючі напруги, що діють на кон­такті фундаментів із фунтовою основою; спільні переміщення фундаментів і надземних конструкцій на основі, котра деформується.

Для проектування фундаменту як автономної конструкції досить знати діючі на нього у системі споруди навантаження. При цьому контактні напруги і спільні переміщення можуть бути визначені методами механіки грунтів.

Як і всі задачі теорії будівельних конструкцій, задача визначення конс- труктивних параметрів фундаментів не має прямого вирішення. Результат дося­гається послідовними розв'язаннями зворотних задач, зв'язаних із перевіркою умов першої і другої груп граничних станів при заданих конструктивних пара- метрах фундаментів. У цьому процесі як перше наближення використовують навантаження на фундаменти, визначені за правилом вантажних площ. Для

Рис. 18.1. Перерозподіл згинальних моментів в елементах рами, викликаний кутовими пере­міщеннями стовпчастих фундаментів за рахунок нерівномірного стиснення ґрунту: а - зу­силля в рамі на жорсткій основі; б- зусилля в рамі від повороту фундаментів, викликаних опорними згинальними моментами М_А і Мц; в - зусилля в рамі на ґрунтовій стисливій осно­ві; q - розподілене навантаження на ригель рами;(р - кути повороту фундаментів, викликані опорними моментами М_А і Мц.

споруд зі статично визначними конструктивними системами, а також для бу­динків III класу відповідальності зазначені навантаження приймаються як оста­точні. В інших випадках навантаження на фундаменти уточнюються з розраху­нку системи "основа-фундамент-будівля". ГІри цьому розрахунки повторю­ються при кожному коректуванні конструктивних параметрів системи: чи то у фундаментах чи то у надземних конструкціях.

Як приклад розглянемо вилив жорсткості основи на формування момент- них навантажень на фундаменти ГІ-подібної рами (рис. 18.1). Скельній основі відповідає відсутність кутових переміщень фундаментів й епюри згинальних моментів в елементах рами, показаних на рис. 18.1, а. При цьому навантажен­нями на фундаменти є згинальні моменти М_А і М_в, що діють у перегинах колон на обрізі фундаментів. Якщо основа складена грунтом, що може деформувати­ся, наприклад, глиною, дія моментного навантаження М_л та М_в викликає пово­рот фундаментів на кут (р (рис. 18.1, б). Кутові переміщення фундаментів як на­вантажуючий фактор викликають в елементах рами додаткові внутрішні зусил­ля, зокрема, епюри згинальних моментів, показані на рис. 18.1, б. У результаті цього відбудегься перерозподіл внугрішніх зусиль в елементах рами (рис. 18.1, в), наслідком якого стане зменшення вузлових моментів у колонах і ригелі й збільшення пролітного моменту в ригелі. Моментні навантаження на фундаменти зміняться у напрямі зменшення.

Завдання оитимізації полягає в розроб­ленні системи фундаментів з мінімально можливим рівнем наиружено- деформованого стану при діючих на споруду експлуатаційних навантаженнях.

Як уже відзначалося, параметри взаємодії фундаментів із конструктивни­ми елементами споруди залежать від конструктивних характеристик цих еле­ментів (жорсткості основи, розмірів перетинів та жорсткісних характеристик матеріалів конструкцій і т.ін.). Покажемо це на прикладі жорсткої фундаментної балки (рис. 18.2), завантаженої рівномірно розподіленим навантаженням. У першому випадку (рис. 18.2, а) балка спирається на основу з щільної глини.Таким чином, відсутність самоврівноваженості в перетинах балки параметрів її взаємодії з елементами системи зумовлює виникнення в цих перегинах внугрі шніх зусиль - згинальних моментів А/та поперечних сил О.

У другому випадку (рис. 18.2, б) балка спирається на основу з недоущіль- неного піску. Деформування такої основи задовільно описується моделлю міс­цевих деформацій, наприклад, моделлю Вінклера. Відомий тут результат поля­гає в тому, що епюра відиору фунту є рівномірною по довжині балки. З умови рівноваги випливає, що відпор грунту р дорівнює за величиною і спрямований протилежно діючому на балку рівномірно розподіленому навантаженню q. Ціл­ком очевидно, що в розглянутому випадку епюри навантажень та відиору грун­ту самоврівноважені в будь-якому перегині балки. Виходить, що епюри згина­льних моментів і поперечних сил у перегинах балки тотожно дорівнюють нулю. З розглянутого прикладу випливає висновок про істотний вилив на рівень на- пружено-деформованого стану фундаментів виду фунтової основи як консгру- ктивного елемента в системі споруди.