Бетонные фундаменты

Размеры фундамента определяются размерами и очертанием цоколя машины. Бетонные фундаменты поверху должны быть не менее чем на 15 см шире цоколя машины. Для машин, колеблющихся в горизонтальном направлении, фунда­мент должен быть еще шире. Должна быть обеспечена устойчи­вость фундамента против опрокидывания. Для этого ширина должна быть как можно больше по сравнению с глубиной. С другой стороны, повышение устойчивости достигается увеличе­нием глубины заложения фундамента, считая от поверхности земли. Эти два требования исключают друг друга, и потому при­ходится всегда принимать компромиссное решение. Необходимо располагать подошву фундамента не менее чем на 60 см от по­верхности земли даже для малых машин, а для больших глуби­на должна быть больше. Желательно также всюду, где это воз­можно, укладывать бетон фундамента прямо впритык к стенкам котлована, не применяя опалубки, что позволяет использовать сопротивление грунта по площади контакта. Это особенно важно для предотвращения опрокидывания, но уменьшает и вертикаль­ные колебания. Если нет возможности это сделать, как, напри­мер в песках, обратная засыпка должна быть тщательно уплот­нена.

Требуемые амплитуды и частоты

Задаваясь размерами фундамента исходя из раз­меров и формы цоколя машины, требуемого возвышения маши­ны над полом и характера грунта, а также учитывая рекоменда­ции завода-изготовителя в отношении веса фундамента, жела­тельно определить возможную резонансную частоту системы машина — фундамент — грунт. Сравнивая ее с частотой возму­щающей силы и применяя соответствующую формулу, можно рассчитать возможную амплитуду колебаний. В идеальном слу­чае для большинства возвратно-поступательных машин частота возмущающей силы не должна превышать половины резонанс­ной частоты машины и должна быть по меньшей мере в 1,5 раза больше резонансной частоты для машин, имеющих частоту боль­шую, чем собственная частота системы. Желательно избегать близких друг к другу значений этих частот, так как можно по­пасть в резонанс, что приведет к высокой результирующей ам­плитуде колебаний. Несмотря на это основное правило, безопас­ный интервал между частотами может быть сужен, если ампли­туды очень малы.

Расчет фундамента под газовый двигатель с вертикальным цилиндром и вертикально движущимися частями.

Данные о двигателе:

Общий вес двигателя — 4536 кг.

Вес неуравновешенных вращающихся частей — 23 кг.

Вес возвратно-поступательных частей— 45 кг.

Радиус кривошипа — 0,15 м.

Длина шатуна — 0,91 м.

Вес шатуна — 27 кг.

Скорость вращения — 250 об/мин, или 26,2 рад/сек.

Размер цоколя — 0,91 X 2,44 м.

Высота цоколя над землей — 0,91 м.

Данные о грунтах:

Слабый пылеватый песок до глубины 0,61 м, далее плотный песок до глубины 6,1 м.

Объемный вес влажного песка — 1356 кг/м³.

Рекомендуется опереть фундамент на плотный песок и уплотнить обратную засыпку под контролем инженера до заданной нормами высокой плотности, равной 95% максимальной, определяемой испытанием по модифицированной методике AASHO 1957 г.

Примем размеры бетонного фундамента поверху 1,52 X 3,05 метра и глубину заложения 1,83 м. от цоколя двигателя. Тогда подошва фундамента будет находиться на глубине 0,91 метр от поверхности грунта и войдет на 0,31 метр в плот­ный песок.

Примем размеры бетонного фундамента по подошве 2,13 X 3,66 м. Вес фундамента 25174 кг.

Поскольку завод рекомендует, чтобы фундамент весил в 3—5 раз больше машины, принятые размеры можно считать подходящими для дальнейшего расчета.

Общая масса m фундамента и машины будет 29710, или 3021 кг • сек²/м

Удельное давление на оcнование q=29710/4,64=6403 кг/м².

Для того чтобы подсчитать собственную частоту по формуле

,

Сначала необходимо определить и .

По формуле и рис 1 находим k. Для этого нужно определить высоту эквивалентной пригрузки =6403/1356=4,7 м.

Приняв =1, получим

;

По таблице 4 примем =3805714 кг/м³

Грунт	β, м3/кг
Плотный песок и гравий	6942858 - 11571428
Плотный песок	4050000 – 5785714

По рис.1

кг/м ;

Присоединенная масса находится по формуле и рис. 2.

Из верхнего левого графика на рис. 2 при s = 2,22, r=715 и ρ = 1768 кг/м³ находим:

Откуда ḿ́ = 3237 кг∙сек2/ м.

Подставляем k и в формулу для собственной частоты:

Машина делает 250 об/мин. Поэтому

Теоретически при расчете амплитуды колебаний предполагается, что фун­дамент стоит на поверхности. Но так как в действительности фундамент за­глублен, амплитуда будет меньше расчетной. Пока есть очень мало данных I величине снижения амплитуды. Это снижение, несомненно, зависит и от вида грунта, и от глубины заложения фундамента, и от формы его подошвы. Можно приближенно считать, что коэффициент уменьшения амплитуды равен:

где Z — глубина заложения фундамента в грунт;

— полусумма ширины и длины фундамента.

Максимальная динамическая сила Р₀ состоит из центробежной силы Р₁ обусловленной вращением внецентренной силы, и динамической силы Р₂, обу­словленной ускорением возвратно-поступательных частей. В вес вращающихся эксцентричных частей входит часть веса шатуна. Обычно считают, что шатун состоит из двух частей: одна из них примыкает к пальцу кривошипа, а дру­гая — к ползуну или поршню. Подразделение частей принимается таким, чтобы центр тяжести оставался в центре тяжести действительного шатуна. В данном примере принимаем каждую часть по 14 кг. Общий вес вращающихся частей будет, следовательно, равен 36 кг и

кг

Вес возвратно-поступательных частей равен 100 фунтам плюс половина веса шатуна, т. е. всего 59 кг. Движение возвратно-поступательных частей не является точно гармоническим из-за конечной длины шатуна. Максимальное ускорение, равное , они будут иметь в мертвой точке со стороны головки (г — радиус кривошипа и l — длина шатуна)

Подставляя в формулу при k=64311 кг/мм ; с/с_с=0,15 и ω/ω_n=0,379

0,00005 м

Влияние заглубления в грунт оценивается коэффициентом

Cледовательно, амплитуда Z₀=0,81∙0,00005=0,00004 м

Предельная амплитуда по формуле Рауша:

Согласно опытам, вероятная беспокоящая амплитуда равна:

Следовательно, можно заключить, что фундамент запроектирован пра­вильно и что его масса может быть еще уменьшена в соответствии с допу­скаемой величиной амплитуды.

Санкт-Петербург

2012