Вопрос 33.(35) Принцип расчета сталежелезобетонный балок. Последовательность операций, выполняемых при проверке их прочности. Условие прочности и жесткости.

Прочность

8.2.2 Определение грузоподъемности главных балок сталежелезобетонных пролетных строений производят с использованием основных положений СНиП 2.05.03-84* и указаний настоящего СТО.

8.2.3 Расчетные сопротивления бетона плиты при оценке грузоподъемности принимают в соответствии с фактическим классом бетона по прочности на сжатие на момент обследования, который определяется по реальной марке бетона, с использованием техдокументации и с применением неразрушающих методов контроля

8.3.8 На первом этапе производится расчет балочной сталежелезобетонной конструкции на действие постоянных и временных нагрузок, усадки и ползучести бетона, температурных воздействий. При наличии коррозионных повреждений стальных конструкций (как постоянных по длине, так и локальных) может быть выполнен их учет как при статических расчетах (путем уменьшения расчетной толщины элементов), так и при проверках прочности. В расчетной модели могут быть учтены выявленные дефекты и повреждения плиты, количественная оценка которых постоянна по длине (уменьшение прочности, расчетной толщины или ширины плиты), что производится с помощью введения вышеприведенного коэффициента К_а ≤ 1 к осевой жесткости плиты. На втором этапе расчета может быть смоделирована расчетная схема одной из сталежелезобетонных главных балок, в которой учитываются как локальные, так и общие дефекты и повреждения железобетонной плиты проезжей части. В этой расчетной схеме могут воспроизводиться выявленные при обследованиях и испытаниях дефекты и расстройства. Так для элементов расчетной схемы, моделирующих упоры, вводятся жесткостные и силовые характеристики, которые отвечают выявленному в конкретном упоре этапу работы (линейно-упругая характеристика - для 1-го этапа, возможное исключение из работы - для 2-го этапа, безусловное исключение из работы - для 3-го этапа работы). При наличии разрушений поперечных швов плиты в расчетную схему могут быть введены элементы, длина которых отвечает ширине шва, со сниженной осевой жесткостью. Если обнаруженная трещина проходит через сечение плиты с сохранением передачи усилий только над балками (включая зону вутов), то понижающий коэффициент К_а для зоны шва может составлять 0,5 - 0,7.

8.3.9 Производится расчет расчетной схемы на одновременное действие 2-й части постоянной нагрузки и временной нагрузки, отвечающей классу К с рассчитанным «коэффициентом поперечной установки». При этом временная нагрузка устанавливается в наиболее невыгодные положения для расчетных сечений главных балок. Так, при расчете разрезной балки, имеющей расстройства соединений на концевых участках, следует загружать равномерно распределенной нагрузкой всю длину балки, а двухосную тележку устанавливать в месте расположения первых (от опоры) сохранивших работоспособность упоров и над местами изменений сечений нижних поясов. Для неразрезных балок следует выполнять аналогичные проверки концевых боковых пролетов, а также зон расстройства соединений ближе к промежуточным опорам. Для каждой установки временной нагрузки производят итерационный расчет и получают величины расчетных напряжений в поясах главных балок от 2-й части постоянной и временной нагрузок, а затем - и суммарные напряжения с учетом результатов расчетов I этапа. После сравнения суммарных напряжений с расчетными сопротивлениями может быть сделан вывод о соответствии или несоответствии несущей способности сталежелезобетонной конструкции и введенного в расчет класса К временной нагрузки. Методом последовательных приближений уточняется предельная величина К, которая определяет грузоподъемность сталежелезобетонного пролетного строения по нормальным напряжениям.

8.3.10 Полученная величина К далее используется при проверках расчетных сечений балки на действие касательных напряжений, совместное действие нормальных и касательных напряжений, при проверках общей устойчивости металлических балок (на участках действия сжимающих напряжений в нижних поясах), местной устойчивости вертикальных стенок и свесов сжатых полок поясов балок.

Вопрос 34.(36) Фундаменты мелкого заложения. Условия применения. Определение осадки фундаментов мелкого заложения методом послойного суммирования. Основные особенности и последовательность расчета. Крен фундаментов.

Условия и область применения

Фундаменты можно разделить на три группы, в зависимости от конструкции и способов возведения: мелкого заложения, глубокого заложения и свайные. Строго говоря, свайные фундаменты относятся к категории глубокого заложения. Однако, принимая во внимание некоторые их принципиальные отличия от массивных фундаментов, а также их широкую подвариантность в современномфундаментостроении, такую классификацию фундаментов следует считать достаточно обоснованной.

Фундаменты мелкого заложения строят при глубоком залегании подземных вод и близком расположении прочных и малосжимаемых грунтов опорного пласта под подошвой фундамента.

Правильный выбор опорного пласта предопределяет надежность основания. Выбор опорного пласта осуществляется на основании детального изучения данных инженерно-геологических изысканий.

Наиболее надежны в качестве опорного пласта невыветрелая скала, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем,-твердые глины и суглинки, крупные и средней крупности плотные пески. Нельзя использовать в качестве опорного пласта торф, заторфованные гранты, глинистые грунты с показателем консистенции более 0,6, рыхлые пески, набухающие и просадочные грунты. Грунты следует прорезать до устойчивых пород. Желательно, чтобы толщина опорного пласта была не менее удвоенной ширины фундамента.

Подошву фундамента закладывают на такой глубине в пределах опорного пласта, чтобы было исключено промерзание грунта и возможность подмыва его паводковыми водами. Исходя из этого подошву закладывают: на незатопляемых участках, при непучинистых грунтах, не менее чем на 1м ниже поверхности земли, а при пучинистых грунтах на 0,25 м ниже расчетной, глубины промерзания; в водоёмах, - на 0,25 м ниже уровня местного размыва, а при его отсутствии - не менее чем на 1 м ниже поверхности грунта и во всex случаях не менее чем на 0,5 м ниже кровли опорного пласта.

При этом максимальная глубина заложения подошвы фундамента не должна превышать 7 м, так как увеличение глубины связано с усложнением укрепительных работ при разработке котлованов.

В фундаментах различают следующие элементы: обрез - плоскость, разделяющую собственно фундамент- и надфундаментную часть (опору); подошву - плоскость, которой фундамент опирается на грунт; высоту - расстояние между обрезом и подошвой; ширину - меньшая строна; длину - большая сторона подошвы.

Основная область применения фундаментов мелкого заложения - эстакады, путепроводы, малые мосты, подпорные стенки набережных.

Расчет фундаментов мелкого заложения

Нагрузки на фундамент;

Для расчета фундаментов мелкого заложения необходимо пред­варительно назначить форму и размеры фундамента и определить все силы, действующие на него, включая собственный вес и вес грунта на его уступах.

В общем случае на фундамент будут действовать вертикальные и горизонтальные силы, а также изгибающие моменты как вдоль, так и поперек оси моста. Нагрузки и воздействия на фундамент делят на постоянные и временные. Постоянные нагрузки и воздействия.прикладываются во время строительства и проявляются в течение всего периода эксплуатации (собственный вес, давление грунта и т.п.) Временные нагрузки и воздействия прикладываются или возникают в отдельные периоды строительства или эксплуатации (нагрузки от транспорта, веса людей, давление ветра, льда и т.п.). Нагрузки, возникающие в исключительных случаях, например сейсмические, силы морозного пучения и др., принято называть особыми.

При проектировании фундаментов нагрузки учитываются в различных сочетаниях. Основное сочетание включает постоянную и временную транспортную нагрузки. Дополнительное сочетание учитывает другие виды временных нагрузок. Особые сочетания состоят из постоянных, временных и одной из особых нагрузок или воздействий. Значения коэффициентов сочетаний, учитывающих уменьшение вероятности одновременного появления расчетных нагрузок приводятся в справочном приложении 2 СНиП 2.05.03-84. Различают нагрузки нормативные и расчетные, которые получают умножением значения нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке, учитывающий возможное отклонение от ти­пичного значения;

В расчет фундаментов мелкого заложения входят: проверка несущей способности грунтового основания, определение средней осадки и крена фундамента, проверка фундамента на Опрокидывание и сдвиг, а также расчет прочности и трещиностойкости его конструкций. Расчет фундаментов выполняют в такой последовательности:

1. Подсчитывают нагрузки, действующие на фундамент.

2. Оценивают инженерно-геологические условия и назначают глубину заложения фундамента.

3. Вычисляют величину расчетного сопротивления грунта основания.

4. Производят проверку давления на грунт под подошвой фундамента.

5. Рассчитывают осадку фундамента и крен.

6. Сравнивают полученные значения деформаций с предельно допустимыми величинами и, если они окажутся большими, изменяют основные размеры фундамента, а расчет повторяют.

7. Производят расчет устойчивости фундамента на сдвиг и опрокидывание, а если требуется, то и на глубинный сдвиг основания.

8. Рассчитывают элементы фундамента на прочность.

Проверка несущей способности грунтового основания

Внешние нагрузки раскладываются на составляющие, действующие в вертикальных плоскостях, проходящих через главные оси инерции сечения подошвы с учетом коэффициентов надежности по нагрузке.

В общем случае, при расчете на основные сочетания, следует учитывать одновременное действие всех сил - как вдоль, так и поперек моста. Однако в практике проектирования фундаментов мостовых опор обычно рассматривают действия сил в каждом направлении, независимо друг от друга. Тогда наибольшие краевые давле­ния под подошвой фундамента согласно схеме (рис.5.4,а) будут

Здесь N, М - расчетные значения нормальной силы и момента в уровне подошвы фундамента

от заданной комбинации нагрузок, включая собственный вес фундамента и грунта на его уступах, с учетом взвешивающего действия воды; А - площадь подошвы фундамента; W - момент сопротивления подошвы.

Формула дляр_шах справедлива при условий, что Если

это условие не выполняется и эпюра давлений имеет участок отрыва, как показано на рис.5.4,б, то, исходя из условия, что центр тяжести эпюры давления должен быть расположен под силой N, приложенной с эксцентриситетом е, найдем длину b_p эпюры сжимающих напряжений

где γ - средневзвешенный удельный вес вышележащего грунта; d - глубина заложения подошвы фундамента; z - расстояние от подошвы до кровли подстилающего слоя; а - табличный коэффициент рассеивания напряжений; р - среднее давление на основание от расчетных нагрузок; R_z - расчетное сопротивление грунта подстилающего слоя на уровне кровли для расчетных размеров фундамента.

На неравномерность распределения напряжений под подйшвой фундамента влияет положение равнодействующей, которое характеризуется относительным эксцентриситетом е_о - е/р, где

радиус ядра сечения площади подошвы фундамента, вычисленный относительно менее нагруженного ребра.

Величина относительного эксцентриситета, ограничивается нормами. Для промежуточных опор на нескальных грунтах: при учете только постоянных нагрузок е/р ≤ 0,1, при сочетании постоянных и временных нагрузок е/р≤ 1,0; для береговых опор соответствен­но е/р≤ 0,5 и

е/р≤ 0,8.

Определение осадки и крена фундамента

Расчет ведется по второй группе предельных состояний. Целью такого расчета является оценка взаимодействия опор с пролетными строениями. В зависимости от геологического строения грунтового основания применяют одну из следующих расчетных моделей, ре­комендуемых нормами: а) модель однородного линейно-деформируемого полупространства и б) модель сжимаемого слоя конечной толщины.

При отсутствии в пределах сжимаемой толщи основания грунтов с модулем общей деформацииЕо≤100МПа СНиП рекомендует расчет осадок выполнять методом послойного суммирования, со­гласно модели линейно-деформируемого полупространства. Обыч­но придерживаются следующего порядка расчета.

(Схема к определению осадки фундамента приведена на рис.5.5.)

Если в пределах активной зоны залегает слой плотного несжимаемого грунта с модулем общей деформации Ео≥100 МПа, то пользоваться данной формулой нельзя. В этом случае для определения осадок используются формулы, соответствующие модели сжимаемого слоя конечной толщины.

При большой мощности слоя однородного грунта в основании сооружения деформации этого слоя грунта лишь некоторой глубины практически неощутимы. В этом случае при определении осадки целесообразно применять метод эквивалентного слоя, разработанный Н.А.Цытовичем.

Крен фундамента на однородном основании происходит в сторону той грани, под которой напряжения больше, и характеризуется тангенсом угла наклона (рис.5.6). Его величина для фундамента с прямоугольной подошвой определяется по формулам:

вдоль продольной оси

Нормы разрешают не делать расчетов осадки и крена фундамента, если они не опасны для пролетных строений, например, если фундаменты расположены на скальных породах, крупнообломочных грунтах с песчаным заполнителем, твердых глинах. При опирании на прочие грунты расчет можно не производить для статически определенных систем автодорожных мостов с пролетами до 105 м.