29. Распределение напряжений в грунте от действия внешней нагрузки и от собственного веса грунта.

σ _z = P*(α+sinα*cos2β)/π = P*K_z

σ_y = P*(α-sinα*cos2β)/ π = P*K_y

τ = P*(sinα*cos2β)/ π = P*K_yz

K=f(z/b, y/b)

Использую табл. и фор-лы можно построить эпюры напряжений по

Главные напряжения, т.е. наибольшие и наименьшие нормаль­ные напряжения, будут для площадок, расположенных по вертикаль­ной оси симметрии нагрузки. Действительно, для таких площадок угол β' = -α/2 и, след-но, угол β = α/2 - α/2 = 0.

Т огда сдвигающее напря­жение будет равно τ = 0, т. е. площадки будут главными.

Можно показать, что главными площадками будут также площадки, расположенные по биссектрисам углов видимости и площадкам, им перпендикулярным.

Величину главных напряжений, полагая в них β = 0:

σ₁ = P*(α+sinα)/π

σ₂ = P*(α-sinα)/ π

Эти формулы весьма часто применяют при оценке напряжен­ного состояния в основаниях сооружений, особенно предельного.

Они дают также возможность построить эллипсы напряжений для различных точек напряженного линейно деформируемого полупрост­ранства, наглядно иллюстрирующих изменение напряже­ний в грунте под полосообразной нагрузкой.

При определении напряжений в основаниях сооружений массива грунта обычно рассматривают как полупространство 0 ≤ z < ∞, ограниченное горизонтальной плоскостью z = 0. Грунт считают находящимся в сложном напряженно-деформированном состоянии и линейно-деформированном, поэтому для него справедливо основное положение закона Гука — линейность связи между напряжениями и деформациями.

Однако при действии внешних сил с давлениями, превышающими структурную прочность грунта, возникают не только упругие, но и значительно большей величины остаточные (пластические) деформации.

Напряжения в массивах грунтов возникают как под действием внешних нагрузок, так и от собственного веса грунта. Знание напряжений необходимо для расчетов деформаций грунтов, обусловливающих осадки и перемещения зданий и сооружений для оценки прочности, устойчивости грунтов и давления на ограждения.

Без учета распределения напряжений в грунте невозможно, например, рассчитать осадки насыпей, устоев мостов, акведуков, лотков, фундаментов искусственных и других сооружений.

Распределение напряжений в грунтовой толще зависит от следующих факторов: характера и режима нагружения массива, инженерно-геологических и гидрогеологических особенностей площадки строительства, состава и физико-механических свойств грунтов.

Давление от нагрузки, приложенной к поверхности грунтового массива, передается в грунте частицами или структурными агрегатами через точки контакта, распределяясь по мере углубления в грунт на все большую площадь.

При оценке напряжений, действующих в грунтах, реальные силы, приложенные к отдельным грунтовым частицам, заменяют воображаемыми силами, распределенными по всему объему или сечению грунтового массива.

Величину этих сил, отнесенных к единице площади сечения массива, и принимают условно за величину напряжений в грунте.

Формирование напряжений в грунтовой толще происходит не мгновенно при приложении нагрузки, а может развиваться весьма длительное время. Это связано со скоростью проектирования деформаций и особенно сильно проявляется в глинистых грунтах, где процессы фильтрационной консолидации (консолидация — процесс уплотнения грунта по мере удаления воды из его пор) и ползучести развиваются очень медленно.

Изучение напряженного состояния грунта можно проводить по двум направлениям:

• экспериментальным путем, измеряя непосредственно давления в грунте при помощи специального оборудования;

• теоретическим путем, используя методы теории упругости, так как здесь мы имеем дело с объемным напряженным состоянием грунтов.

Работа грунта основания существенно отличается от работы материала строительной конструкции, сооружений и т.д. Отличия состоят в следующем:

• грунты имеют малую прочность и большую деформируемость по сравнению с материалами конструкций; прочность их в десятки и сотни раз больше по сравнению с грунтом основания, а деформируемость, наоборот, меньше;

• деформация грунта во времени при постоянной нагрузке возрастает (например, для глинистых грунтов процессы консолидации и ползучести) (рис. 6.2).

Рис. Деформация грунта во времени

Как было сказано выше, деформация глинистых грунтов может длиться годами и даже десятки лет;

• неоднородность грунтов и их свойств в основании фундаментов, а следовательно, прочности и деформируемости (понятие анизотропность), т.е. неодинаковые свойства грунтов в различных направлениях;

• неоднородность напряжений в грунтовой толще в естественных условиях и сложность их изменений под действием внешней нагрузки;

• различие закономерностей изменения напряженного состояния грунтов, однородных по составу, но при различной величине внешней нагрузки (график Герсеванова).

30. Расчет фундаментов по деформациям.

Целью проектирования является выбор такого оптимального решения, которое позволило бы запроектировать надежную и экономичную конструкцию ф-та и его основания. Найти такое решение позволяет принятая методика расчета по предельным состояниям, в основу которого положено, что усилия, напряжения деформации и перемещения, возникающие в основаниях и элементах конструкций ф-тов зданий и сооружений, были близки к установленным предельным значениям, но не превышали их.

1 группа: по устойчивости (несущей способности). По этой группе должны быть исключены все возможные формы разрушений, кот. могут произойти в р-те потери прочности или устойчивости под действием силовых факторов, обусловливаемых в основном действующими нагрузками или в р-те неблагоприятных воздействий внешней среды ( рассчитывают откосы, подпорные стенки при наличии горизонтальных (сдвигающих) усилий).

2 группа: по деформациям (горизонтальным смещениям). По этой группе должны быть исключены факторы, затрудняющие нормальную эксплуатацию зданий и сооружений, вызываемых чрезмерными осадками, прогибами, выгибами, кренами, углами поворота, развитием трещин, а также амплитудами колебаний при динамич. воздействиях. Предполагает наличие осадок (деформаций) меньших предельных.

31. Влияние различных факторов на величины и неравномерности деформаций оснований. Мероприятия по уменьшению величины и неравномерности осадок (деформаций) сооружений и меры борьбы с их вредными последствиями.

Меры по уменьшению чувствительности зданий к неравномерным осадкам.

1.Стремятся сделать сооружение максимально гибким (делать разрезные конструкции - мост на слабых грунтах - разрезные пролеты. На скальном основании - не разрезная конструкция). В здании это делается путем деления его на осадочные швы.

Ш ов - это законная трещина, а возникновение трещин

способствует перераспределению напряжений.

Раскрытие трещины - шва - нужно для того, чтобы при неравномерной осадке не произошло его закрытие. Поэтому и швам должно предъявляться особое значение. При проектировании осадочного шва необходимо учитывать

расположение санитарно - технического оборудования. Особое внимание необходимо уделять проектированию зданий с пристройками.

3. Увеличение прочности зданий с сохранением жесткости.

Для увеличения прочности зданий - их делают с поперечными несущими стенами (требование к конструктивным

особенностям).

Для выравнивания

неравномерной осадки устраивают сплошные ж/б фундаменты в виде плит.