Фундаменты основных зданий и сооружений атомных и тепловых электрост
..pdfПри этом оказалось, что наличие линейной или близкой к ней зависимости «нагрузка — осадка» р — 5 не является, как это часто полагают, достаточным условием отсутствия пластиче ских областей в основании. В частности, в случае песчаных грунтов по результатам смешанных задач зависимость р — 5 даже при значительном развитии пластических областей оста ется линейной, хотя при этом осадки упруго-пластического основания несколько превышают осадки линейно-деформиру- емого основания. Была показана возможность расширения границ применимости линейных решений (модели л.-д.с.) к основаниям, грунты которых характеризуются высокими значениями угла внутреннего трения (<р>20°). В исследо ваниях было также установлено, что осадка упруго-пласти ческого основания в большей мере, чем линейно-деформиру- емого, обеспечивается за счет сжатия его верхних слоев, что неоднократно отмечалось в опытах со штампами.
Поскольку в смешанных решениях деформации (осадки) оснований в принципе могут быть определены при любых на грузках вплоть до предельных, смешанная задача открывает возможности проектирования фундаментов непосредственно из условия получения допустимых для надфундаментного со оружения (здания) деформаций. Тем самым становится воз можным реализовать основной принцип современных норм — проектирование по предельным деформациям.
Учитывая, что непосредственное решение смешанных за дач возможно при наличии мощных ЭВМ, были получены приближенные простые соотношения, позволяющие опреде лять осадки упруго-пластических оснований по осадкам ли- нейно-деформируемых оснований. С этой целью был выполнен большой объем расчетов оснований и произведено их обоб щение. В расчетах ширина полосы загружения b изменялась
в диапазоне |
1—50 м, заглубление d — 1—5 м, сцепление |
|
грунта с — 0—0,3 |
МПа и коэффициент бокового давления |
|
принимался |
g = l . |
Сжимаемая толща принималась в соот |
ветствии с [26] (см. раздел 1). В частности, для указанных значений Ъу d, с, £ анализ результатов расчетов однородных оснований позволил установить существование при ф = const практически не зависящей от значений сцепления боковой пригрузки и ширины полосы загружения, учитываемых в /?0, однозначной связи между относительными величинами на грузки q/Ro и осадки svПлДл до значений р ~ 3R0. Здесь R0— это значение (см. формулу (1)) при yci = уС2 = k = 1; 5упл, 5Л— осадки упруго-пластического и линeйнo-дeфqpмиpyeмoгo («упругого») оснований.
Дальнейшее обобщение результатов решений смешанных задач плоской деформации, физически нелинейных задач пло ской и осесимметричной деформации (задачи деформацион-
6 |
81 |
ной теории пластичности) позволило получить соотношения-
между осадками |
упруго-пластических однородных осно |
ваний и осадками |
тех же оснований в предположении их |
линейной деформируемости, которыми был охвачен весь диа пазон давлений на основание от р = R0 до предельного дав ления рпР [5, 6].
Осадку 5Упл предлагается находить как |
|
Sy ПЛ= ^Л^ПЛ*» |
(38) |
где &пл5 — коэффициент «пластической» осадки, учитывающий увеличение деформаций за счет развития в основании обла стей предельного напряженного состояния грунта, определя
емый по графикам рис. 22. Необходимое значение ^пл5 нахо дят по расчетной величине угла внутреннего трения фц грунта, залегающего под подошвой фундамента, и величине х, определяемой по выражению
_ |
kP ~ 1 |
(39) |
В зависимости (39) kP = |
p/Ro, kn?p = |
Pn?/Ro и полагается, |
что при достижении предельного давления на основание рпр его осадка неограниченно возрастает. Как показал анализ результатов различных задач, соотношение (38) может при
ниматься при одних и тех же knjls как в случае гибких, так и жестких фундаментов и при схемах деформирования, кото-
рые применяются в расчетах оснований |
(плоская деформа |
ция, осевая симметрия, пространственное |
деформирование)^ |
В соответствии с изложенным расчет осадки однородного |
|
основания при действующем давлении р, превышающем рас
четное сопротивление |
сводится <к следующему. |
|
1. В соответствии со СНиП 2.02.01—83 находят: |
||
— |
величины R и /?0; |
|
— |
величину расчетной осадки основания 5Л; |
|
— величину предельного давления рпР на основание.
2. Определяют по вышеприведенным формулам величины kp, Л„|Л х.
3. По значениям х и фп (см. рис. 22) находят коэффи циент «пластической» осадки £пл5.
4. По найденным значениям 5Л и knJls определяют осадку
5. Производят расчет основания по несущей способности исходя из условия (II) СНиП 2.02.01—83.
Приведенные на рис. 22зависимости получены в результате обобщения решений смешанных задач для однородных осно ваний. Установление аналогичных зависимостей для много слойных оснований затрудняется необходимостью учета раз личных соотношений между толщинами и характеристиками грунтов слоев основания, которые трудно охватить ограничен ным числом комбинаций между ними. В этом случае пола гаем, что для приближенных расчетов осадок упруго-пласти ческих многослойных оснований вполне допустима замена неоднородного основания однородным с использованием средних значений фср, сср, Уср, определяемых по зависимостям
tg<Pc„ = |
Vj t gVi |
. |
Сер — |
Yep = |
B JL. |
(40) |
|
VI |
' |
|
|
Vi |
’ |
где ti — толщина i'-го слоя грунта, имеющего характеристики ф|> Ci, у,.
В формулах (40) в первом приближении суммирование по слоям предлагается выполнять в пределах сжимаемой толщи, принимаемой по указаниям СНиП. При этом для многослой ных оснований сохраняется приведенная выше последователь ность расчета осадок sy „л- Для определения предельного дав ления рП в случае слоистого основания оно заменяется услов ным однородным с характеристиками уср, фср, сср либо мо жет быть использован инженерный способ расчета несущей способности многослойных оснований, разработанный М. В. Малышевым и Н. С. Никитиной [14].
Рассмотрим примеры расчета осадок оснований и проек тирования фундаментов при нагрузках, превышающих рас четные сопротивления грунта.
Пример |
1. Ленточный фундамент под кирпичные несущие стены мно |
||
гоэтажного |
административного здания |
(корпус управления АЭС, |
ТЭС |
и др.) располагается на мощном слое |
маловлажного пылеватого |
песка. |
|
Глубина заложения фундамента d=\fi м, удельный вес грунта засыпки
,,y,I==V,II==18 кН/м3. Расчетные |
характеристики |
пылеватого |
песка: |
||||
у,=17,5 кН/м3, |
YII= 1 8 |
кН /м3, |
ф, = 28°, |
ф1Т=30°, |
ст=0,0015 |
МПа, |
|
•сп = 0,002 МПа, |
£ = 2 0 |
МПа. Фундамент |
передает |
на |
грунт нагрузку |
||
0,72 МН на 1 пог. м. длины. Предельно допустимая средняя осадка осно вания 5ц = 10 СМ.
Согласно |
СНиП |
2.02.01—83 принимаем |
коэффициенты |
yci = l,2, |
ус2= 1 , k=\. |
Определяя ширину фундамента из условия (31), |
находим |
||
по формуле |
(2) 6= 2,4 м, при этом p = R = 0,3 МПа. Расчет осадки этого |
|||
фундамента методом |
послойного суммирования |
дает глубину сжимаемой |
||
толщи Нс = 9,2 м и осадку 5 = 4 см. Поскольку осадка 5 = 4 см значи тельно менее предельно допустимой 5Ц=10 см, предлагается рассмотреть
возможность перехода на фундамент 6=1,6 |
м, передающий на основание |
||
давление р = 0,446 МПа. |
|
|
|
В соответствии с указанной выше последовательностью для фунда |
|||
мента 6=1,6 м получаем: |
|
|
|
— расчетное сопротивление R = 0,27 МПа и #0=0,23 |
МПа; |
||
— по методу |
послойного суммирования Нс = 9,8 м и |
5= 5Л= Б,1 см; |
|
— предельное давление рП =0,676 МПа. |
|
||
Определяем |
величины kP=p/R0= 1,93, |
£РПр = Р т /#о = 2,93; *=0,48. |
|
При *=0,48 и ф1Т=30° по рис. 22 получаем &5Пл=1>37. Осадка упруго-
пластического |
основания при |
р= 0,446 МПа составит 5уПл=5л^лпл = |
=5,1-1,37^7 |
см < 5ц= 10 см. |
При давлении р=0,446 МПа и значениях |
коэффициента надежности уп=1,2, коэффициента условий работы ус=0,9 несущая способность основания обеспечена с запасом (СНиП 2.02.01—83): р = 0,446< (7с/Тл)Рпр= (0,9/1,2)0,676=0,508 МПа. Из расчетов следует,
что фундамент 6=1,6 м может быть принят в качестве проектного вместо фундамента 6= 2,4 м.
Пример 2. Ленточный фундамент располагается на слое маловлаж ного пылеватого песка (см. пример 1). В отличие от данных примера 1 на глубине 1 м от подошвы фундамента находится слой суглинка, имею
щего характеристики: ^ = |
18,5 кН/м3, уп=1,9 кН/м3, ф,=20°, фтт=2Г, |
|||||||
•ст= с п = 0,02 МПа, £=12 |
МПа. Остальные данные, как в примере 1. |
|||||||
Из условия |
(31) получаем 6=2,4 м (p=R = 0,3 МПа) |
Как и в при |
||||||
мере 1, рассмотрим возможность применения фундамента |
6=1, 6 м. Для |
|||||||
этого фундамента р = 0,446 МПа |
и |
расчетом осадки методом |
послойного |
|||||
суммирования получаем Нс = 9,4 м, 5=5Л=6,3 |
см. |
|
|
|||||
Для определения осадки 5 У Пл |
находим по зависимостям |
(40) сред |
||||||
ние в пределах |
толщи Я с= 9 ,4 |
м |
значения |
характеристик. |
Получаем |
|||
t g ферт = 0,384, |
ф ср т= 2 1 |
, |
tg ^ cp |
п = 0,403, |
ф ср Т1= 2 2 °, Ссрт=3Серн== |
|||
= 0,018 МПа, у .р1 = 18,4 |
кН/м3, у ср ц = 18,95 |
кН/м3. Используя значения |
||||||
средних характеристик для условно однородного основания, для фунда
мента 6= 1,6 м получаем Ro= |
0,24 МПа, рпр= 0 ,61 6 |
МПа. Определяем ве |
||||
личины £р= 1 ,8 5 |
, £/>пр = 2,55, *= 0 ,55 . По * = 0,55 и |
фср п = 2 2 ° |
по рис. 22 |
|||
находим |
/г*Пл = |
1 .5 2 . Осадка |
упругопластического |
основания |
при р= |
|
= 0 ,4 4 6 |
МПа |
состоит 5у Пл = 5 л ks пл = 6 ,3 -1 ,5 2 = 9 ,6 см. При давлении |
||||
р = 0,446 |
МПа |
и значениях уп= 1 ,2 , ус = 0,9 несущая способность основа- |
||||
34
ния является достаточной: р=== 0,446 < |
= |
= |
= 0,46 МПа. Таким обра |
||
зом, фундамент 6=1,6 м удовлетворяет |
требованиям |
СНиП и по осад |
|||
кам и по несущей способности. |
плита |
корпуса |
систем |
безопасности (КСБ) |
|
Пример 3. Фундаментная |
|||||
АЭС имеет размеры /= 5 4 м, |
6=21 |
м, |
определяемые конструктивными |
||
размерами КСБ, и располагается на мощной толще суглинка с расчет
ными характеристиками: //=0,25, ^у1=^у11=Ю |
кН/м3 (уровень грунтовых |
|||||
вод |
на |
отметке подошвы), |
<рт = 15°, фп = |
16°, с,=0,03 |
МПа, |
с1Т= |
=0,035 |
МПа, £ = 3 0 МПа. Глубина заложения плиты d= 9 |
м. Удельный |
||||
вес грунта засыпки у ',= у ,11 = |
18 кН/м3. Фундамент передает среднее дав |
|||||
ление на грунт р=1 МПа. Определим возможную осадку КСБ. |
|
|||||
Согласно [26], принимаем в формуле (1) |
для R коэффициенты ус\= |
|||||
= 1,2; |
Y C2=1.1, £=1,0, &=1,0, |
&г=0,58. Для фундамента 6 |
= 21 м |
полу |
||
чаем £=0,815 МПа, /?о= 0,613 МПа. Поскольку р=1 МПа > £, осадку фундамента КСБ определяем как 5уПл=5л^пл, где s nнаходим в соот
ветствии с указаниями [26, прил. 2], применяя схему основания в виде слоя конечной толщины, аналогично изложенному в разделе 2 для РО. По формуле (15) получаем #=18,2 м, по формуле (17) s= ^ = 2 5 см.
Находим также рпр=1,64 МПа [26]. Определяем величины №=р/Яо= = 1,63, £рпр ,=рпр/£ 0=2,67, *=0,375. По * и фп=16° (см. рис. 22) по лучаем £*пл=1,3. Осадка основания КСБ составит sy ПЛ=5Л&5ПЛ= 25 -1,3= =32,5 см.
Внедрение упруго-пластических расчетов деформаций ос нований, как показывают примеры, позволяет уменьшить раз меры фундаментов. Однако следует подчеркнуть, что реали зация этих расчетов предъявляет повышенные требования к инженерно-геологическим исследованиям грунтов оснований и обоснованному назначению их расчетных характеристик. Кроме этого, обязательным и ответственным становится рас чет оснований по несущей способности с обоснованным на значением коэффициента надежности. Перспективным, на наш взгляд, является использование для определения несущей способности основания (предельной нагрузки на основание) упруго-пластических моделей, в частности, смешанной задачи теорий упругости и пластичности грунтов. В целом внедрение в проектную практику упруго-пластических моделей грунто вой среды будет способствовать повышению достоверности расчетов и в итоге приведет к уменьшению затрат на возве дение зданий и сооружений.
1. Березанцев В. Г. Расчеты оснований сооружений. — Л.: Стройиздат.
1970.
2. Богданов Ю. В., Соколов В. А. Компоновка и расчет элементов главного корпуса ТЭС н АЭС: Учебное пособие — Л.: ЛПИ, 1988.
3. Бугров А. К. О решении смешанной задачи теории упругости и теории пластичности грунтов / / Основания, фундаменты и механика грун тов, 1974. № 6.
4. Бугров А. К. О применении неассоциированного закона пластиче ского течения в смешанной задаче теории упругости и теории пластич ности грунтов / / Труды ЛПИ. 1976. № 354.
5. Бугров А. К. Расчет осадок оснований с развитыми пластическими областями и проектирование фундаментов на них: Современные проблемы •нелинейной механики грунтов / / Мат-лы Всесоюзн. конф. Челябинск, 1987.
6. Бугров А. К., Андреев В. Н., Исаков А. А. О расчете оснований фундаментов энергоблоков / / Энергетическое строительство. 1988. № 7.
7.Горбунов-Посадов М. И., Маликова Т. А., Соломин В. И. Расчет конструкций на упругом основании. — М.: Стройиздат, 1983.
8.Далматов Б. И., Морарескул Н. Н., Науменко В. Г. Проектирова ние фундаментов зданий и промышленных сооружений. — М.: Высшая школа, 1986.
9.Зарецкий Ю. К., Гарицелов М* Ю. Глубинное уплотнение грунтов ударными нагрузками. — М.: Энергоатомиздат. 1989.
10. Иванов П. Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений.— М.: Высшая школа, 1985.
И. Комаровский А. Н. Строительство ядерных установок. — М.: Атомиздат, 1969.
12. Костерин Э. В. Основания и фундаменты. — М.: Высшая школа, 1990.
13. Купцов И. П., Иоффе Ю. Р. Проектирование и строительство теп ловых электростанций. — М.: Энергоатомиздат, 1985.
14. Малышев М. В., Никитина Н. С. Расчет осадок фундаментов при
нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями в грунтах
// Основания, фундаменты и механика грунтбв. 1982. № 2.
15.Маргулова Т. X. Атомные электрические станции. — М.: Высшая школа, 1978.
16.Пилягин А. В., Мамаев Н. Г., Габдрахманов Ф. Г. Проектирование фундаментов в сложных инженерно-геологических и производственных ус ловиях. Учебное пособие. Йошкар-Ола, 1985.
17.ПиН АЭ 5.10—87. Основания реакторных отделений. М., 1988.
18.Подгорный А. Н., Семижонов Е. М., Кранцфельд Я. Л. Конструк ции фундаментов тихоходных турбоагрегатов для атомных электростанций
// Основания, фундаменты и механика грунтов, 1986. № 3.
19. Проектирование и строительство подземных атомных электростан ций: Обзорная информация / В. Н. Мостков, Ю. Б. Николаев, А. П. Ки
риллов, В. Г. Богопольский.— М.: Информэнерго, |
1985. |
20. Пособие по проектированию оснований |
зданий и сооружений |
(к СНиП 2.02.01—83). — М.: Стройиздат, 1986. |
|
21.Расчет размеров подошвы фундаментов мелкого заложения на ЭВМ: Метод, указ. / Сост. И. М. Васильев, К- К. Гребнев, В. А. Мельни ков.— Л.: ЛПИ, 1989.
22.Руководство по проектированию свайных фундаментов. — М.: Стройиздат, 1980.
23.Руководство по проектированию фундаментов машин с динамиче скими нагрузками. — М.: Стройиздат, 1982.
24.Савинов О. А. Современные конструкции фундаментов под машины
иих расчет. — Л.: Стройиздат, 1979.
25.Сейсмостойкость реакторных отделений АЭС. Атомные электро
станции. Вып. 13. / О. А. Савинов, Ю. У. Альберт, Б. Д. Кауфман,
А.М. Уздин. — М.: Информэнерго, 1988.
26.СНиП 2.02.01—83. Основания зданий и сооружений. М., 1985.
27.СНиП 2.02.02.—85. Основания гидротехнических сооружений. М.,
1988.
28.СНиП 2.02.03—85. Свайные фундаменты. М., 1986.
29.СНиП 2.02.07—85. Фундаменты машин с динамическими нагруз
ками. М., 1990.
30.Сорочан Е. А. Фундаменты промышленных зданий. — М.: Строй издат, 1986.
31.Справочник проектировщика. Основание, фундаменты и подземные
сооружения / Под общ. ред. Е. А. Сорочана и Ю. Г. Трофименкова. — М.:
Стройиздат, 1.985.
32. Справочник проектировщика. Динамический расчет специальных инженерных сооружений и конструкций. / Под ред. Б. Г. Коренева,
А.Ф. Смирнова. — М.: Стройиздат, 1986.
33.Фундаменты гражданских и промышленных зданий и сооружений.
Альбом конструкций: Учебное пособие для курсового проектирования. — Л.: ЛПИ, 1985.
Введение . . . . . . .
1. Фундаменты под колонны главных корпусов АЭС и ТЭС
2. |
Фундаменты |
реакторных отделений АЭС . |
|
3. |
Фундаментывентиляционных и дымовых труб |
|
|
4. |
Фундаменты |
градирен . . . |
|
5. |
Фундаменты |
котлоагрегатов ТЭС . . . |
. . |
6. Фундаменты |
турбоагрегатов АЭС и ТЭС |
||
7.Расчет осадок оснований с развитыми областями предельного _ напряженного состояния грунта и проектирование фундаментов на них . . .
Список литературы
Сп СО
23
44
53
59
62
*
77
86