Решения Буссинеску для круглого жёсткого штампа

А налитическое решение по определению значений величин контактных напряжений, получено Буссинеску в виде зависимости:

Р асчётная схема для решения задачи Буссинеску.

Анализируя аналитическую зависимость (см. приведённую выше формулу и схему), можно записать, что

При ρ = r → Рρ = ∞

При ρ = 0 → Рρ = 0,5Р_ср

и построить теоретическую эпюру контактных напряжений. Фактически же, грунт под подошвой фундамента, при давлениях, стремящихся к бесконечности (краевые точки) разрушаясь, приводит к перераспределению напряжений, возникает практическая эпюра (см. приведенную схему). Однако в данной методике также не учитываются свойства грунта основания.

При дальнейших исследованиях было установлено, что эпюра контактных напряжений под подошвой фундамента будет зависеть от его гибкости (Г) - обобщённой характеристики, учитывающей деформативные свойства основания.

Р  = f(Г)

Понятие гибкости (Г) было введено профессором Горбуновым-Посадовым М.И.

• Е₀ – модуль деформации грунта;

• ℓ – полудлина фундамента (балки);

• Е₁ – модуль упругости материала фундамента;

• h₁ – высота фундамента.

Эпюры контактных напряжений под подошвой фундамента в зависимости от его гибкости. Крайняя правая схема на данном рисунке показывает, что для абсолютно жёстких фундаментов (Г=0), в целях аппроксимации, принята не фактическая седлообразная эпюра контактных напряжений, а прямоугольная (использование аппарата теории упругости к грунтам).

Ф орма эпюры контактных напряжений зависит и от ширины подошвы фундамента Р = f(b) и при прочих равных условиях (m_v – const; N – const) и может быть представлена на следующей схеме:

Эпюры контактных напряжений под подошвой фундамента в зависимости от его ширины.

Ф орма эпюры контактных давлений зависит и от степени нагружения фундамента Р = f (N) и при прочих равных условиях (m_v – const; F - const) может быть представлена на следующей схеме:

Эпюры контактных напряжений под подошвой фундамента в зависимости от степени нагружения.

Таким образом, приведённые примеры дают наглядную картину изменения величины и формы эпюры контактных напряжений в зависимости от поэтапного нагружения (увеличение веса сооружения в процессе его строительства), что значительно осложняет решение поставленной задачи

48. Основные принципы проектирования на вечномерзлых грунтах.

СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах

Принципы использования вечномерзлых грунтов в качестве основания

3.1. При строительстве на вечномерзлых грунтах в зависимости от конструктивных и технологических особенностей зданий и соо­ру­жений, инженерно-геокриологических условий и возможности целенаправленного изменения свойств грунтов основания применяется один из следующих принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве основания сооружений:

принцип I - вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения;

принцип II - вечномерзлые грунты основания используются в оттаянном или оттаивающем состоянии (с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения сооружения или с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения).

3.2. Принцип I следует применять, если грунты основания можно сохранить в мерзлом состоянии при экономически целесообразных затратах на мероприятия, обеспечивающие сохранение такого состояния. На участках с твердомерзлыми грунтами, а также при повышенной сейсмичности района следует принимать, как правило, использование вечномерзлых грунтов по принципу I.

При строительстве на пластичномерзлых грунтах следует, как правило, предусматривать мероприятия по понижению температуры (пп. 3.10-3.13) до установленных расчетом значений, а также учитывать в расчетах оснований пластические деформации этих грунтов под нагрузкой согласно указаниям пп. 4.20-4.22.

3.3. Принцип II следует применять при наличии в основании скальных или других малосжимаемых грунтов, деформация которых при оттаивании не превышают предельно допустимых значений для проектируемого сооружения, при несплошном распространении вечномерзлых грунтов, а также в тех случаях, когда по техническим и конструктивным особенностям сооружения и инженерно-гео­крио­логическим условиям участка при сохранении мерзлого состояния грунтов основания не обеспечивается требуемый уровень надежности строительства.

3.4. Выбор принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве основания сооружений, а также способов и средств, необходимых для обеспечения принятого в проекте температурного режима грунтов, следует производить на основании сравнительных технико-экономических расчетов.

3.5. В пределах застраиваемой территории (промышленный узел, поселок, городской микрорайон и т. д.) надлежит предусматривать, как правило, один принцип использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований. Это требование следует учитывать также при проектировании новых и реконструкции существующих зданий и сооружений на застроенной территории, размещении мобильных (временных) зданий и прокладке инженерно-технических сетей.

Применение разных принципов использования вечномерзлых грунтов в пределах застраиваемой территории допускается на обособленных по рельефу и другим природным условиям участках, а в необходимых случаях - на природно-необособленных участках, если предусмотрены и подтверждены расчетом специальные меры по обеспечению расчетного теплового режима грунтов в основании соседних зданий, возведенных (или возводимых) по принципу I (резер­вирование зон безопасности, устройство мерзлотных и противофиль­трационных завес и т. п.).

3.6. Линейные сооружения допускается проектировать с применением на отдельных участках трассы разных принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве основания. При этом следует предусматривать меры по приспособлению их конструкций к неравномерным деформациям основания в местах перехода от одного участка к другому, а при прокладке их в пределах застраиваемой территории следует соблюдать требования, предусмотренные п. 3.5.

Подробнее по первому принципу:

Расчётно-теоретическое и конструктивное обоснование этого принципа было произведено в конце 20-х годов прошлого века. Однако по такому методу строили здания ещё раньше (Чита, Иркутск, Хабаровск). В настоящее же время этот метод является общепризнанным и универсальным, поскольку позволяет наилучшим образом использовать высокие строительные качества любых мёрзлых грунтов. По этому методу построено много промышленных сооружений и целые города (Норильск).

Сущность данного принципа заключается в том, что фундаменты здания прорезают деятельный слой и не менее метра заглубляются в слой многолетнемёрзлого грунта. С боковой поверхности (обратная засыпка) фундаменты засыпаются непучинистым грунтом, а между приподнятым над поверхностью грунта полом первого этажа (примерно на 1 м) и грунтом, в конструкции фундамента, устраиваются продухи (см. схему).

Схема устройства фундаментов на вечномёрзлых грунтах по первому принципу строительства.

Продухи представляют собой проёмы, расположенные по периметру здания, предназначенные для пропуска холодного воздуха, выносящего тепловые потоки здания от помещений первого этажа.

В результате наблюдений за зданиями, фундаменты которых были возведены по принципу сохранения вечной мерзлоты, было установлено, что граница многолетней мерзлоты под зданиями со временем поднимается (отсутствие растительности, солнечной радиации). Это способствует ещё большей устойчивости зданий (см. схему).

Схема наиболее вероятного изменения кровли вечной мерзлоты под эксплуатируемым зданием, построенном по первому принципу - сохранения мерзлоты.

Стремясь как можно больше снизить влияния теплового выделения здания на мёрзлые грунты, прибегают к проектированию зданий на столбчатых и свайных фундаментах.

Устойчивость фундаментов запроектированных на вечномерзлых грунтах по первому принципу строительства, в соответствии с примятыми обозначениями на схеме, определяется из условия (см. схему):

где Q – нормативная сила, удерживающая фундамент от выпучивания, вследствие смерзания его боковой поверхности с многолетнемёрзлым грунтом;

N – нормативная нагрузка от веса сооружения;

τ_см – касательные силы пучения - нормативная величина сил смерзания грунта к боковой поверхности фундамента, кг /см²;

q – нормативная нагрузка от веса сооружения и грунта на его уступах;

γ_с – коэффициент однородности и условий работы.

γ₁ – коэффициент перегрузки постоянной нагрузки равный 0,9;

γ₂ – коэффициент перегрузки сил пучения равный 1,1.

Расчётная схема отдельностоящих и свайных фундаментов при расчёте их на устойчивость в вечномёрзлом слое грунта.

В правой части приведённого неравенства представлены силы, стремящиеся деформировать сооружение вверх, нарушая его устойчивость. Для нейтрализации данных воздействий рекомендуется использовать специальные мероприятия по их уменьшению (создание не пучинистых обсыпок, обмазок и т.п.).