Файлы по мостам / Королёв А.А. Диплом / Дипломы / Диплом (хз) / ОТ Аллы / Диплом 2000 / хрень / Расчет опоры (фундамент)

4.2.Расчет фундамента.

4.2.1.Расчет несущей способности сваи-оболочки:

Принимаем фундамент на сваях-оболочках, диаметром 1,6 м с низким ростверком. Заглубляем сваи на 2 м в глину полутвердую, таким образом получаем их длину 12,0 м.

Несущую способность сваи-оболочки, погружаемой с выемкой грунта, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле:

F_d = _с(_cr*R*A + U*_cf*f_i*h_i)

Где: _с = _cr = _cf = 1,0

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-оболочки. Глубина погружения оболочки от поверхности дна равна 16 м, тогда R= 1800 кПа.

A – площадь опирания сваи на грунт, А = *d²/4 = 3,14*1,6²/4 = 2,0096 м²

U – наружный периметр оболочки, U=*d = 3,14*1,6 =5,024 м

f_i – расчетные сопротивления на боковой поверхности оболочки

h_i – толщина слоя грунта, м.

l_i – средняя глубина расположения слоя грунта.

При l₁ = 2 м, f₁ = 40 кПа (для глины тугопластичной),

l₂ = 2 м, f₂ = 60 кПа (для глины полутвердой),

l3 = 2 м, f3 = 63,5 кПа (для глины полутвердой),

l4 = 2 м, f4 = 68 кПа (для глины полутвердой),

l5 = 2 м, f5 = 70 кПа (для глины полутвердой),

l6 = 2 м, f6 = 73 кПа (для глины полутвердой),

Несущая способность оболочки по грунту:

F_d=1800*2,0096+5,024*(40*2*1+60*2*0,9+63,5*2+68*2*0,9+70*2*0,9+73*2*0,9)= = 7234,0 кН.

Проводим расчет свайного фундамента временной опоры по первой группе предельных состояний. Расчет производится на расчетные нагрузки методом перемещений с использованием плоских схем. Нормативные нагрузки умножаются на осредненный коэффициент надежности по нагрузке γ_f = 1,2, получая при этом расчетные нагрузки. Эти нагрузки приводятся к точке О – центру тяжести подошвы ростверка:

- Суммарная вертикальная расчетная нагрузка:

N₁=1,2*(∑P₀+G_р+Gгр+Gв)=1,2*(21173,04+24*60*3+19,7*11*1+10*11*3,7)= =31680,29 кН.

Где: ∑P₀ – нормативная вертикальная нагрузка ,

G_р – вес ростверка временной опоры,

G_в – вес воды на уступах фундамента,

Gгр – вес грунта на уступах фундамента

- Горизонтальная расчетная нагрузка(вдоль моста):

H₁ = 1,2*∑H₀ = 1,2*2114,56=2537,47 кН

- Горизонтальная расчетная нагрузка(поперек моста):

H₁ = 1,2*∑H₀ = 1,2*2021,13=2425,36 кН

Где: ∑H₀ – нормативная горизонтальная нагрузка.

- Расчетный момент(вдоль моста):

M₁ = 1,2*(∑P₀*е₀ +∑H₀*h_р) = 1,2*(0+2537,47*3,0) = 7612,42 кН.

- Расчетный момент(поперек моста):

M₁ = 1,2*(∑P₀*е₀ +∑H₀*h_р) = 1,2*(0+2425,36*3,0) = 7276,08 кН.

Где: е₀ – эксцентриситет приложения нормативной вертикальной нагрузки, h_р- высота ростверка.

Для удобства вычислений расчет ведем применительно к одному ряду оболочек. Тогда, расчетные усилия, приходящиеся на расчетный ряд свай, представляют:

Вдоль моста:

N₁ = 31680,29/5 = 6336,06 кН,

H₁ = 2537,47/5 = 507,49 кН,

M₁ = 7612,42/5 = 1522,48 кН*м.

Поперек моста:

H₁ = 2425,36/2 =1212,68 кН,

M₁ = 7276,08/2 = 3638,04 кН*м

Расчетная ширина оболочки:

b_р = K_ф(d+1)*K’ = 0,9*(1,6+1)*0,68=1,26 м

где K_ф – коэффициент, учитывающий форму поперечного сечения оболочки.

Расчетный модуль упругости для бетона В40 и В20

Е_б = 0,8*35,0*10⁶ = 28*10⁶ кН/м²

Е_б = 0,8*26,5*10⁶ = 21,2*10⁶ кН/м²

Жесткость свай на изгиб и сжатие соответственно:

EI=28*10⁶*3,14*(1,6⁴ -1,28⁴⁾/64+21,2*10⁶*3,14*1,28⁴ /64=29,66*10⁵ кН м²

ЕА=28*10⁶*3,14*(1,6² -1,28² )/4+21,2*10⁶*3,14*1,28² /4 = 47,5*10⁶кН

h_к = 3,5*1,6+1,5 = 7,1 м

где h_к – глубина, в пределах которой учитывается упругий отпор грунта. В пределах h_к залегает глина пылеватая,тугопластичная и глина полутвердая, тогда коэффициент пропорциональности равен К = 4717,11 кН/м⁴ .

Коэффициент деформации определяется по формуле:

α_э = (К*b_р/EI)^1/5= (4717,11*1,59/29,66*10⁵)^1/5 = 0,3 м^-1

Приведенная глубина заложения сваи в грунте:

Ī = α_э l_св= 0,3*12,0=3,6 м

Под воздействием нагрузок N_1, P_1, M₁ ростверк получает перемещение точки О. Величины этих перемещений определяются в результате решения системы канонических уравнений:

u r_uu + c r_uc + φ r_uφ– N₁= 0

u r_cu + c r_cc – P₁= 0

u r_φu + c r_φc + φ r_φφ – M₁= 0

Коэффициенты канонических уравнений определяются по формулам:

r_uc = r_cu = r_cφ = r_φc = 0

r_uu = ₀ sin²_i + ₂+r₁

r_uφ = r_φu = ₀ x_i sin_i cos _I - ₃ cos _I+r₂

r_cc = ₀ cos ²_I + ₂

r_{ } = ₀ x_i² cos ²_I + ₂ x_i² +2 ₃ x_i sin _I +₄+r₃

Сопротивление оболочки перемещениям плиты ростверка характеризуются значениями:

Так как Ī › 2,6 м, значит длина изгиба сваи определяется по формуле:

l_м = l₀ + К₄/ α_э = 0 + 2,25/0,3=7,5 м,

Расчетная длина сваи:

l_n = 0+(47,5*10⁶)/367875*2,0096=64,25 м

₁= ЕА/l_n=47,5*10⁶/64,25 =73,9*10⁴ кН/м

₂= 12*ЕI/l_m³=12*29,66*10⁵/7,5³= 8,4*10⁴ кН/м

₃= 6*ЕI/l_m²=6*29,66*10⁵/7,5² = 31,6*10⁴ кН/м

₄= 4*ЕI/l_m = 4*29,66*10⁵/7,5= 158,2*10⁴ кН/м

₀ =₁ + ₂ = (73,9 – 8,4)*10⁴ = 65,5*10⁴ кН/м

Тогда(вдоль моста):

r_uu = 2*8,4*10⁴ +5,4*10⁴ = 22,2*10⁴ кН м

r_uφ = r_φu = 0 – 2*31,6*10⁴*1,0+5,4*10⁴ = - 57,8*10⁴ кН м

r_cc = 2*65,5*10⁴ + 2*8,4*10⁴ = 147,8*10⁴ кН м

r_{ } = 2*65,5*10⁴*1,3² *1,0 +8,4*10⁴*1,3² + 2*158,2*10⁴ = 560,09*10⁴ кН м

Находим:

 _z = 1/( r_uu * r_{ } - r_uφ ²) = 1/(10⁸*(560,09*22,2 + 57,8)) = 1/(9093,06*10⁸)

U= (r_{ } *H₁ - r_uφ *M₁) *  _z = (560,09*10⁴*507,49 + 57,8*10⁴*1522,48)/(9093,06*10⁸) = 40,9*10^-4 м

С = N₁/ r_cc = 6336,06/(147,8*10⁴) = 42,87*10^-4 м

 = (r_uu *М₁ - r_uφ Н₁) *  _z = (22,2*10⁴*1522,48 + 57,8*10⁴*507,49)/(9093,06*10⁸) = =6,94*10^-4 рад

Определяем усилия, действующие на голову каждой сваи в расчетном ряду:

N_i = ₁ (u*sin _i + (c+x_i) cos_i)

H_i = ₂ (u*cos _i - (c+x_i) sin_i)- ₃

M_i = ₄ - ₃(u* cos _i - (c+x_i) sin_i)

N₁ = 73,9*10⁴*(42,87*10^-4+1,3*6,94*10^-4*1,0) = 3356,47 кН

N₂ =73,9*10⁴*(42,87*10^-4-1,3*6,94*10^-4*1,0)=2979,71 кН F_d / =3662,32 кН

Н₁ = Н₂ = 8,4*10⁴*40,9*10^{-4 -} 31,6*10⁴*6,94*10^-4= 124,3 кН

М₁ = М₂ = 158,2*10⁴ *6,94*10^-4–31,6*10⁴*40,9*10^-4 = - 194,53 кН м

Проверки:

1) (Р_i cos_i - H_i sin_i) = N₁

(3356,47+2979,71)*1,0 = 6336,18кН  6336,06 кН

2) (Р_i sin_i + H_i cos_i)+ U * r₁ +* r₂ = Н₁

2*124,3+40,9*10^-4 *5,4*10^{4 +}6,94*10^-4 *5,4*10⁴= 506,93 кН  507,49 кН

3) (Р_i cos_i - H_i sin_i)*x_i +  М_i)+ U * r₂ +* r₃ = М₁

3356,47*1,3-2979,71*1,3+2*(- 194,53)+40,9*10^-4*5,4*10⁴+6,94*10^-4*8,1*10⁴ =

= 1521,69 кН м  1522,48 кН м

Проверки выполнены.

Поперек моста:

r_uu = 2*8,4*10⁴ +5,4*10⁴ = 22,2*10⁴ кН м

r_uφ = r_φu = 0 – 2*31,6*10⁴*1,0+5,4*10⁴ = - 57,8*10⁴ кН м

r_cc = 2*65,5*10⁴ + 2*8,4*10⁴ = 147,8*10⁴ кН м

r_{ } = 2*65,5*10⁴*5,2² *1,0 +8,4*10⁴*5,2² + 2*158,2*10⁴ = 4085,7*10⁴ кН м

Находим:

 _z = 1/( r_uu * r_{ } - r_uφ ²) = 1/(10⁸*(4085,7*22,2 - 57,8²)) = 1/(87361,7*10⁸)

U= (r_{ } *H₁ - r_uφ *M₁) *  _z = (4085,7*10⁴*1212,68 +57,8*10⁴*3638,04)/(87361,7*10⁸) = 23,64*10^-4 м

С = N₁/ r_cc = 0

 = (r_uu *М₁ - r_uφ Н₁) *  _z = (22,2*10⁴*3638,04 + 57,8*10⁴*1212,68)/(87361,7*10⁸) = =0,69*10^-4 рад

N₁ = 73,9*10⁴*(0+5,2*0,69*10^-4*1,0) = 265,15 кН

Н₁ = 8,4*10⁴*23,43*10^{-4 -} 31,6*10⁴*0,69*10^-4= 175,01 кН

М₁ = 158,2*10⁴ *0,69*10^-4–31,6*10⁴*23,64*10^-4 = - 637,87 кН м

Максимальная продольная сила, действующая со стороны плиты ростверка на

голову оболочки :

Gоб = 2,0096*12*24 =578,76 кН

N₁ = 3356,47+265,15+ 578,76 = 4200,38 F_d / =5167,14 кН

Условие выполняется.

4.2.2. Расчет надежности заделки оболочек в грунте:

σz ≤ η1*η2*(4/cosφ1)*(γ1*z*tgφ1+ζ*c1),

γ1=20,6 кН/м,

φ1=13°,

c1=35 кПа,

z = 0,85/0,3 = 2,83м.

σz = (4М01+Н01*z /9*bp*z²)* ζ1,

М01= - 473,14+255,07*2,83 = 248,71кНм,

Н01= 255,07кН.

ζ1=0,7

σz =4*248,71+10*255,05*2,83*0,7/ 9*1,59*2,83² =52,78кН/м²

σz =52,78кН/м² < 1*(4/cos13°)*(20,6*2,83*tg13°+0,6*35) = 141,46кН/м²

Проверка выполнена.

4.2.3.Проверка несущей способности свайного фундамента как условного массивного фундамента.

В этой проверке свайный фундамент рассматривается как условновный массивный фундамент,ограниченный контуром abcd (см.рис. ).Контур определяют по углу φср/4.

φср= 13*2+15*8+19*2/12 = 15,25º

φср /4 =15,25/4 =3,81º

tgφср=tg3,81º=0,067

bc=4,2+2*12*0,067=5,81м

ac=10,4+2*12*0,067=12,008 м

Pc1=55813,13кН

Нс1=4962,83кН

Мс1=4962,83кН м

К=4563,55кН/м⁴

Св=73016,8 кН/м³

Проверка давлений производится по формуле:

(Pc1/ ac* bc)+6*ac(3*Мс1+2*Нс1*dc)/ bc((К / Св)* dc⁴+3*ac³) ≤ R/ γn

(5813,13/5,81*12,008)+6*12,008(3*4962,83+2*4962,83*16)/12,008((4563,55/

/73016,8)*16⁴+3*12,008³)≤4000/1,4

1031кПа<2857,14кПа

Проверка выполнена

РАСЧЕТ ОПОРЫ

Глава 4.