Раздел5. Основания и фундаменты.

1.классифицировать грунты и их виды, физико-механ.свойства, сведения о грунтовых водах, их влияние на выбор основания.Грунт – это горные породы и почвы верхнего слоя земной коры. Состоит из: скелета грунта, газа и воды. Виды грунтов: 1)песчаные (пески гравилистые, мелкие, крупные, средние и пылеватые); 2) глинистые (глина, супесь, суглинок); 3) скальные (горные породы с жесткими связями между частицами); 4) крупнообломочные (щебень, гравий); 5) растительные грунты(верхний слой почвы, находящийся в стадии деформирования и содержащий некоторое кол-во органических веществ). Физические свойства: 1)гранулометрический состав (зависит от вида, свойств и минеральных частиц, от формы, крупности и минералогического состава); 2) средняя плотность (это масса грунта к его общему объему); 3) плотность скелета грунта (это отношение массы сухих частиц скелета к массе воды в объёме всего образца); 4) пористость (это отношение объема пор к объему грунта); 5) влажность (это отношение массы воды в грунте к массе сухого грунта); 6) степень плотности грунта (это отношение плотности грунта в естественном состоянии к плотности в самом рыхлом и в самом уплотненном состоянии); 7) пластичность (способность изменять свою форму без разрывов и трещин, затем сохранять свою форму). Механические свойства: 1) сжимаемость, уплотняемость (зависит от пористости и влажности и др. Характеризуется коэфф.относительной сжимаемости или модулем общей деформации); 2) водонепроницаемость (характеризуется коэфф.фильтрации. При его определении следует учитывать величину напора воды, а также направление её движения); 3) сопротивление сдвигу (это одна из важнейших характеристик грунтов. По нему оценивают устойчивость основания и назначают давление на грунт. Зависит от сил трения и сцепления грунтов). Грунтовые воды и верховодка оказывают значительное влияние на несущую способность основания. При проектировании оснований должны учитываться сезонные и многолетние колебания уровня грунтовых вод и верховодки, возможность образования повышенного и пониженного среднего уровня.

2.дать определение основаниям под фундаменты. Методы искусственного закрепления грунтов. Уплотнение грунтов. Основание – это массив грунта, который воспринимает нагрузку от фундамента и в результате этого испытывает деформации и напряжения. Виды оснований: 1) естественные (это основание, которое можно загрузить без какой-либо предварительной специальной подготовки); 2) искусственные (это основание, несущая способность которого повышается при помощи предварительной специальной обработки (уплотнение грунта, механ.воздействия, замена грунтов)). Закрепленные грунты различают по методу закрепления, выполняемому для повышения прочности, снижения сжимаемости (усадки) и фильтрационной способности грунтов (силикатизация, цементация, битумизация, глинизация, смолизация и др.). уплотненными называют грунты, подвергнутые укатке или трамбованию для повышения плотности и прочности.

4.дать методику определения осадки методом послойного суммирования (расчетная схема, предпосылки для расчета данным методом, цель и методика расчета). Метод послойного суммирования рекомендуется в тех случаях, когда ширина (или Ø) подошвы фундамента менее 10м, а модуль общей деформации грунта основания Е_о меньше 100*10⁵Па. Этот метод явл.приближенным и основан на некоторых допущениях. Прежде всего предполагается, что осадка происходит под действием дополнительного давления, представляющего собой разность между приложенным давлением от внешней нагрузки и давлением от силы тяжести вынутого грунта: р_д=р-р_б. Далее в расчетах используется значение среднего давления в центре тяжести подошвы фундамента. Сжимаемая толща грунта теоретически неограниченной по глубине. Поэтому в расчет вводится условная сжимаемая толща. Для определения условной мощности сжимаемой толщи всю толщу по вертикальной оси, проходящей через центр подошвы фундамента, делят на ряд сечений, отстоящих один от другого по вертикали на расстояниях, равных 0,2 или 0,4 ширины

Железобетонные конструкции

2. марки :F100 – марка по морозостойкости, цифра показывает число попеременного замораживания и оотаивания образцов в водонасыщенном состоянии; W6 – марка по водонепроницаемости, число указывает наибольшее давления воды в кг/см² , при котором вода через образец еще не идет; Д250 – марка по плотности, число соответствует средней плотности бетона бетоне в МПа, создаваемого за счет его расширения при наличии продольной арматуры в количестве 1% (только при расширяющихся цементах). Классы: В соответствии со СНБ 5.03.01-02 (по прочности на осевое сжатие): С8/10, C16/20, где С – бетон, числитель – призменная прочность при сжатии или нормальное сопротивление бетона при сжатии в МПа, знаменатель – гарантированная прочность бетона или кубиковая. Определяются кубиковая и призменная прочности путем испытания образцов 5х5 см.

3. Ж/б – строительный материал, в котором соединены в монолитное целое бетон и сталь. Свойства: 1) сцепление, 2) близкий по значению коэффициент расширения, 3) защита арматуры от коррозии в теле бетона. +: хорошее сопротивление статическим и динамическим нагрузкам, сейсмо- и виброустойчивость, долговечность, огнестойкость, хорошее сопротивление атмосферным воздействиям. -: сравнительно большая масса, повышенная тепло- и звукопроводность, сложность производства (в зимний период особенно), уровень квалификации кадров, возможно появление трещин в следствии ползучести бетона. Защитный слой предназначен для защиты бетона от окружающей агрессивной среды.

4. Арматура – линейно протяженные элементы в ж/б конструкциях, предназначенные для восприятия растягивающих и сжимающих усилий. Конструктивная арматура – устанавливается по конструктивным соображениям, без расчета. Рабочая арматура – назначается по расчету. Напрягаемая арматура – подвергающаяся предварительному натяжению перед или в процессе передачи усилия обжатия на бетон. Арматура состоит из рабочих стержней (на восприятие действующего усилия) и монтажных (объединение рабочей арматуры в сетки и каркасы). Классы арматуры: 1) ненапрягаемая арматура из мягких сталей: S240 – стержневая, горячекатаная, гладкого профиля,Ø5,5-40 мм; S400 - стержневая, горячекатаная, периодического профиля, Ø6-40 мм; S500 – объединяет проволочную холоднотянутую арматуру Ø3,4,5 мм и стержневую горячекатаную гладкого и периодического профиля, упрочненную вытяжкой, Ø6-40 мм; 2) напрягаемая арматура: S800 – стержневая горячекатаная высокопрочная арматура, получаемая за счет введения в сталь легирующих добавок или термоупрочненная (коленная), Ø10-32 мм; S1200 – см. S800; S1400 – объединяет высокопрочную холоднотянутую проволочную арматуру Ø3-8 мм и канаты Ø9-15 мм.

5. К изгибаемым элементам относятся плиты (панели) и балки. Плиты бывают: сплошные, пустотелые, ребристые из тяжелого, легкого и ячеистого бетона. Сечения балок: прямоугольное, тавровое, двутавровое, трапециевидное, полое и др. Плиты преимущественно армируют сварными сетками, должна быть рабочая и монтажная арматура. Рабочая арматура располагается ближе к растянутой грани плиты, чем распределительная, при условии соблюдения минимальной толщины защитного слоя бетона. Стержни рабочей арматуры – Ø3-10мм (в толстых плитах 12-16 мм) и располагаются по ширине плиты с шагом 100-200 мм. Распределительная арматура – Ø меньший и шаг 250-300мм, при этом площадь их поперечного сечения должна составлять не менее 10% площади сечения рабочих стержней. Балки Высота балки обычно кратна 5см, а при большой высоте – 10см, ширина балок – 0,25…0,5 h.

6. Стадии напряженно-деформированного состояния при изгибе: l стадия – при малых нагрузках (изгибающих моментах) напряжения в бетоне и арматуре малы, в бетоне развиваются преимущественно упругие деформации. Положена в основу расчетов на появление трещин. ll стадия – при увеличении нагрузки в бетоне растянутой зоны появляются трещины, постепенно распространяющиеся вплоть до нейтральной оси; в местах, где образовались трещины, бетон выключается из работы и растягивающие напряжения воспринимаются только арматурой. Положена в основу расчета по допускаемым напряжениям. lll стадия – при дальнейшем увеличении нагрузки трещины в растянутой зоне раскрываются, напряжения в материалах увеличиваются, и наступает разрушение балки. Разрушение сечения наступает тогда, когда напряжения в арматуре достигают предела текучести – элемент прогибается, или, когда напряжения в сжатом бетоне достигают предела прочности на сжатие. В этой стадии напряжения в сжатой арматуре достигают предела текучести. Положена в основу расчета по разрушающим усилиям и по предельным состояниям.

7. Расчет прочности изгибаемых элементов с одиночным армированием: Опытами установлено, что предельное состояние балки по несущей способности характеризуется разрушением в сечении нормальным к оси элемента, либо в наклонном сечении. Расчет по нормальным сечениям производится на действие максимального изгибающего момента, а расчет по наклонным сечениям – на действие максимальной поперечной силы. Целью расчета по нормальным сечениям является подбор рабочей арматуры, а по наклонным сечениям – поперечной арматуры (хомутов) и прочерка прочности (необходимость их установки). Расчетная схема: Мысленно разрезаем балку на две части, одну из них (обычно правую) отбрасываем, а для соблюдения равновесия действие отброшенной части заменяем внутренними усилиями. Правило знаков: для левой части внешние силы, внутренние усилия и деформации, направленные вверх, вправо и по часовой стрелке имеют знак «+», а вниз, влево и против часовой стрелки – «-». А для правой части знаки противоположны. Прямоугольное сечение с одиночной арматурой: Прочность изгибаемого элемента будет обеспечена, если момент от внешних усилий будет меньше момента, который может воспринять момент внутренних усилий, т.е. M_sd≤M_rd.

M_sd – расчетный изгибающий момент от внешней нагрузки, M_rd – несущая способность сечения, н.о. – нейтральная ось, h – высота балки, b_w - ширина балки, d – рабочая высота сечения, c – расстояние от центра тяжести растянутой арматуры до наиболее растянутой грани сечения, х – высота сжатой части сечения, α – коэффициент приведения, F_c – равнодействующая усилий в сжатой части сечения бетона, z_c – плечо внутренней пары сил, А_сс – площадь сжатой части сечения, A_s1 – площадь сечения рабочей арматуры. Для балок оптимальный процент армирования: ρ=1…2% и оптимальная высота сжатой части сечения: ξ_опт =0,3…0,4. Для плит: ρ=0,1…0,7%, ξ_опт= 0,1…0,25%.

Первый тип задач: Дано: q,l, b_w ,h,C16/20,s400. Найти: A_s1 - ?. Решение: 1)Расчетная схема; 2) Определяем расчетные характеристики бетона и арматуры: f_cd= f_ck/γ_c; f_yd= f_yk/γ_s – из табл. 6.5; 3) Назначаем величину с для прямоугольных балок с=3…5 см; 4) Определяем рабочее сечение балки: d=h-c; 5) Определяем M_sd=ql²/8, кН·м; 6) Определяем относительный момент (табличный коэффициент) α_m=M_sd/(α· f_cd·b_w·d²); 7) По таблице в зависимости от α_m определяем коэффициент этта: η; 8) Определяем требуемую площадь арматуры: A_st^тр=M_sd/(f_yd· η·d), см²; 9) По сортаменту арматурной стали определяем количество и Ø рабочей арматуры. A_s1^тр≤A_s1; 10) Конструирование стр.104 СНБ, 11) Ответ.

Второй тип задач: Дано: q,l,c,s. Найти: A_s1,b_wxh. Решение: 1)-ll-; 2) -ll-; 3) -ll-; 4)Принимаем ширину балки: b_w=120,150,200,220,250мм и тд; 5) Задаемся оптимальной относительной высотой сжатой части сечения ξ_опт= 0,3…0,4; 6) По таблице в зависимости от ξ_опт принимаем α_m; 7) Определяем рабочую высоту сечения: d= , см; 8) h=d+c – вся высота балки (округляем кратно 5 см в большую сторону); 9) Уточняем рабочую высоту сечения d=h-c; 10) Проверка: h/b_w≥2; 11) см. предыдущую задачу с пункта 6.

Третий тип задач: Дано: b_w, c,s,A_c1. Найти: M_rd. Решение: 1) f_cd и f_yd; 2) Назначаем с: с=с_з+d/2; 3) Определяем рабочую высоту сечения: d=h-c; 4) Определяем высоту сжатой части сечения: x= , см; 5) ξ =x/d= ; 6) Если ξ≤ ξ_lim, то M_sd=f_yd·A_s1(d-0?5x). ξ_lim из таблицы. Если ξ > ξ_lim, то M_rd= α·f_cd·b_w·x(d-0,5x).

8. Расчет изгибаемых элементов на прочность с двойным армированием: Условия определения необходимости применения двойной арматуры: Сечения с двойной арматурой – сечения, в которых кроме растянутой арматуры A_s1 ставится по расчету сжатая арматура A_s2. Двойное армирование приводит к увеличению расхода стали и требует обоснования. Оно производится, если сечение с одной арматурой оказывается переармированным, т.е. ξ>ξ_lim или α_m>α_{m lim}. Двойное армирование производится если: 1) нельзя увеличить размеры сечения элемента; 2) если сечение подвергается действию двузначного изгибающего момента (неразрезные балки); 3) нельзя увеличить класс бетона и арматуры; 4) в сжатой части сечения арматура устанавливается конструктивно, для образования плоских или пространственных каркасов.

F_sc – равнодействующее усилие в сжатой арматуре; A_s2 – площадь сечения сжатой арматуры; с₁ – расстояние от центра тяжести сжатой арматуры до наиболее сжатой грани сечения; z_s - плечо внутренней пары сил. F_sc= f_yd·A_s2; F_c=α·f_cd·b_w·x; F_st= f_yd·A_s1; z_c=d-0,5x; z_s=d-c₁. Условие прочности: M_rd= α·f_cd·b_w·x(d-0,5x)+f_yd·A_s2(d-c₁)>M_sd.

9. Тавровое сечение: Используются в качестве балок, основной конструкции фермы, фундаментные балки, ригеля, подкрановые и стропильные балки и др. Тавровое сечение, как правило, имеет одиночное армирование. Увеличение сжатой зоны бетона в виде полки тавра позволяет эффективно использовать ее сопротивление сжатию при одновременном уменьшении растянутой зоны, непосредственно не участвующей в восприятии растягивающих усилий. При этом ребро таврового сечения служит главным образом для расположения в нем растянутой арматуры и ее связи со сжатой зоной, а также для сопротивления скалывающим усилиям.

В зависимости от положения н.о. различают два 2 случая расчета: 1) когда н.о. проходит в полке; 2) когда н.о. пересекает ребро. Если M_sd≤M_rd – 1-ый случай, если M_sd≥M_rd – 2-ой случай. M_rd=α·f_cd·b`f·h`f(d-0,5h`f), кН·м.

Схема расчета: 1 случай: Дано: q,l,c,s,b_w,b`f, b`h; Найти: As1; Решение: 1) Расчетная схема; 2) Определяем расчетные характеристики бетона и арматуры: f_cd= f_ck/γ_c; f_yd= f_yk/γ_s – из табл. 6.5; 3) с=4…5 см; 4) Определяем рабочее сечение балки: d=h-c; 5) Определяем M_sd=ql²/8, кН·м; 6) Определяем несущую способность сечения: M_rd= α·f_cd·b`f·h`f(d-0,5h`f); 7) M<sub>sd</sub>≤M<sub>rd</sub> – 1-ый случай; 8) α<sub>m</sub>= ; по таблице принимаю η; 9) , см<sup>2</sup>; 10) Подбираю по сортаменту арматуру; 11) Конструирование; 12) Ответ. 2 случай: Дано: q, l, bxh, b`fxh`f; Найти:As1; Решение: 1) -6) -ll-; 7) M<sub>sd</sub>≥M<sub>rd</sub> – 2-ой случай; 8) M<sub>св</sub>= α·f<sub>cd</sub>(b`f-b_w) ·h`f(d-0,5h`f); из выражения M_св=f_yd·A_{s1 св}(d-0,5h`f)=> ; M_sd=M_p+M_св; 9) M_p=M_sd-M_св;10) , η – по таблице; 11) ; 12) по сортаменту подбираем в зависимости от A_s1^тр; 13) Конструирование и ответ.

10. Расчет изгибаемых элементов см. СНБ 5.03.01-02.

11. Виды сжатых ж/б элементов: Колонны, стойки, элементы рамных конструкций, арок и др. Колонны по виду арм-ры К центрально-сжатым эл-там условно относят промежуточные колонны в зданиях и сооружениях, верхние пояса ферм, загруженных по узлам раскосы и стойки ферм. К внец.сжатым эл-там отн.крайние колонны промыш.зданий, стойки эстакад, эл-ты рамных конструкций и арок Ж/б колоны по конструктив.схеме дел.на 3 вида:1.колонны с продольной арм-рой и поперечными стержнями или хомутами 2.с косвенной арм-рой в виде спирали или колецт 3.с жесткой продольной арм-рой. Рассм.колонну с гибкой прод.арм-рой. Осн.назначение попер.арм-ры – предотвращение выпучивания продольной арм-ры. Кроме того попер.арм-ра дат возможность образования пространственного каркаса. Размеры сторон прямоуг.колонн при величине их до 500м делают кратными 50мм, при больших размерах – 100мм. Бетон, применимый для колонн от С15/20 до С55/60. Прод.арм-ра прим.класса S240; S500; d=6…10мм. Арм-ру изгот.в виде сварных или вязанных каркасов. Расстояние м/у попре.стержнями в сварных не более 20d, в вязанных не более 15d, где d – диаметр продольной арм-ры.

12.2 случая расчета внецентренно – сжатых элементов. При расчете центр.сж. и внецент.сж.эл-тов всегда нужно учитывать случайный эксцентриситет (е_а). Случайный эксцентриситет суммируется с эксцентриситетом продольной силы е_а = (1/600)е_о или h/30 или 1см. При расчете внец.сж. эл-тов м.б. 2 случая расчета:1ый случай: ع ≤ ع_(lim)^пред - случай больших эксцентриситетов. Напряженное состояние близко к напряженному состоянию изгибаемых эл-тов. 2ой случай: ع › ع_(lim)^пред - случай малых эксцентриситетов. Напряженное состояние близко к напряженному состояниию центрально-сж.эл-тов.

13. Сущность предварительно – напряженного ж/бетона. Предварительно – напряженными (ПН) наз.эл-ты, в к-рых в процессе изготовления, т.е.до приложения нагрузок искусственно создается внутреннее напряженное состояние, заключающееся в значительном достигаемым растяжении арм-ры. ПН прим. в эл-тах в бетоне к-рых при эксплуатации возникает растягивающее напряжение, вэ-тах, работающих на растяжение, изгиб и внецентр.сжатие. Достоинства ПН:- повышается рещиностойкость и жесткость конструкций, - возможность использования высокопрочной арм-ры, - возможность применения бетонов легких классов и высокопрочной арм-ры, - возможность уменьшения сечения конструкции, Недостатки ПН: = требуется высокая, квалификация рабочих = сложность изготовления, М-лы для ПН конструкций:- бетон класса С20/25…..С50/60, - арм-ра класса S800, S1200, S1400.

27. Расчет фундамента под колонну. По материалу: - кирпичные, - бутовые, - бутобетонные, - ж/бетонные. Глубина заложения ф-та H: H=h_пр+0,15м+0,1м, Нормативная нагрузка на ф-т: N^н = N/γ f_cр f_cр=0,15. Предварительно определяем размеры подошвы ф-та: А_ф = N^н/(R₀- γ_cр * H),

Определяем среднее давление под подошвой ф-та Р_ср= N^н/А+ γ_cр*H, R ≥ Р_ср. Расчет тела ф-та: Реактивное давление грунта: Р_гр=N/A (кн/м²), А=а² , Определяем рабочую высоту ф-та из условия продавливания колонны ч/з тело ф-та: h₀ = - (b_k+h_k)/4+0,5*, h= h₀+c. исходя из конструктивных требований высота ф-та д.б. h≥1,5h_k+25см, назначаются ступени: h₁=30см, d= h_k, a₁=h_k+2dc+7,5см, Проверяем условие на продавливание^ h₀₁*fctd≥Pгр*с, Расчет арм-ры: M_I-I=0,125Pгр(a-h_k)²a, M_II-II=0,125Pгр(a-a₁)²a, A_sI=MI-I/(0,9h₀*fyd), A_sII=M_II-II/(0,9h₀₁*fcd), По большей площади назначают арматуру.