ЭСПРИ . Проектирование фундаментов
Евгений Стрелец-Стрелецкий, Роман Водопьянов
Наряду с крупными программными комплексами, такими как ЛИРА и МОНОМАХ, на современном рынке программного обеспечения широкой популярностью пользуются программыспутники. Эти программы предоставляют инженеру и исследователю возможность выполнять компьютерные расчеты множества частных задач, которые возникают в процессе работы над проектом сооружения и обычно не вписываются в структуру больших программных комплексов. Необходимость в решении указанных задач возникает как при выработке расчетной модели конструкции, так и при анализе результатов расчета целостной модели сооружения, как при экспертной оценке проектов, так и при техническом надзоре за возведением здания, а также во многих других ситуациях, имеющих место при проектировании и строительстве. Программыспутники необходимы инженеру в повседневной работе и обеспечивают поддержку в принятии оптимального конструктивного решения.
Полная конфигурация ЭСПРИ версии 1.0 содержит более 60 программ, которые тематически структурированы по десяти разделам: «Математика», «СтатикаДинамикаУстойчивость», «Сечения», «Нагрузки», «Сталь», «Железобетон», «Камень», «Дерево», «Фундамент», «Мосты». В каждом разделе содержатся программы, выполняющие расчетные и справочные функции. В какойто мере ЭСПРИ можно сравнить с широко известным (и давно не переиздававшимся) расчетнотеоретическим справочником проектировщика.
Здесь представлены программы, относящиеся к разделу «Фундамент». В настоящее время этот пакет содержит девять программ. Далее приведены их краткое описание и возможности.
Программа «Определение параметров упругого основания»
Программа предназначена для определения осадки и коэффициентов постели С1 и С2 под центром фундамента или фундаментной плиты по заданным грунтовым условиям и нагрузке.
Вычисление осадки производится по схемам линейного полупространства и линейно деформированного слоя.
В соответствии с вычисленной осадкой определяются коэффициенты постели С1 и С2 по нескольким методикам для моделей грунта Винклера и Пастернака. Реализована возможность определения коэффициентов постели при динамических воздействиях.
Вычисление коэффициентов постели
Программа «Определение С1 и С2 на основе модели грунтового массива»
Программа предназначена для расчета фундаментных конструкций на грунтовом основании. Трехмерная модель грунтового массива создается программой автоматически на основании инженерногеологических условий площадки строительства.
Для описания площадки строительства задается база характеристик слоев грунта (ИГЭ), указываются расположение и отметки устья скважин, характеристика слоев грунта, составляющего ту или иную скважину.
По заданным нагрузкам на грунт от проектируемой фундаментной конструкции, а также по нагрузкам от близлежащих сооружений определяются переменные по области проектируемой конструкции, глубина сжимаемой толщи и осадка по схеме линейноупругого полупространства.
На основании полученных осадок по нескольким методикам вычисляются коэффициенты постели упругого основания С1 и С2 для моделей Винклера и Пастернака.
Полученные результаты отображаются в виде изополей осадок, усредненных модулей деформации и коэффициентов Пуассона, а также изополей глубин сжимаемой толщи и коэффициентов постели.
Вычисление переменных коэффициентов постели
Программа «Расчет одиночной сваи»
Программа позволяет определить несущую способность одиночной сваи прямоугольного или кольцевого сечения. Рассчитываются сваистойки и висячие сваи в соответствии с положениями СНиП 2.02.0385 «Свайные фундаменты», МГСН 2.0701 и «Руководства по проектированию свайных фундаментов».
Результатами вычислений являются несущая способность сваи, ее осадка, в том числе с учетом взаимовлияния в группе свай, а также погонная жесткость сваи.
Расчет одиночной сваи
Программа «Расчет сваи на совместное действие вертикальной, горизонтальной сил и момента»
Программа предназначена для расчета одиночной сваи по деформациям и на устойчивость от совместного действия вертикальной и горизонтальной сил и момента согласно приложению 1 СНиП 2.
02.0385 «Свайные фундаменты». Предполагается, что в процессе нагружения система «свая — грунт» проходит две стадии напряженнодеформированного состояния. На первой стадии грунт, окружающий сваю, работает как упругая линейнодеформируемая среда. Упругие свойства грунта характеризуются коэффициентом постели, линейно возрастающим по глубине. На второй стадии в верхней части грунта, окружающего сваю, образуется область предельного равновесия (пластическая зона). Жесткость грунта в пределах области предельного равновесия характеризуется прочностным коэффициентом пропорциональности, ниже грунт работает упруго, как в первой стадии. За предельное состояние системы «свая — грунт» принимается момент образования в свае пластического шарнира в пределах или на границе области предельного равновесия грунта.
В результате расчета определяются горизонтальное перемещение и угол поворота головы сваи. В случае расчета по одной стадии производится проверка устойчивости грунта согласно п.
13 приложения 1 СНиП 2.02.0385. При учете развития второй стадии напряженнодеформированного состояния грунта производится расчет несущей способности сваи в соответствии с условием H ≤ Fd / γk
Расчет сваи на совместное действие нагрузок
Программа «Определение осадки условного фундамента»
Программа позволяет рассчитать осадку куста свай в соответствии со СНиП 2.02.0385 «Свайные фундаменты». Осадка в данном случае определяется как для условного фундамента на естественном основании с использованием расчетной схемы в виде линейнодеформируемого полупространства в соответствии с требованиями СНиП 2.02.0183*. Результатом расчета является значение осадки куста свай. Полученные размеры условного фундамента, его собственный вес, глубина сжимаемой толщи и величина осадки помещаются в отчет.
Расчет «Определение осадки фундамента»
Программа «Определение главных и эквивалентных напряжений в грунте»
Помимо главных напряжений для заданных расчетных характеристик грунта определяются предельные и эквивалентные напряжения по одному из заданных условий предельного равновесия — условия Кулона — Мора или модифицированные условия Кулона — Мора. Кроме того, вычисляются углы наклона главных напряжений к текущим осям, а также модуль полных деформаций в соответствии с теорией упругости линейнодеформируемого полупространства.
Программа «Проверка устойчивости склона»
Программа предназначена для определения устойчивости однородного грунтового склона по плоской (1й тип) или цилиндрической (2й тип) поверхности скольжения.
В результате вычисляются координаты оползневой поверхности, оползневое давление и предельные характеристики склона — критическая высота, критический угол площадки скольжения, суммарный вес грунтового массива над плоскостью разрушения, суммарная сдвиговая сила от веса грунта по плоскости разрушения, предельная сила устойчивости склона, длина плоскости или цилиндрической поверхности разрушения.
Устойчивость многослойного склона
Программа «Проверка устойчивости многослойного склона»
Программа предназначена для определения устойчивости многослойного грунтового склона по цилиндрической поверхности скольжения. Расчет производится методом, разработанным Шведским обществом геомеханики. Данный метод представлен в работе А.В. Шаповала «Оптимизация алгоритма расчета устойчивости откосов и склонов».
В результате определяются координаты оползневой поверхности, оползневое давление, а также коэффициенты запаса при статическом и динамическом нагрузкам, суммарная активная нормальная сила, активная составляющая сдвиговых сил, реактивная составляющая от сцепления и радиус поверхности скольжения.
Программа «Расчет ограждения котлована»
Программа предназначена для расчета подземной части сооружений, возводимых методом «стена в грунте». Расчетная модель является плоской и состоит из грунтового массива, элементов стенового ограждения и анкерных креплений стен. Задаются размеры грунтового массива и характеристики грунтов в нем, размеры котлована и уровни его отрывки, нагрузки на поверхность грунта, размеры и параметры материала и сечения стеновых элементов и анкеров, а также силы натяжения в анкерных креплениях.
В текущей версии программы допускается не более четырех анкеров с каждой стороны стенового ограждения и не более четырех уровней отрывки котлована.
После ввода исходных данных выполняется автоматическая триангуляция области грунтового массива с соответствующей разбивкой элементов стен и анкеров. Массив моделируется треугольными конечными элементами грунта, а стены и анкеры — стержневыми элементами.
Расчет ограждения котлована
Расчет производится последовательно по стадиям.
На первой стадии производится расчет полной модели (без анкеров) на собственный вес и заданную нагрузку. Дальнейшее количество стадий определяется автоматически и зависит от заданных уровней выемки грунта и отметок установки анкеров. То есть пока не вынут грунт (демонтаж), анкер не может быть установлен (монтаж).
По ходу расчета выполняется накопление перемещений в узлах, напряжений в элементах грунта и усилий в элементах стен и анкеров по стадиям.
Результаты расчета представляются в графическом виде — эпюры усилий в стенах и изополя напряжений в грунте по стадиям.
Результаты оформляются в виде отчета.
Представленный раздел ЭСПРИ «Фундаментные конструкции и основания» насыщается новыми программами. Расширяются функциональные возможности программ, учитываются предложения, пожелания и замечания пользователей. Программы пакета снабжены контекстной справкой. Реализована возможность одновременной работы в локальной сети нескольких пользователей.
Сопровождение ЭСПРИ осуществляет группа специалистов высокой квалификации, имеющих многолетний опыт расчета конструкций и обеспечивающих поддержку пользователей по всему спектру возникающих вопросов.
САПР и графика 10`2009
Как определить несущею способность сваи?
Основным требованием при проектировании оснований и фундаментов является принятие такой конструкции и размеров фундамента, которые бы обеспечивали нормальную эксплуатацию зданий и сооружений, что достигается ограничением деформаций основания, обеспечением несущей способности и устойчивости грунтов основания.
В отличие от фундаментов мелкого заложения для свайных фундаментов основным является расчет по первой группе предельных состояний, а расчет по второй группе предельных состояний — проверочный. Работа сваи под нагрузкой близкой к ее несущей способности «по грунту» недопустима, т.к. здание получит недопустимые для нормальной эксплуатации деформации. Предварительно необходимо определять несущую способность сваи по материалу (прочность ствола сваи).
На практике за исходную для расчета несущую способность принимают величину, при которой осадка достигает некоторой, наперед заданной, доли предельной осадки для проектируемого здания или сооружения.
Существует несколько методов определения несущей способности свай, имеющих разную степень достоверности :
- Испытания свай статической нагрузкой — наиболее достоверный, но
трудоемкий и дорогостоящий метод.
- Испытуемая свая.
- Анкерные сваи.
- Домкрат.
- Балка.
- Определение несущей способности свай по результатам статического зондирования грунтов основания — имеет погрешность в определении
несущей способности около 5-20 %. Метод более информативен, т.к. позволяет определять несущую способность свай различной длины и поперечного
сечения и значительно дешевле испытаний статической нагрузкой. - Определение несущей способности по результатам динамических
испытаний свай — метод используется как контрольный, подтверждающий
правильность принятого проектного решения, в особенности при изменчивости инженерно-геологических условий на площадке строительства. - Аналитический метод СНиП 2.
02.03-85 — характеризуется невысокой
точностью определения несущей способности сваи (погрешность до 50 %) и
поэтому используется для предварительных расчетов свайных фундаментов
и для окончательных расчетов — для неответственных зданий и сооружений.
Полученное аналитическим путем значение несущей способности сваи используется на первой стадии расчетов и в дальнейшем уточняется по результатам полевых исследований.
02.03-85 — характеризуется невысокойСвайные фундаменты классифицируются по материалу, способу изготовления, характеру работы и др. признакам. Наиболее распространенными являются свайные фундаменты из забивных призматических железобетонных свай.
Мне нравитсяНе нравитсяПонравилась статья? Поделиться с друзьями:
Гориз. несущая способность сваи – по Бромсу | Анализ свай | GEO5
Гориз.
несущая способность сваи – по Бромсу class=”h2″>Расчёт горизонтальной несущей способности одиночной сваи по Бромсу основывается на данных в научной литературе (Бромс, 1964). Этот метод расчёта касается единственно и только проверки сваи в гомогенном грунте, следовательно в анализе сваи нет возможности учитывать влияние слоистого грунта основания. Способ расчёта горизонтальной несущей способности сваи задают в рамке «Настройка» в закладке «Сваи».
В случае вычисления горизонтальной несущей способности по методу Бромса программа пренебрегает заданными ранее слоями грунтов. Параметры грунтов вводятся в рамку «Горизонтальная несущая способность» в зависимости от типа грунта (связный, несвязный).
Исходными данными для расчёта горизонтальной несущей способности сваи являются характеристики материала сваи (модуль упругости, прочность данного материала), геометрия сваи (длина сваи l, диаметр сваи d), а также нагружение сваи поперечной силой или моментом изгиба.
Коэффициент жёсткости сваи β в связных грунтах определяют по формуле:
где: | E*I | – | изгибная жёсткость сваи [МНм2] |
kh | – | модуль реакции грунтового основания (подстилающего слоя) [МНм3] | |
d | – | диаметр сваи [м] – (в случая круглого переменного сечения сваи для расчёта параметра β принимают постоянное значение диаметра сваи d1, которое задают в рамке «Геометрия»). |
Коэффициент жёсткости сваи η в несвязных грунтах определюят по формуле:
где: | E*I | – | изгибная жёсткость сваи [МНм2] |
nh | – | коэффициент реакции грунтового основания [МНм3] |
Программа автоматически определяет длинную или короткую сваю в зависимости от соотношения β*l (для связных грунтов), или η*l (для несвязных грунтов).
В доступной литературе приводятся различные критерии для различных типов свай, поэтому пользователь может в программу задавать свои данные. Сваю средней длины программа оценивает как короткую и одновременно длинную, а после автоматически выбирает результат с наиболее низким значением горизонтальной несущей способности сваи Qu.
Диалоговое окно «Критерии типа сваи»
Критерии типа сваи (длинная, короткая, средняя) определяются по следующим условиям, для:
- свободное опирание : для длинных свай действительно β*l > 2,5 ; для коротких свай β*l < 2,5
- неподвижное опирание: для длинных свай действительно β*l > 1,5 ; для коротких свай β*l < 1,5
Опирание головы сваи может быть:
- свободное – голова сваи может без препятствия сделать поворот
- неподвижное – закрепление головы сваи. Как правило, эти сваи связаны с ростверком или кустом свай.
Следующим важным исходным параметром является изгибная несущая способность сечения сваи.
Программа автоматически рассчитывает это значение по заданной геометрии по формуле:
где: | Wy | – | момент сопротивления сечения [м3] |
f | – | прочность материала сваи [МПа] | |
γk | – | коэффициент несущей способности сечения [-] – в соответствии с различными стандартами и литературой несущая способность сечения умножается на различные коэффициенты запаса; данный коэффициент позволяет подогнать программу под эти стандарты. |
В случае ж-б сваи зависит несущая способность сваи при изгибе Mu от предложенного количества арматуры.
Коэффициент редукции несущей способности γQu понижает общее значение горизонтальной несущей способности одиночной сваи по формуле:
где: | Qu | – | горизонтальная несущая способность одиночной сваи [кН] |
γQu | – | коэффициент редукции несущей способности [-] |
В результате расчёта получаем горизонтальную несущую способность одиночной сваи Qu, или Qu,red и деформацию сваи на уровне отметки земли u.
Литература:
[1] BROMS, BENGT. B.: Lateral Resistance of Piles in Cohesive Soils. Proceedings of the American Society of Civil Engineers, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, Vol. 90, SM2, 1964.
[2] BROMS, BENGT. B.: Lateral Resistance of Piles in Cohesionless Soils. Proceedings of the American Society of Civil Engineers, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, vol. 90 SM3, 1964.
Использование свайных оснований во многих случаях является более выгодным и безопасным. Обеспечить это помогают испытания и расчеты на определение несущей способности висячих, забивных, буронабивных, винтовых, ТИСЭ и одиночных свай на выдергивание, при растяжении, сжатии, на осадку, горизонтальную и статическую нагрузку. Компетентные сотрудники испытательной лаборатории «Нова» готовы выполнить все требуемые инженерно-геотехнические исследования по очень приемлемым ценам. Методы расчета несущей способности буронабивных, винтовых, висячих, забивных, одиночных свайСогласно нормам ГОСТ 5686-2012 и другой нормативно-правовой документации, для высокоточного определения несущей способности каждой одиночной сваи следует принять во внимание такие данные, как прочностные параметры материала сваи и грунтов. Если в первом варианте для нахождения расчетной нагрузки на сваю достаточно знать силу сопротивления, то во втором – все вычисления могут осуществляться несколькими методами. Один из простых методов оценки – расчетный, при этом все требуемые данные берутся из таблицы несущей способности свай. Такая методика, хоть и является наименее точной, отлично подходит для выполнения первоначальных вычислений на этапе проектирования. На такие вычисления затрачивается немного времени и денежных средств. Особенности методов проведения расчетов несущей способности свай (винтовых, забивных, буронабивных, висячих, тисэ, одиночной сваи) таковы:
Сотрудники нашей испытательной лаборатории быстро и качественно произведут для вас все необходимые вычисления. К точному и достоверному методу оценки свай, включая тисэ, относятся полевые исследования, которые наши специалисты осуществляют на высшем уровне. Мы можем рассчитать несущую способность свай при помощи динамических испытаний с соблюдением ГОСТов. Такая методика является довольно мобильной и не требует больших денежных затрат, но при этом позволяет получить точный результат. Статистические исследования для подбора и оценки работы свайДля подбора свай подходящего вида и размера, оценки реального их погружения и остальных работ лучше всего использовать статистические исследования. При данном способе осуществляется постепенный прирост нагрузки на исследуемую сваю с ожиданием ее стабилизации, при этом допустимая осадка сваи не может превышать 0,1 мм. При достижении предела сопротивления данный эксперимент считается оконченным. Показания снимаются на каждом этапе увеличения нагрузки. Определив несущую способность одной сваи на выдергивание, можно очень просто получить оценку при ветровых или крановых нагрузках. Для правильного подбора свайного фундамента нельзя обойтись без выяснения несущей способности при горизонтальной нагрузке. Для оформление заявки на услуги или по вопросам проведения исследований и расчетов обращайтесь к нам по телефону +7 (926) 555-34-96 или же написав на электронную почту [email protected]. |
Несущая способность свай и методы ее оценки
От того, насколько большой вес может выдержать свая, с учетом деформации почвы во время эксплуатации, зависит срок службы здания, его безопасность и ремонтопригодность в будущем.
Перед тем, как устанавливать сваи, определяют их несущую способность – максимальную нагрузку, которую способна выдержать конструкция.
Оценивают несущую способность несколькими методами: с помощью расчетов, испытаний со статическими и динамическими нагрузками. Динамическое испытание считается наиболее точным методом, так как во время проверки создаются условия, приближенные к реальным.
Особенности динамических испытаний
Во время такой проверки используют специальный молот, которым наносят удары по свае. После каждого удара фиксируют степень осадки конструкции, “поведение” грунта под ней. Инженеры оценивают, как реагируют и сама свая во время ударной нагрузки. Определяется состояние всех слоев грунта.
Главный показатель, который интересует исследователей, – это “отказ”, глубина погружения сваи после удара. Любопытно, что на песчаных грунтах отказ почти равен нулю: под сваей формируется плотный комок грунта, из-за которого конструкция не погружается или почти не погружается глубже.
Как проводят расчет несущей способности свай?
Чтобы оценить несущую способность, недостаточно простых испытаний. Нужно провести и расчеты, которые помогут выявить предельно допустимые показатели как для самого грунта, так и для свайных конструкций.
В случае с буронабивными сваями используют два вида расчетов – по материалу и грунту.
Формула расчета по материалу:
P=Yc Ф (RnpA+RacAc)
Под P понимают несущую способность, под ф – продольный изгиб, под Yc – условия работы.
Важно учитывать и то, как будет вести себя свая во время хранения, перевозки, установки. Это зависит от оборудования, которое применяют во время забивки. Его также рассчитывают по определенной формуле.
По грунту несущая способность свай рассчитывается так: P = Yc/Yq R A. Под Yc и Yq понимают коэффициенты условий работы и надежности, под А – площадь, под R – сопротивление почвы под острием. Данный показатель влияет на будущую прочность здания, так как грунт воспринимает ту же нагрузку, что и сама свая.
Приведенная выше формула используется для свай-стоек. Несущая способность свай трения рассчитывается по другой формуле – Ф=N0+N6. Это сумма сопротивления сваи под острием и по сторонам.
Как определить несущую способность точно?
В строительных организациях используют сразу несколько методов. Простые расчеты не позволят точно оценить будущую максимальную нагрузку, которую смогут выдержать сваи и грунт. Дело в том, что во время расчетов используют усредненные показатели, которые могут отличаться от реальных в меньшую сторону. Чтобы предотвратить разрушение будущего здания или конструкции, инженеры сочетают расчеты с реальными испытаниями, прежде всего, динамическими.
Альтернативой динамическим испытаниям может стать зондирование, при котором сочетают статические нагрузки и динамическими. Получив реальные данные, инженеры могут рассчитать несущую способность максимально точно. А следовательно, обеспечить долговечность, безопасность и прочность будущему строению или конструкции.
18 августа 2017
Поделиться ссылкой с друзьями:
Расчет свайных фундаментов.Пример расчета-Энциклопедия
Заключается в определением числа свай ф-те< n >, необходимо для восприятия вертикальной нагрузки N от веса здания, ростверка и рациональном размещение свай в плане
Предварительно определяют расчетное сопротивление <Ф> одиночной сваи, погруженной в грунт до расчетной глубины, затем число свай <n>
Определение расчетного сопротивления одиночной сваи-стойки.
Свая –стойка работает на сжатие как стержень, передающий на грунт нагрузку <N> только острием. Трением грунта о боковую поверхность сваи пренебрегают и считают, что свая стойка по длине сжата постоянной нагрузкой N, приходящейся на нее от ростверка. Влияние продольного изгиба на сваю-стойку, окруженную по всей длине грунтом, также не учитывают и принимают, что свая центрально сжата.
Несущая способность сваи определяется из условий работы материала, из которого она изготовлена, и грунта в который она погружена. Для определения несущей способности свай по грунту существует несколько способов: практический, расчет по формулам и таблицам, динамический и по данным испытания статической нагрузкой.
По несущей способности грунта основания сваи рассчитывают по формуле:
(2) N≤Ф/g =F. где N-расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, Ф- расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (иначе несущая способность сваи), g – коэффициент надежности (при определении несущей способности сваи расчетом: по результатом динамичного испытанияg =1.4; при ее определение по результатам полевых испытаний сжатия нагрузкойg =1.25; F- расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.
Несущую способность сваи-стойки по грунту определяется по формуле:
(3) Ф=c *R*A, гдеc – коэффициент условия работы, принимаемый =1;
А-площадь опирания сваи на грунт;
R- расчетное сопротивление сжатого грунта или скальной породы под нижним концом свай, назначаемое для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные породы, глинистые грунты твердой консистенции, равным 20мПа.
Несущая способность висячих свай по грунту определяется двумя составляющими: первая зависит от сопротивления грунта под нижним концом сваи, а вторая от сопротивления грунта по ее боковой поверхности:
(4) Ф=c *(cR*R*A+u∑cfi * fi*li), гдеc -коэффициент условий работы сваи в грунте=1, cR иcfi -коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом сваи и по ее боковой поверхности; R- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;
А- площадь опирания сваи на грунт, принимаемая по площади поперечного сечения сваи; fi – расчетное сопротивление i-го cлоя грунта основания по боковой поверхности сваи; li- толщина i-го слоя грунта, прорезываемого сваей.
Расчетную нагрузку, допускаемую на железобетонную сваю по материалу определяется по формуле:
(5) N=c (cb*Rb*A+Rcs*As), где c – коэффициент условий работы, принимаемый для свай, изготовляемых в грунте, равным 0,6; для остальных =1, cb – коэффициент условий работы бетона,
Rb- расчетное сопротивление бетона сжатию,
A- площадь поперечного сечения бетона свай,
Rsc- расчетное сопротивление арматуры сжатию,
As- площадь арматуры
Из этих двух значений выбирают наименьшее, принимаемое за несущую способность сваи.
Расчет и проектирование свайных фундаментов осуществляется в такой последовательности:
1.Рассчитывают нагрузки на уровне спланированной отметки земли
2. Назначают глубину заложения подошвы ростверка.
3.Выбирают тип, вид и назначают предварительные размеры свай.
4. Определяют несущую способность свай по грунту и материалу.
5. Рассчитывают требуемое число свай в фундаменте по формуле :
(6) n=N g /Ф, где – коэффициент надежности, равный 1.4;
Ф- наименьшая несущая способность одной сваи.
6.Размещают сваи в плане и устраивают ростверк.
Определение несущей способности сваи.
Пример №1
Определить расчетную нагрузку, допускаемую на железобетонную висячую сваю по грунту. Марка сваи С 4,5-30. длина сваи-L=4.5м, ширина В-0.3м: длина l-0,25м. Грунт основания – песок средней крупности, средней плотности, мощностью слоя 4,5м. Свая забита с помощью дизель-молота до глубины 4м.
Решение
по т.VI.3 приложенияVI определяют значение коэффициента cR =1 иcf =1.
Площадь поперечного сечения сваи А = ВхВ=0,09м2. периметр поперечного сечения сваи и=0,3*4=1,2м. По таблице VI.1 для песка средней плотности, средней крупности и при глубине погружения сваи 4м, находим R=3.2 мПа.
Для определения расчетной силы трения по боковой поверхности пласт грунта, прорезываемый сваей, делим на слои высотой не более 2м.
По т.VI.2 при средней глубине первого слоя грунта h2=1м для песка средней плотности, средней крупности определяем fi=0.035; находим h3=2м+1м=3м, f2=0,048.
По формуле (4) Ф=c *(cR*R*A+u∑cfi * fi*li) = 1(1,0*3,2*0,09+1,2*1,0(0,035*2+0,048*2))(100)=504000Н= 504кн
Допускаемая расчетная нагрузка на сваю по формуле
(2) N≤Ф/g =504/1,4=360Кн.
Пример №2.
Определить расчетную нагрузку, допускаемую на сваю-стойку С10-40, имеющую ширину в=0.4м, опирающуюся нижним концом на скальный грунт.
Свая армирована продольной арматурой из 4¯18А-II бетон В15 d =1.4
Решение:
Площадь поперечного сечения сваи A=0,4*0,4=0,16м2.
Несущая способность сваи стойки по грунту определяется по формуле:
Ф= c *R*A , допустимая расчетная нагрузка на сваю-стойку
N=F=Ф/g =3200/1,4 = 2286кН
c =1; R=20 мПа;
Ф=1*20*1600(100)=3200000Н=3200кН = 3.2Мн
Несущая способность сваи – стойки по материалу.
N=c (cb*Rb*A+Rcs*As),
c=1 cb=1
Rb=8.5мПа
Rsc=280Мпа
As=10,18 см2( по таб.7)
N=1(1*8.5*1600+280*10.18)(100)=1645040Н =1645кН
Из 2-х значений выбираем меньшее:N = 1645кН – допускаемая нагрузка на сваю – стойку.
ЛИТЕРАТУРА
1. Цай Т. П., Бородин М. К. «Строительные конструкции» М: Стройиздат, 1984. Т.1
2. Цай Т. П.. Бородин М. К. «Строительные конструкции» М.: Стройиздат, 1984. Т.2
3. Павлова А. И. «Сборник задач по строительным конструкциям» М.
:Инфра-М, 2005.
4. Кувалдин А. Н., Клевцова Г. С. «Примеры расчёта жезобетонных конструкций зданий» М: Стройиздат, 1976.
5. Берлинов М. В., Ягупов Б. А. «Примеры расчёта оснований и фундаментов» М.: Стройиздат, 1986.
6. Гаевой А. Ф., Усик С. А. «Курсовое и дипломное проектирование промышленных и гражданских зданий»
Л.: Стройиздат, 1987.
Геомаркетинг » Особенности расчета несущей способности буроопускных свай при проектировании фундаментов главного корпуса электростанции Ямал СПГ
Особенности расчета несущей способности буроопускных свай при проектировании фундаментов главного корпуса электростанции Ямал СПГ
Авторы: Алексеев А.
Г., Сазонов П.М.
АННОТАЦИЯ
В статье приводятся результаты проектирования свайных фундаментов главного корпуса электростанции в пос. Сабетта на полуострове Ямал. Особое внимание авторы уделяют буроопускному способу устройства свай в многолетнемерзлых грунтах с использованием цементно-песчаного раствора для заполнения пазух между стенками скважины и поверхностью сваи. Авторами обозначены проблемы, с которыми придется столкнуться проектировщикам при расчете несущей способности буроопускных свай, и пути их решения. Выделяются и описываются особенности буроопускных свай: технологии устройства, расчетной схемы, теплового взаимодействия сваи и окружающего мерзлого массива грунта. Авторы подчеркивают, что при буроопускном способе устройства свай возникает два контакта: контакт мерзлого грунта с раствором и контакт раствора с поверхностью сваи, а также четыре возможных плоскости сдвига: грунт по грунту, грунт по раствору, раствор по раствору и раствор по металлу. В связи с этим приводится сравнительный анализ сил смерзания раствора с металлом и сопротивления сдвигу раствора по мерзлому грунту. С учетом интенсивного застраивания района строительства проектируемого здания, а также принимая во внимание глобальное потепление, исследованы сопротивления мерзлого грунта сдвигу при двух температурах. В статье представлены результаты теплотехнического расчета, который моделирует температурное поле основания главного корпуса на весь период его эксплуатации. При этом выделяются два расчетных момента для определения несущей способности свай: при распределении температуры грунта по глубине в первые годы эксплуатации здания, т.е. естественные условия, когда не учитывается работа проветриваемого подполья с системой принудительной вентиляции, и температурное распределение, установившееся в эксплуатационном периоде с учетом действия искусственно проветриваемого подполья. На основании сравнительного анализа подобраны типоразмеры трубчатых свай и рассчитана их несущая способность.
Оценка несущей способности свай мостов с использованием метода импульсных переходных процессов
Был разработан метод оценки несущей способности свай мостов. В этом методе для выбора неповрежденных свай использовался импульсный эхо-тест; динамическая жесткость была получена при испытании импульсной переходной характеристики. Всего было испытано 680 мостовых свай и оценена их грузоподъемность. Наконец, для проверки надежности этого метода был использован анализ колонкового бурения. Результаты показывают, что для неповрежденных свай существует очевидная положительная корреляция между динамической жесткостью и несущей способностью свай.Анализ колонкового бурения подтвердил надежность метода оценки.
1. Введение
Предел прочности одиночной сваи считается одним из наиболее важных вопросов при испытании свай [1].
Испытание на статическую нагрузку (SLT) считается наиболее надежным методом оценки несущей способности сваи; однако это может быть дорогостоящим и трудоемким. Как классический метод испытаний динамической нагрузкой, динамическое испытание свай под высоким напряжением (HSDPT) является более экономичным и эффективным, чем SLT.HSDPT тестирует глубокие фундаменты, чтобы получить информацию об их емкости и целостности, а в некоторых случаях и контролировать их установку.
Динамическое испытание низкой деформации, также известное как метод эхо-импульсов (PEM), – это метод, который обычно используется для проверки целостности сваи. PEM широко используется [2–4] и рекомендован многими кодами [5–8]. Метод переходного отклика (TRM), также известный как метод механической подвижности, является методом, аналогичным PEM, и был предложен в 1960–1970-х годах [9].TRM анализирует сигналы скорости и силы в частотной области. Спектр скоростей делится на спектр силы для определения спектра подвижности или механической проводимости [10], что помогает предоставить больше информации по сравнению с PEM для выявления дефектов вблизи вершины сваи [11].
Идеализированный график испытаний подвижности сваи в зависимости от частоты показан на рисунке 1. Некоторая ключевая информация из графика, такая как отношение пиковой / средней подвижности, подвижность и демпфирование, широко используется для оценки целостности сваи и длины сваи [12– 15].Еще одним важным параметром кривой была динамическая жесткость (). – наклон низкочастотной (т.е. <50 Гц) линейной части графика от начала координат до первого пика. Это значение чувствительно к жесткости ствола сваи при сжатии.
Для практического проектирования использование STL и HSDPT не допускается для моста, эксплуатируемого с большим количеством свай. В этой статье, поскольку многие сваи с различными дефектами были оценены вдоль автомобильного моста длиной около 20 км, необходимо срочно оценить сваи с недостаточной грузоподъемностью и укрепить их.Как правило, динамическое испытание с низкой деформацией, особенно PEM, может предоставить только информацию о целостности, поэтому его не следует использовать в качестве единственного фактора при установлении приемлемости или отклонения сваи [5].
В этой статье для количественной оценки возможностей разработан TRM, который включает три этапа: (1) предварительный анализ, (2) измерение общего исследования и (3) проверка и верификация. Испытание TRM проводится на всех 680 сваях. В испытании TRM вместо небольшого ручного молотка использовался ударный молот весом 106 кг для возбуждения первой собственной частоты сваи.Динамическую жесткость каждой сваи можно получить с помощью теста TRM. Тест PEM используется как вспомогательный метод для выбора свай с хорошей целостностью. Можно найти нормальные значения для неповрежденных свай. Соответственно, свая может иметь низкую вместимость, если она явно меньше обычных значений. Наконец, выполняется анализ колонкового бурения для проверки результатов оценки.
2. Метод оценки несущей способности мостовых свай
Для оценки несущей способности большого количества свай был разработан TRM, когда испытания на нагрузку и испытание на высокую деформацию не допускались.
Динамическая жесткость может быть вычислена где и являются сигналами скорости и силы в частотной области.
Когда значение динамической жесткости приближается к статической жесткости, или. Однако на практике частота динамического импульса не может быть 0 Гц. Поэтому здесь вводится коэффициент, описывающий соотношение между динамической и статической жесткостью:. Тогда несущую способность сваи можно рассчитать по ориентировочному значению осадки сваи.
Чтобы оценить большое количество свай для длинного автомобильного моста, предлагаются следующие три шага (Рисунок 2).
( 1) Предварительный анализ . Для проведения теста TRM и теста на целостность PEM были выбраны некоторые типичные сваи. Затем данные неповрежденных свай используются для расчета. Значение регулируется динамически.
( 2) Измерение общего характера . Измерьте все сваи и рассчитайте по (1).Сравните с расчетной нагрузкой. Если емкость достаточна; в противном случае предлагается усиление сваи.
( 3) Проверка и проверка . Проверить результаты оценки с помощью ПЭМ и колонкового бурения.
Чтобы уменьшить ошибки измерения и анализа, высота отбойного молотка и расположение датчика одинаковы во всех тестах TRM.
Поскольку испытания на разрушающее нагружение не допускаются для существующих свай, расчетная допустимая грузоподъемность используется в качестве приблизительной оценки сваи, предполагая хорошую целостность.
На этапе предварительного анализа неповрежденные сваи выбираются с помощью PEM, и коэффициент рассчитывается по формуле [] – расчетная допустимая мощность, рассчитанная JTG D63-2007, «Кодекс для проектирования наземной базы и фундамента автомобильных мостов и водопропускных труб». ” [16]. Для монолитных буровых фрикционных свай несущая способность выражается как, а для монолитных свай с торцевыми опорами несущая способность может быть выражена как где – периметр; – площадь поперечного сечения на конце сваи; – количество слоев почвы; – толщина 1 го слоя почвы; – нормативное значение бокового трения для грунта; – допустимая вместимость грунта на конце сваи; [] – допустимая нагрузка основного грунта на конце сваи; – глубина заделки конца сваи; – пересмотренный коэффициент допустимой производительности, который изменяется с глубиной; – средневзвешенный удельный вес; – стандартное значение прочности на одноосное сжатие в насыщенном состоянии породы в конце сваи; – толщина го пласта породы; – количество слоев горных пород, в которые не входят прочные и полностью выветрившиеся породы, которые вместо этого считаются слоем почвы; и,,,, и – все коэффициенты, ориентировочное значение которых может быть получено из кода.
Для повышения точности расчетов в (4) и (5) 48 образцов грунта были получены путем колонкового бурения возле различных опор вдоль автомобильного моста. На рисунке 3 показаны некоторые типичные образцы почвы.
(a) Номер у пирса D8-37
(b) Номер у пирса h2-A5
(a) Номер у пирса D8-37
(b) Номер у пирса h2-A5
При использовании небольшого молотка (обычно <10 кг) в традиционных испытаниях PEM и TRM большая масса шапки сваи поглощала большую часть энергии приложенного удара, поэтому амплитуда отраженной волны от дна сваи была нечеткой и трудной для определения. [17].Для решения этой проблемы в испытании TRM использовался ударный молот весом 106 кг, так что подводимая энергия могла возбуждать первую собственную частоту сваи. В тесте PEM использовался молоток весом 30 кг, а датчик был установлен непосредственно на вершине сваи путем просверливания крышки в 50 см от нижней части крышки (рис.
4).
3. Динамические измерения и анализ
3.1. Динамическая жесткость
Анализируя как сигналы скорости, так и сигналы силы на вершине сваи в частотной области, подвижность можно рассчитать по формуле: где – поперечный спектр мощности между силой и скоростью, а – автоматический спектр мощности силы.
Перед измерением удалите прочий наполнитель с заглушек и отполируйте поверхность заглушек с помощью угловой шлифовальной машины (Рисунок 5), чтобы датчики улавливали вертикальные сигналы.
На рисунке 6 показаны типичные реакции подвижности двух соседних свай под одной и той же крышкой. Можно наблюдать аналогичные кривые ниже 50 Гц, которые служат основой для анализа динамической жесткости. На рисунке 7 показана динамическая жесткость двух свай. Постоянное значение можно найти в диапазоне от 10 до 30 Гц; поэтому для каждой сваи было вычислено среднее значение между этими частотами.
3.
2. Корреляция между динамической жесткостью и несущей способностьюВсего было измерено 680 свай. Усредненная динамическая жесткость была рассчитана на основе измерений, а допустимая несущая способность была оценена с использованием (3) или (4) для каждой сваи.
На рисунке 8 (а) показана взаимосвязь между динамической жесткостью и расчетной грузоподъемностью. Как правило, допустимая грузоподъемность увеличивается с увеличением динамической жесткости. Измеренные образцы обычно находились в пределах 4 ~ 8 GN / м; однако допустимая несущая способность сильно варьировалась.Это произошло потому, что расчетная вместимость была основана на предположении, что все сваи были целы. На практике у большого количества свай были обнаружены дефекты разного уровня. Чтобы устранить этот недостаток, были проведены тесты целостности с использованием PEM, а затем было отобрано 188 типичных интегрированных образцов, которые были перенесены на рис. 8 (b). Затем наблюдалась хорошая положительная взаимосвязь между динамической жесткостью и несущей способностью.
Следовательно, динамическую жесткость можно использовать в качестве раннего предупреждения для оценки емкости, когда измеренное значение явно низкое.
3.3. Анализ коэффициента
αНа этапе предварительного анализа коэффициент рассчитывался по (2) и динамически корректировался. Наконец, для фрикционных свай и большинства торцевых свай значение было оценено в 4,66; для очень длинных концевых свай (длина> 26 м) значение было оценено в 2,3.
Типичные 188 неповрежденных образцов свай (рис. 8 (б)) были использованы для проверки оценочных значений. Результаты показаны на Рисунке 9. Можно заметить, что (1) более 90% образцов фрикционных свай имеют значение меньше 4.66, что обеспечивает надежную оценку несущей способности сваи; (2) все образцы свай с торцевыми опорами короче 26 м имеют значение менее 4,66; и (3) большинство образцов сваи с торцевыми опорами длиной более 26 м имеют значение менее 2,3, за исключением четырех образцов, которые имеют значение, немного превышающее 2,3.
В общем, значение, оцененное на этапе предварительного анализа, обеспечивает хорошую основу для оценки несущей способности мостовых свай.
3.4. Оценка несущей способности сваи
680 свай были оценены с использованием метода, представленного на Рисунке 2.На рисунке 10 показано соотношение между расчетной несущей способностью и расчетной нагрузкой. Согласно статическому анализу, примерно 54% свай нуждаются в усилении, потому что это произошло в двух разных случаях. Один случай был вызван большой расчетной нагрузкой, которая составила примерно 8000 кН. Расчетная мощность не может выдержать такую большую нагрузку, хотя эти сваи целы и без дефектов. Другой случай был вызван разными типами дефектов сваи. Измеренная низкая динамическая жесткость этих свай, расчетные нагрузки которых составляли от 4000 до 5000 кН, привела к низкой расчетной грузоподъемности.
Дальнейший анализ свай с расчетными нагрузками от 4000 до 5000 кН, как показано на Рисунке 11, показывает, что динамическая жесткость свай с недостаточной грузоподъемностью была явно ниже, чем у свай с достаточной грузоподъемностью.
Следовательно, динамическая жесткость, как дескриптор оценки, играет полезную роль при оценке свай одного типа и аналогичной расчетной нагрузки.
4. Анализ колонкового бурения
Для проверки метода оценки, предложенного в этой статье, для анализа колонкового бурения использовались 80 случайных образцов свай.На основании целостности и дефектов образцов колонкового бурения были определены различные классы от А до I. Подробное описание классов приведено в таблице 1 по аспектам свайного бетона, образования шейки, сегрегации и других дефектов.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Изображения типичных образцов колонкового бурения показаны на рисунке 13. В целом меньшее значение Q / P относится к более очевидным дефектам и плохой целостности образцов после бурения. Было 45 свай с высоким сужением или сегрегацией, что составляет 88,2% от 51 сваи со стоимостью Q / P <1. Была 21 свая без образования шейки и сегрегации, что составляет 72,4% от 29 свай. сваи стоимостью. Приведенный выше анализ колонкового бурения показывает аналогичные результаты оценки, которые показывают, что метод оценки несущей способности сваи является надежным. 
Анализ колонкового бурения подтвердил надежность метода оценки.
J Geotech Eng ASCE 112 (9): 888–904
J Power Div, ASCE 92 (2): 91–114
К. (1981) Центрифужные испытания для определения подъемной способности анкерных плит в песке. Proceedings 10 th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Stockholm, Sweden, 1, pp 717–722
Acta Geotech 9 (3): 513–528
J Civ Architect Environ Eng 40 (3): 31–37 (на китайском языке)
М. Дас: Принципы фундаментальной инженерии. 7-е изд (2011).
В Ежегодном сборнике стандартов ASTM 1994 г., разд. 4, т. 04.08, ASTM, Филадельфия.
42, Транспортный исследовательский совет, Вашингтон, округ Колумбия (1977).
Если скала прочная на своей поверхности, свая откажется от дальнейшего забивания при незначительном проникновении.В таких случаях несущая способность свай определяется прочностью ствола сваи, рассматриваемого как колонна, как показано на рис. 15.6 (а). Если массив грунта, через который забиваются сваи, представляет собой жесткую глина или песок, сваи можно рассматривать как поддерживаемые со всех сторон от продольного изгиба как подпорку. В таких случаях несущая способность сваи рассчитывается исходя из допустимой нагрузки на материал сваи в точке минимального поперечного сечения. На практике необходимо ограничить безопасную нагрузку на сваи, рассматриваемые как короткие колонны, из-за вероятных отклонений от вертикали и возможности повреждения сваи во время забивки.
Томлинсон (1986) предлагает уравнение для расчета несущего сопротивления концов свай, опирающихся на скалистые породы, как