Войти  |  Регистрация
Авторизация

Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом



Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом проводили на двух опытных площадках с разными грунтовыми условиями. Выработки под буробетонные фундаменты на площадке 1 устраивали буровым станком типа СО-2, имеющим набор шнеков диаметром 600 мм и уширитель циклического действия диаметром 1600 мм. На площадке № 2 бурение производили станком типа КШК с рабочим органом в виде ковшового бура диаметром 800 мм, снабженного двумя ножами для разработки уширения диаметром до 1600 мм. Относительное заглубление всех фундаментов принято равным единице. Опытные фундаменты испытывали на вертикальную статическую центральную нагрузку при различных эксцентриситетах ее приложения.
Для правильного выбора схемы загружения опытных фундаментов были рассмотрены эксцентриситеты приложения нагрузок, действующих в типовом проекте серии КЭ 01049. Установлено, что эксцентриситет с нагрузок, действующих на обрезе фундамента этой серии, изменяется от 0,3 до 0,5 м, а относительный эксцентриситет е0 — от 0,1 до 0,17. Поэтому не происходит отрыва подошвы фундамента от грунта (при расчете по формуле внецентренного сжатия). В опытах принятый эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки составил 0,10; 0,15; 0,20 и 0,25 диаметра уширения.
В процессе исследовании предполагалось выяснить эффективность работы грунта естественного сложения, находящегося выше подошвы внецентренно нагруженных буробетонных фундаментов и работающего на боковой отпор, по сравнению с работой уплотненного грунта обратной засыпки. Для этого на площадке N° 2 один из опытных фундаментов был откопан до самого уширения, после чего сделана обратная засыпка с последующим уплотнением грунта. Эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки на обрезе этого фундамента составил 0,25 диаметра уширения. С таким же эксцентриситетом испытан еще один фундамент, у которого не была произведена откопка, что позволило установить разницу между работой природного и уплотненного грунта, находящегося выше подошвы указанных фундаментов.
Внецентренное загружение фундамента вызывает перемещение его верхней части как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. На месте непосредственного соприкосновения гидравлического домкрата и упорной балки, жестко закрепленной к анкерным сваям (как это обычно делается при испытании центрально нагруженных фундаментов), возникает горизонтальное реактивное усилие, которое оказывает существенное противодействие горизонтальным перемещениям фундамента. При этом возможно искажение заданного значения момента, создаваемого внецентренным приложением вертикальной нагрузки. Для исключения этого нежелательного явления необходимо в процессе загружения обеспечить беспрепятственное поступательно-вращательное движение фундамента в плоскости действия момента. Осуществить это возможно следующим образом.
Внецентренную нагрузку на испытываемый фундамент создают гидравлическим домкратом, установленным через цилиндрический элемент. Ось этого шарнира перпендикулярна плоскости действия момента. В анкерную конструкцию домкрат упирается через распорную стойку. Таким образом осуществляется свободное перемещение фундамента вместе с домкратом в плоскости действия момента. При таком загружении, однако, не соблюдается вертикальность передаваемой на фундамент нагрузки. С ростом горизонтальных перемещений фундамента домкрат вместе со стойкой отклоняется от своего первоначального положения, при этом отклонение обратно пропорционально длине распорной стойки. Из-за опасности потери устойчивости всей опытной системы увеличивать длину стойки нельзя. Указанное обстоятельство является существенным недостатком данного метода испытания.
Вертикальность внешней нагрузки в процессе загружения можно сохранить, применяя комплект катков, установленных между домкратом и упорной балкой. Катки позволяют фундаменту перемещаться вместе с домкратом, сохраняющим вертикальность в течение всего периода загружения.
Следует отметить, что в процессе загружения эксцентриситет нагрузки не остается постоянным и с увеличением горизонтальных перемещений увеличивается. Исключить этот недостаток можно только в том случае, когда нагрузка от гидравлического домкрата с помощью штанги передается непосредственно на подошву. Однако осуществление такого метода загружения связано со значительными техническими трудностями и возможно только при испытаниях специально изготовленных моделей фундаментов стаканного типа. При натурных испытаниях заглубленных в грунт фундаментов разных типов применить такой метод передачи внецентренной нагрузки практически невозможно.
В последнее время разработано устройство для испытаний фундаментов в полевых условиях при различном сочетании одновременно действующих вертикальной, горизонтальной и моментной нагрузок. За основу этого устройства принято конструктивное решение установки для испытании фундаментов на вертикальную статическую нагрузку, в которой упорная балка к анкерным сваям крепится не жестко, а с помощью вертикальных гибких стержней (тяг). В качестве тяг используют продольные стержни арматурного каркаса анкерных свай. Вертикальную нагрузку на испытываемый фундамент создают гидравлическим домкратом, установленным на фундаменте через цилиндрический элемент, упором для которого служит балка, Горизонтальную нагрузку передает гидравлический домкрат, упирающийся в фундамент. Таким образом, при испытаниях можно предусмотреть независимое раздельное или совместное приложение вертикальной или горизонтальной нагрузок в любом соотношении и любой последовательности. При необходимости приложения вертикальной внецентренной нагрузки домкрат устанавливают на фундамент с соответствующим эксцентриситетом.
При проведении полевых испытаний буробетонных фундаментов на внецентренную нагрузку было применено описанное устройство. Вертикальную нагрузку на испытываемый фундамент создавал
гидравлический домкрат, установленный на консольной балке соосно через цилиндрический шарнир. Упором для домкрата служила балка, которую через плиты соединяли арматурными стержнями с анкерными сваями. Наличие шарнира и гибких тяг в конструкции устройства обеспечивало вертикальность действия внецентренной нагрузки и позволило перемещаться верхней части фундамента не только в вертикальном, но и в горизонтальном направлении. Число и площадь поперечного сечения гибких тяг определяли с учетом их прочности на растяжение.
Испытания проводили с помощью гидравлического домкрата ДГ-100 ступенчато возрастающими нагрузками, составляющими приблизительно 1/10 ожидаемой нагрузки. За условную стабилизацию осадки, согласно стандартной методике по ГОСТ 12374—77, была принята скорость перемещения фундамента. Перемещения фундамента определяли по показаниям прогибомеров с ценой деления 0,01 мм, укрепленных на жесткой металлической реперной системе. Расстояния между опытными фундаментами и анкерными сваями, а также между опытным фундаментом и стойками реперной системы равны соответственно 6,0 и 2,4 м.
Одним из вопросов, возникающих при испытании внецентренно нагруженных фундаментов, является измерение их перемещений. Применение обычной схемы измерения, когда отдельно измеряют вертикальные и горизонтальные перемещения, невозможно, так как при внецентренном загружении эти перемещения влияют одно на другое, а применение прогибомеров с длинными струнами вносит значительные погрешности из-за температурных перепадов в течение суток. Учитывая это, приняли систему измерений, состоящую из шести прогибомеров. Прогибомеры устанавливали в двух взаимно перпендикулярных плоскостях — вертикальной и горизонтальной, а струны четырех прогибомеров попарно закрепляли так, чтобы они образовали между собой прямой угол. Фактические значения вертикальных s и горизонтальных u составляющих перемещения измеряемой точки отличаются от значений этих же составляющих s' и u' полученных в результате показания прогибомеров, на некоторые величины δ1 и δ2
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Можно записать следующие соотношения между величинами:
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Подставив полученные из выражения (2,42) значения s и u, имеем
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Значения последних членов числителя незначительны, поэтому ими можно пренебречь, тогда
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Выражения для определения фактических вертикальных и горизонтальных перемещений имеют вид:
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Среднюю осадку определяют как среднеарифметическую между осадками точек, а величину крена — по разности их осадок.
Для выявления характера распределения контактных давлений по подошве и боковой поверхности опытных фундаментов использовали преобразователи давлений типа ПДП-70/11 конструкции ЦНИИСК и динамометры контактного давления типа ДКМ конструкции НИИСК Преобразователи давлений устанавливали по подошве и боковой поверхности выработок до начала их бетонирования и располагали таким образом, чтобы обеспечивался полный контакт мембраны с грунтом по всей ее плоскости.
Опытные фундаменты не армировали. В верхнюю часть тех фундаментов, которые должны испытываться на внецентренную нагрузку, до бетонирования были вставлены анкеры, необходимые для крепления специальной консольной балочки, на которую передавалась внецентренная нагрузка.
Инженерно-геологические условия площадки № 1 характеризуются однородным по своему строению литологическим разрезом. Под почвенно-растительным слоем толщиной до 0,2 м залегает лессовидная супесь серовато-желтая, маловлажная, плотная, толщиной слоя 8,5 м. Подземные воды на площадке отсутствуют.
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

На опытной площадке № 2 под растительным слоем толщиной h=0,2/0,3 м залегают темно-бурые твердые суглинки с h=1,8 м. Ниже расположен слой полутвердых хвалынских глин с h=4,0 м, которые подстилаются легкими слоистыми глинами. Подземные воды на площадке залегают на глубине 15 м в песках хазарского яруса. В естественном залегании глины неоднородны; имеется большое количество прослоек тонкопесчаного и пылевато-суглинистого материала. Толщина этих прослоек колеблется от 2 до 4 мм и лишь в отдельных местах встречаются прослойки большей толщины. Наличие прослоек придает глине слоистый вид, толщина однородных слоев достигает 200—350 мм, в результате чего весь массив напоминает разборную скалу. Основные показатели физико-механических свойств грунтов приведены в табл. 2.13.
Целью исследований являлось изучение влияния эксцентриситета вертикальной нагрузки на осадку, крен, положение оси поворота буробетонных фундаментов.
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Анализ представленных на рис. 2.28 зависимостей показывает, что в зоне линейных деформаций осадки всех опытных фундаментов на площадках № 1 и 2 примерно одинаковы. В зоне линейных деформаций с увеличением эксцентриситета происходит постепенное увеличение наклона этих зависимостей к оси ординат, что свидетельствует об увеличении осадок буробетонных фундаментов от внецентренного загружения.
Эксперименты показали, что изменение осадок фундаментов происходит в два этапа: на первом при начальных ступенях нагрузок с увеличением эксцентриситета осадки оказываются практически одинаковыми; на втором — при повышенных нагрузках увеличение эксцентриситета приводит к постепенному возрастанию осадки, при этом увеличение осадок прежде всего начинается у фундаментов с наибольшими значениями эксцентриситетов. Так, на площадке № 1 более резкое возрастание осадок наблюдается у фундамента, имеющего эксцентриситет e0=0,25, осадка которого при давлении р0=0,20 МПа больше осадки фундамента, имеющего e0=0,20. Соответственно осадка последнего превышает осадку фундамента, имеющего e0=0,15 на следующей ступени нагрузки, т. е. при p0=0,25 МПа. При данной нагрузке осадка фундамента с e0=0,25 превышает осадки всех остальных фундаментов. На следующей ступени нагрузки (р0=0,35 МПа) осадка фундамента при e0=0,15, в свою очередь, превышает осадку фундамента, у которого е0=0,10, и практически становится равной осадке центрально нагруженного фундамента. Подобная зависимость отмечается и для фундаментов площадки № 2.
В процессе последующего роста нагрузки осадки всех внецентренно нагруженных опытных фундаментов, за исключением фундаментов, имеющих e0=0,1 (площадка № 1) и е0=0,15 (площадка № 2), начинают опережать осадки центрально нагруженных фундаментов. В табл. 2.14 приведены отношения средних осадок внецентренно нагруженных фундаментов к осадкам центрально нагруженных фундаментов. Из сопоставления данных, приведенных в табл. 2 14, и представленных на рис. 2.28 зависимостей видно, что значения Se/Se=0≥1 соответствуют на графиках s=f(p) зоне нелинейных деформаций. С увеличением эксцентриситета эта зона смещается в сторону линейных деформаций, вследствие чего происходит некоторое их уменьшение. Учитывая это, можно сделать вывод о том, что увеличение эксцентриситета в конечном итоге приводит не только к возрастанию осадки буробетонных фундаментов, но и к уменьшению их несущей способности.
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

В большей степени изменение эксцентриситета влияет на крен и горизонтальные перемещения внецентренно нагруженных буробетонных фундаментов. При постоянном p0 увеличение эксцентриситета приводит к значительному возрастанию крена и горизонтальных перемещений опытных фундаментов (рис. 2.29). В то же время при постоянном моменте с возрастанием эксцентриситета крен уменьшается (рис. 2.30). Последнее связано с увеличением среднего давления по подошве при меньших значениях эксцентриситета.
Как видно из рис. 2.29, зона линейных деформаций зависит главным образом от эксцентриситета: с его увеличением она резко уменьшается. Значение крена и горизонтальных перемещений, соответствующие окончанию линейных и началу нелинейных деформаций, приведены в табл. 2,15.
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Важно отметить, что между осадками, креном и горизонтальными перемещениями внецентренно нагруженных буробетонных фундаментов существует определенная взаимосвязь. Это видно из совместного анализа табл. 2.14 и 2.15, который показывает, что переход в зону нелинейных деформаций: осадок, крена (см. рис. 2.29) и горизонтальных перемещений (см. рис. 2.30). происходит практически при одинаковых значениях среднего давления по подошве. Кроме того, при значениях крена и горизонтальных перемещений, соответствующих зоне линейных деформаций, осадки всех внецентренно нагруженных опытных фундаментов не превышают осадки центрально нагруженных фундаментов. Следовательно, при расчете внецентренно нагруженных буробетонных фундаментов по второй группе предельных состояний определяющим должен быть расчет на крен и горизонтальные перемещения последних.
Действие внецентренной нагрузки, как правило, приводит к большой неравномерности в осадке передней s1 и задней s2 граней подошвы фундамента, которая обычно выражается отношением краевых осадок s1/s2. В данных опытах осадки передней и задней граней уширения буробетонных фундаментов с учетом их большой жесткости определяли, исходя из следующих выражений:
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Неравномерность осадок при разных эксцентриситетах приведена в табл. 2.16, из которых видно, что с увеличением эксцентриситета неравномерность осадок увеличивается. В то же время увеличение нагрузки для всех опытных фундаментов, за исключением фундаментов с е0=0,25 (площадка №1) и е0=0,25 (площадка № 2), приводит к уменьшению неравномерности этих осадок.
Неравномерность осадок при одинаковом моменте и при различных эксцентриситетах приведена в табл. 2 17.
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Если осадку, горизонтальное смещение и крен фундамента рассматривать как его поворот относительно некоторой оси, то, зная перемещение верхней части фундамента и угол поворота его оси, можно определить координаты этой оси вращения. Для определения этих координат получены выражения в приближенном, но достаточно точном для практических расчетов виде:
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Зная координаты оси вращения, можно определять перемещения любой точки поверхности фундамента. Так, если координаты оси вращения фундамента, вычисленные относительно координат x0 и z0, обозначить через xi и zi, то согласно выражениям (2.49) смещения этой оси si и ui могут быть найдены из следующих выражений:
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Опыты показали, что в процессе загружения фундамента ось его вращения понижается. Достаточно большой разброс значений положения оси вращения указывает на неравномерность развития деформации и крена фундамента. В частности, из выражений (2.49) видно, что изменение положения оси вращения в горизонтальном направлении связано с общей осадкой фундамента и его креном, а в вертикальном — с горизонтальным перемещением фундамента и его креном.
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

При сравнении начального и конечного положения данного фундамента видно, что боковой отпор грунта воспринимается преимущественно цилиндрической частью внецентренно нагруженных фундаментов. Коническая часть уширения в работу не включается, так как над ней вследствие осадки фундамента образуется зазор. Вследствие крена фундамента происходит смещение его пяты в сторону, противоположную действию внецентренно приложенной нагрузки, в результате чего под наиболее нагруженной гранью цилиндрической части ниже опорного уширения образуется полость. Последняя в процессе развития деформаций грунта может быть постепенно заполнена грунтом. Величина этой полости зависит главным образом от крена и высоты расположения оси вращения фундамента. Максимальные горизонтальные перемещения самой нижней точки пяты наблюдаются у фундаментов, имеющих е0=0,25, Например, на площадках № 1 и 2 их значения составляют соответственно 13,9 мм (р0=0,4 МПа) и 32,5 мм (р0=0,262 МПа).
Средние значения х0 зависят от относительных эксцентриситетов е0 следующим образом:
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

При анализе опытных данных использованы не абсолютные значения глубины оси вращения z0, а ее относительные значения z0/h (h — глубина заложения подошвы фундамента). В данном случае за величину h принята глубина заложения подошвы опорного уширения. Зависимость z0/h от момента при различных эксцентриситетах показывает, что для фундаментов площадки № 1 при всех эксцентриситетах с ростом нагрузки происходит понижение оси вращения. Эта ось расположена в основном выше подошвы опорного уширения, и только при конечных ступенях нагрузок она находится приблизительно на уровне подошвы уширения. Для фундаментов площадки № 2 указанного понижения оси вращения не наблюдается. При этом центр вращения у данных фундаментов, за исключением фундамента, имеющего е0=0,25, расположен несколько ниже подошвы опорного уширения.
Наличие на площадке 2 нескольких слоев грунта, отличающихся своими деформационными свойствами, сказывается на работе фундаментов. Следовательно, по сравнению с работой фундаментов площадки № 1, работа фундаментов площадки № 2 носит частный характер. Повышению оси вращения фундамента при e0=0,25 площадки № 2 способствовала повышенная сопротивляемость перемещения верхней части этого фундамента, вызванная неоднородностью верхнего слоя грунта.
В заключение следует остановиться на результатах испытаний двух фундаментов на площадке № 2 при е0=0,25. Как указывалось, у одного из этих фундаментов устраивали обратную засыпку путем отсыпки грунта слоями толщиной 0,15—0,20 м с уплотнением. Из каждого уплотненного слоя отбирали два-три образца. Плотность грунта обратной засыпки составила 1,57—1,61 т/м3. Как видно из приведенных результатов испытаний, состояние грунта, находящегося выше подошвы, существенно влияет на крен, горизонтальные перемещения и среднюю осадку фундамента.
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Сложный характер работы внецентренно нагруженных буробетонных фундаментов во взаимодеиствии с грунтом основания обусловил необходимость более детального изучения распределения реактивного давления грунта по их контактным поверхностям — подошве и боковой поверхности.
Эпюры реактивного давления грунта по контактным поверхностям опытных фундаментов показаны на рис. 2.31. Результаты замера нормальных давлений по подошве этих фундаментов приведены в табл. 2.18.
На основании данных, приведенных в табл. 2.18, определена нагрузка, воспринимаемая отдельно пятой и уширением. В среднем пята фундаментов на площадках № 1 и 2 воспринимает соответственно 12—28 и 22—36 % нагрузки, испытываемой всей подошвой (вторые значения соответствуют большей ступени нагрузки). Это указывает на существенную роль пяты, если учесть, что ее площадь составляет 14 и 25 % общей опорной площади для фундаментов соответственно площадок 1 и 2.
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Как показывают опытные данные (см. табл. 2.18), измеренное среднее давление по подошве pf для центрально нагруженных опытных фундаментов площадок № 1 и 2 составляет соответственно 82—94 и 71—80 % приложенного среднего давления по подошве p0 (вторые значения соответствуют большей ступени нагрузки). С увеличением эксцентриситета наблюдается постепенное уменьшение pf по сравнению с р0, достигающее минимума при e0=0,25. Так, для фундаментов площадок № 1 и 2, имеющих e0=0,25, значение рf составляет соответственно 58—64 и 40—79 % значения р0. В то же время наблюдается тенденция к уменьшению разницы между приложенным и измеренным давлениями по подошве опытных фундаментов при увеличении внешней нагрузки.
Таким образом, с возрастанием эксцентриситета снижается нагрузка, передаваемая подошвой на грунт основания. Это явление можно объяснить действием сил трения по боковой поверхности внецентренно нагруженных буробетонных фундаментов. Как видно из рис. 2.31, по боковой поверхности этих фундаментов возникает значительное реактивное усилие грунта, оказывающее сопротивление их повороту. При этом с увеличением эксцентриситета реактивное давление грунта по боковой поверхности буробетонных фундаментов повышается, Благодаря этому увеличивается суммарное трение по боковой поверхности, в результате чего и снижается нагрузка, передаваемая на грунт подошвой.
Высказанное предположение об увеличении суммарного трения по боковой поверхности внецентренно нагруженных буробетонных фундаментов вследствие увеличения эксцентриситета подтверждается данными, приведенными в табл. 2.19.
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

В табл. 2 19 представлены отношение разности приложенного среднего и измеренного давлений к среднему («недобор давления»), соотношение этих «недоборов» между центрально и внецентренно нагруженными опытными фундаментами δe=о/δе, а также соотношения между средними осадками этих фундаментов SelSе=0. Как видно, при начальных ступенях нагрузок каждому значению δe=о/δе соответствует близкое значение δe=о/δе. Из этого следует, что увеличение трения по боковой поверхности внецентренно нагруженных фундаментов приводит к уменьшению средней осадки. Однако взаимосвязь между данными величинами наблюдается только при начальных ступенях нагрузок, соответствующих первому этапу изменения осадок. Далее, с увеличением внешней нагрузки, наблюдается расхождение этих величин, происходящее вследствие более интенсивного увеличения значений SelSе=0 по сравнению со значениями δe=о/δе. При этом значения SelSе=0 наиболее резко увеличиваются у фундаментов с наибольшим эксцентриситетом, что указывает на увеличение средних осадок у этих фундаментов по сравнению с центрально нагруженными фундаментами. Анализ эпюр реактивного давления грунта по подошве внецентренно нагруженных фундаментов (см. рис. 2.31) показал, что под передней гранью подошвы уширения происходят более интенсивные деформации грунта, чем под задней. Об этом можно судить по меньшему росту реактивного давления грунта под не редней гранью подошвы уширения по сравнению с его ростом под задней гранью, особенно в местах, расположенных у боковой поверхности пяты. В этих местах зависимости измеренного давления грунта от приложенного среднего давления по подошве р0 в начальной стадии (при крене i≤0,005) линейны
Более интенсивное развитие деформаций грунта по передней грани подошвы уширения приводит к значительному снижению неравномерного распределения реактивного давления грунта по подошве внецентренно нагруженных буробетонных фундаментов. Это отражается и на общем реактивном сопротивлении грунта, воспринимаемом этой частью подошвы. Как видно из табл. 2.18, значения среднего измеренного давления под передней гранью подошвы уширения для внецентренно нагруженных фундаментов площадки № 2 не превышают значений средних измеренных давлений под задней гранью уширения, вследствие чего ее подошвой внешний момент практически не воспринимается. Незначительное превышение значений pff над значениями p''f наблюдается только при e0=025, когда подошва фундамента воспринимает незначительную часть внешнего момента.
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Измеренное реактивное давление грунта по подошве, передней и задней граням боковой поверхности опытных фундаментов позволило выяснить распределение реактивного момента между внутренними силами реакции грунта, возникающими по подошве и боковой поверхности. С этой целью рассмотрены условия равновесия опытных фундаментов под действием внешнего момента и усилий со стороны грунта. Расчетная схема буробетонных фундаментов для составления уравнений равновесия приведена на рис. 2.32. Равнодействующую сил трения возникающих под подошвой уширения и подошвой пяты, вычисляют по формуле
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Место приложения силы T определяют из предположения, что коэффициент трения одинаков как по подошве уширения, так и по подошве пяты:
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Как видно из рис. 2 32, сила Qf которая является равнодействующей сил Q2 и T, и сила Q1 представляют собой пару сил, плечом которой является величина а. Место приложения силы Q находят из выражения
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Реактивные моменты, возникающие от неравномерного распределения реактивного давления по подошве Ms, сил трения по подошве Mτ и отпора грунта по боковой поверхности Mss, определяют по уравнению равновесия относительно точки, лежащей на вертикальной оси симметрии фундамента на уровне центра плеча пары сил:
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Для определения достоверности вычисленных значений Ms, Мτ и Mss найденные величины подставляли в уравнение равновесия моментов от всех усилий, действующих на фундамент относительно точки, лежащей на ее оси на уровне поверхности грунта
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

Значения действующего внешнего M и реактивных моментов приведены в табл. 2.20. Анализ данных этой таблицы показал, что неравномерное распределение реактивного давления грунта по подошве внецентренно нагруженных буробетонных фундаментов практически не оказывает сопротивления моментной нагрузке. Так, подошвой большинства опытных фундаментов внешний момент вообще не воспринимается. Незначительная часть внешнего момента — всего до 5 % передается на подошву фундаментов, имеющих е=0,25. Силами трения по подошве воспринимается также незначительная часть внешнего момента — до 6%. В то же время боковой поверхностью воспринимается до 85 % внешнего момента. Некоторое расхождение внешнего и реактивного момента можно объяснить неполным учетом сил трения по боковой поверхности фундамента, а также сложностью вычисления реактивных сил, действующих со стороны основания. Таким образом, основной реактивной силой, определяющей общее сопротивление буробетонных фундаментов внешнему моменту, является боковой отпор грунта.
При расчете таких фундаментов по теории местных упругих деформаций одним из наиболее сложных вопросов является определение характера и изменения горизонтального коэффициента постели по высоте фундамента в зависимости от внешних нагрузок и его горизонтальных смещений. Для выявления влияния различных факторов на изменение коэффициента постели на основании результатов испытаний буробетонных фундаментов были вычислены горизонтальные коэффициенты постели на уровнях установки преобразователей давлений.
Опыты показали, что увеличение коэффициента постели по высоте боковой поверхности верхней цилиндрической части фундамента происходит на участке, составляющем примерно 2/3 ее высоты. При этом наиболее интенсивно коэффициент постели увеличивается в первой половине этого участка. Далее увеличение коэффициента постели как бы затухает, более того, на самых нижних участках, расположенных вблизи уширения, происходит некоторое уменьшение коэффициента постели, связанное с образованием зазора между уширением и грунтом основания в процессе осадки фундамента.
Экспериментальные исследования работы буробетонных фундаментов во взаимодействии с грунтом

По высоте боковой поверхности пяты у всех опытных фундаментов, наоборот, вблизи уширения наблюдается существенное увеличение горизонтального коэффициента постели. Это объясняется значительным действующим давлением грунта на этом участке и небольшим его горизонтальным смещением. Давление грунта по боковой поверхности пяты, не соответствующее росту ее горизонтальных смещений, в наибольшей степени отражается на работе центрально нагруженных буробетонных фундаментов, у которых горизонтальные смещения практически отсутствуют. Как видно из рис. 2.31, по боковой поверхности пяты центрально нагруженных фундаментов возникает значительное давление грунта. Подобное явление может быть объяснено тем, что под воздействием опорного уширения пята обжимается грунтом основания. Следовательно, на изменение горизонтального коэффициента постели как для нижних участков верхней цилиндрической части, так и для верхних участков пяты влияет опорное уширение.
С увеличением внешней нагрузки коэффициент постели значительно уменьшается по всей высоте фундамента, однако характер его изменения по высоте не меняется. Уменьшение коэффициента сz вызвано ростом горизонтальных смещений фундамента Это хорошо видно из зависимости изменения коэффициента постели для двух сечений опытных фундаментов (по одному сечению верхней цилиндрической части и пяты) от их горизонтальных смещении. Коэффициент cz первоначально с ростом горизонтальных смещений до Δ∂=5/10 мм интенсивно убывает, а далее с увеличением Δ∂ интенсивность его изменения значительно уменьшается.
Следует также отметить, что из последней зависимости можно оценить деформационные свойства грунтов опытных площадок. Так, при одинаковых горизонтальных смещениях Δ∂ значения cz для фундаментов площадки № 1 значительно выше, чем для фундаментов площадки № 2 При этом значения C2 для фундаментов площадки № 1 примерно одинаковы, что указывает на однородность грунтов этой площадки. Однородность грунтов характерна и для нижнего слоя грунта площадки № 2, в то время как для верхнего слоя этой площадки наблюдается некоторая их неоднородность. На это указывает неравномерность распределения коэффициента cz. При этом повышению значения сz, соответствует повышение и центра вращения этих фундаментов.
Таким образом, результаты испытания внецентренно нагруженных буробетонных фундаментов подтверждают сложный характер зависимости горизонтального коэффициента постели от ряда факторов, к числу которых следует отнести и влияние уширения. Влияние эксцентриситета на изменение коэффициента постели не обнаружено.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent