Влияние повторных нагрузок на деформирование основания
|
Промышленные здания, как правило, оснащены мостовыми или подвесными кранами. В качестве расчетной нагрузки на фундамент принимается нагрузка от двух кранов в каждом пролете, равная их полной грузоподъемности. В то же время для оценки влияния многократной повторности нагрузок на деформации основания необходимо знать не максимальные, а наиболее часто встречающиеся нагрузки. Анализ работы кранов показывает, что в большинстве случаев их грузоподъемность используется на 30—40%. Фундаменты промышленных зданий воспринимают постоянную нагрузку от собственного веса конструкций Nc и многократную повторную крановую нагрузку Nv. Соотношение между этими нагрузками определяет деформации основания. В табл. 3.27 приведены данные Харьковского Промстройниипроекта для каркасных зданий с кранами при среднем давлении по подошве фундамента 0,2 МПа.  Из таблицы следует, что для рассмотренных зданий коэффициент со находится в пределах 0,32-053. Однако, принимая во внимание недоиспользование грузоподъемности кранов, в реальных условиях этот коэффициент будет меньше. Одним из первых закономерности деформирования грунта под действием многократных повторных нагрузок исследовал H.Н. Иванов (1932 г.). Он установил, что повторные нагружения приводят к возрастанию остаточных деформаций, которые зависят от вида грунта, уровня нагрузки, представляющего собой отношение действующей нагрузки к предельной, продолжительности цикла загружения и т д. В более поздних работах показано, что при многократно повторных нагрузках деформации грунта могут быть значительно больше, чем при статическом загружении. При этом определено соотношение между остаточными и упругими деформациями, влияние циклической нагрузки с одновременным воздействием постоянных усилий, показано влияние ллительности цикла нагружения, скорости и способа приложения повторной нагрузки. Кроме того, установлено, что глинистые грунты обладают меньшей по сравнению с песками чувствительностью к повторным нагрузкам. За рубежом в последние годы проведены исследования влияния повторной нагрузки на деформации основания. Так, результаты опытов со штампом площадью 0,6 м2, проводимых на твердых глинах в шурфах глубиной 1,5—8 м, а также на дне котлована показали, что при циклической нагрузке осадка снижается. При испытаниях грунтов в одометре и приборе трехосного сжатия применительно к условиям их работы в основании дорог установлено, что зависимость перемещение — число циклов нагружения влияет на уровень осадки. При эксплуатации ряда открытых крановых эстакад, оборудованных мостовыми кранами, отмечались неравномерные осадки фундаментов. При этом нарушалась нормальная эксплуатация кранов, а в отдельных случаях крены-колони были настолько велики, что требовалась разборка сооружения. Однако многие вопросы, связанные с изучением влияния многократного приложения нагрузки, остаются малоизученными. В частности, не выяснен вопрос о влиянии внецентренной циклической нагрузки, действующей совместно с постоянной центральной нагрузкой; подлежат изучению вопросы о соотношении действующей и предельной нагрузок и др. С целью изучения некоторых из отмеченных вопросов проведены лабораторные исследования. В опытах использовали песок средней крупности. Эксперименты проводили на специальной установке, которая позволяет передавать на штамп постоянную и циклическую нагрузки. Последняя создается с помощью грузовой каретки, перемещающейся по направляющей Постоянную и циклическую нагрузки измеряли мессдозами. На основе замеренных перемещений штампа и диаграмм синхронной записи изменения нагрузки при ω=0,2, q=0, р=187 кПа и Т=12 с строили зависимости осадки штампа от постоянной рc и циклической pv нагрузок, а также зависимости упругих и остаточных деформаций основания от числа циклов нагружения (рис 3.25). Накопление остаточных деформаций основания при циклической нагрузке оценивали с помощью коэффициента влияния повторности нагружения на осадку и крен штампа, равного отношению остаточной осадки или крена в i-м цикле нагружения к остаточной осадке или крену после первого цикла нагружения (рис. 3.26): ks=spi/spi, ki=ipi/ipl.  Экспериментами установлена зависимость коэффициента влияния повторности нагружения от числа циклов нагружения N, при различной пригрузке основания статическим давлением (рис. 3.27) q. На этом рисунке указанная зависимость получена при времени цикла нагружения T, равном 15 с, и коэффициенте изменчивости нагрузки ω = рv/(Рс+Pv) = 0,2 и р=187 кПа. Из рисунка следует, что, во-первых, зависимость ks=f(N) имеет затухающий характер и, во-вторых, коэффициент ks зависит от интенсивности боковой пригрузки грунта Было изучено влияние приведенного давления на деформации грунта при действии на него циклической нагрузки. Приведенное в данном случае давление есть отношение р=р/рu (здесь р=рс+pv — суммарное давление, передаваемое на образец, а рu — предельное сопротивление грунта основания, соответствующее суммарному давлению, при котором происходит выпор грунта). На рис. 3.28 приведена зависимость ks от числа циклов нагружения при ω=0,2, T=12 с, различных значениях р и при отсутствии боковой пригрузки q. Установлено, что коэффициент kN изменяется незначительно при приведенном давлении до 0,5—0,6. При превышении этого предела значение ks возрастает и, как видно на рис. 2.60, при р=0,89 зависимость ks=f(N) имеет незатухающий характер. Опытным путем получены зависимости модуля остаточной деформации и модуля упругости грунта от числа циклов нагружения. Характерным является то, что при первых циклах нагружения модуль упругости уменьшается, а в дальнейшем остается постоянным. В противоположность этому модуль остаточной деформации с увеличением числа циклов нагружения возрастает. Taким образом, увеличение общих деформации при циклических на грузках происходит в основном за счет необратимых остаточных деформаций.  Влияние внецентренной циклической нагрузки на работу основания изучали в лаборатории в лотке размером 3x3x3 м и в полевых условиях. В первом случае применяли призматический штамп размером 30x40 см. Штамп, оборудованный по подошве и боковой поверхности мессдозами, имеет форму стакана, что позволяет передавать нагрузки на уровне подошвы. Циклическая нагрузка создавалась домкратом, при этом продолжительность цикла, включающего нагружение, выдержку и нагрузку, составляла 4—5 мин. Общее число циклов нагружения колебалось от 200 до 800 Опыты проводили на песке средней крупности, средней плотности. В полевых экспериментах использовали призматический фундамент размером 60x82 см, оборудованный мессдозами. Опытная площадка до глубины 3,5 м сложена песками, подстилаемыми суглинками. Опытные штампы загружали статической нагрузкой, при которой давление по подошве составляло pc=125 кПа. В дальнейшем на него передавали циклическую нагрузку с коэффициентом изменчивости ω=05 и периодом цикла T=300 с. Испытания проводили при относительных заглублениях подошвы фундамента (λ=d/b), равных 0; 1 и 2. После установки фундамента производили обратную засыпку грунтом с послойным уплотнением. Опыты в лотках и в полевых условиях выявили существенное влияние относительного заглубления фундамента на величину дополнительной осадки при повторных нагрузках. На рис. 3.29 показаны результаты полевых опытов при различном относительном заглублении при ω=0,5, pc=pv=125 кПа, T=300 с При этом суммарное давление от статической и повторной нагрузок составляло р=250 кПа. Как видно из рисунка, относительное заглубление не только обусловливает снижение осадки от статической нагрузки, но и существенно сказывается на осадки при повторных нагрузках.  Эксперименты в лотке показали, что на коэффициент изменчивости существенно влияет размер штампа, при этом с его увеличением указанный коэффициент снижается. В результате испытаний в лотке показано, что цикличность внецентренной нагрузки в большей мере влияет на крен фундамента, чем на его осадку. Этим обстоятельством, видимо, можно объяснить тот факт, что цикличность приложения нагрузки (в частности, от мостовых кранов) влияет на осадки открытых крановых эстакад. В рамных конструкциях развитие крена фундамента не происходит, а возникающие дополнительные усилия не могут вызвать нарушение устойчивости надземных конструкций. |
