Войти  |  Регистрация
Авторизация

Крестообразные фундаменты



Были проведены три серии опытов с квадратными (I серия) и крестообразными фундаментами (II и III серии). Первая серия включала три фундамента Ф-1 и три фундамента Ф-1-0 размером 1,6x1,6 м, площадью 2,56 м2, Фундаменты Ф-1 имели рабочую арматуру диаметром 10 мм из стали класса A-III в виде одной сетки, фундаменты Ф-1-0 — две сетки с арматурой диаметром 10 мм из стали класса А III и диаметром 5 мм из стали марки В-1.
Во второй серии использовали три крестообразных фундамента Ф-2 и три фундамента Ф-2-0 с внешним размером 1,8x1,8 м и опорной площадью 2,6 м2. Рабочая арматура фундамента Ф-2 включала две сетки со стержнями диаметром 10 мм из стали класса A-III и диаметром 5 мм из стали класса В-I. Фундаменты Ф-2-0 имели две сетки с арматурой диаметром 10 мм из стали класса A-III и диаметром 4 мм из стали класса В-I и дополнительную сетку с арматурой диаметром 5 мм из стали В-I. Наконец, в третьей серии испытывали крестообразные фундаменты Ф-3 с внешним размером 1,6x1,6 м и опорной площадью 2,07 м2. Рабочая арматура представлена двумя сетками со стержнями диаметром 10 мм из стали класса А III и диаметром 4 мм из стали класса B-I и одной сеткой с диаметром 4 мм из стали класса B I. Количество рабочей арматуры и бетона составило для фундаментов: Ф-1 — 19,13 кг и 0,64 м3; Ф-1-0 — 16,7 кг и 0,64 м3; Ф-2 — 17,6 кг и 0,72 м3; Ф-2-0 — 16,9 кг и 0,72 м3 и Ф-3 — 13 кг и 0,54 м3. Марка бетона принята М200. Все фундаменты рассчитывали на центральную нагрузку в предположении расчетного сопротивления основания 0,2 МПа, кроме фундамента Ф-3, который рассчитывали на сопротивление 0,25 МПа. Фундаменты выполнены с двумя ступенями, каждая высотой 200 мм.
Испытания проводили в экспериментальном лотке размером 8x8x8 м. Основанием опытных фундаментов служил песок средней крупности средней плотности с коэффициентом пористости 0,55—0,65. Характеристики грунтов, соответствующие конкретному испытанию, приведены в табл. 2.32.
Прочностные и деформативные характеристики бетона по данным испытаний кубов и призм приведены в табл. 2.33.
Крестообразные фундаменты
Крестообразные фундаменты

Нагрузку на фундаменты передавали ступенями с выдержкой каждой ступени 10 мин. На начальном этапе нагружения до появления первых трещин в фундаменте давление по подошве р составляло 2 кПа, а после появления трещин — 4 кПа. За разрушение принималось состояние, при котором фундамент не выдерживал приращения нагрузки. При максимальной нагрузке, достигнутой в эксперименте, наблюдалась текучесть арматуры, увеличивались осадка и ширина раскрытия трещин в фундаменте.
В процессе эксперимента контактные напряжения измеряли с помощью мессдоз, установленных под подошвой фундамента в трех сечениях — по центральной оси блока и по краям.
Исследования квадратных фундаментов ставили также задачу уточнения расчетной схемы для определения момента, используемого при расчете площади арматуры. Это вызвано тем, что в настоящее время отсутствует регламентированная нормами методика определения моментов при изгибе фундамента от реактивных давлений. Изгибающие моменты определяют в расчетных вертикальных сечениях, проходящих по грани колонны или подколонника. Расчетную площадь реактивных давлений по подошве принимают в виде прямоугольника со стороной, равной ширине фундамента, или в виде трапеции с меньшим основанием, равным ширине колонны или ширине верхней ступени фундамента; в первом случае требуемая площадь арматуры будет больше, чем во втором.
Для центрально нагруженных фундаментов расчетные моменты находят по формулам при площади:
Крестообразные фундаменты

Для наиболее часто встречающихся отношений 0,2≥bc/b≥0,07 значение M1/M2 находится в пределах 1,37—1,45. Соответственно этому изменяется расход рабочей арматуры.
Крестообразные фундаменты

На рис. 2,47 и 2.48 приведены эпюры контактных напряжений при различных нагрузках по подошве квадратного и крестообразного фундаментов, а на рис. 2.49 показано распределение контактных напряжений по подошве этих фундаментов при давлении, равном 0,4 МПа. Эксперименты показали, что для квадратных фундаментов при незначительных нагрузках эпюры имеют седловидный характер. По мере увеличения нагрузки форма эпюры изменяется и при появлении трещин приближается к параболической. В процессе разгрузки напряжения уменьшаются, при этом на всех этапах, вплоть до полного снятия нагрузки, эпюры имеют параболический вид.
Иная картина наблюдается для крестообразных фундаментов. Здесь сразу с момента загружения эпюры имеют параболический характер. После появления трещин параболический характер эпюры этих фундаментов становится еще более резко выраженным. При этом в пределах выступающей консоли крестообразных фундаментов напряжения по ширине остаются практически постоянными.
Крестообразные фундаменты

Переход от седловидной эпюры контактных напряжений к параболической в квадратных фундаментах объясняется уменьшением их жесткости при образовании трещин. Параболический характер эпюры крестообразных фундаментов определяется формой подошвы. Для этих фундаментов уменьшение жесткости при появлении трещин является второстепенным фактором, влияющим на форму эпюры.
Из зависимости осадки от давления (рис. 2.50) следует, что равновеликие по площади квадратные и крестообразные фундаменты имеют одинаковые осадки, хотя теоретически крестообразные фундаменты в этом случае должны иметь большие осадки, чем квадратные, так как внешние размеры их больше. Это обстоятельство объясняется тем, что крестообразная форма фундамента способствует уменьшению осадок. Этот вывод подтверждается испытанием крестообразного фундамента меньшей площади, чем квадратный, но имеющего аналогичные с ним внешние размеры. Так, например, при нагрузке 770 кН, что соответствует среднему давлению по подошве квадратного фундамента Ф-1, равному 0,3 МПа, а крестообразного — 0,37 МПа, осадка первого фундамента составляет 12 мм, а второго — 10 мм. Следовательно, и данные испытания подтверждают положительное влияние угловых вырезов на осадки фундаментов.
Крестообразные фундаменты

В процессе опытов измеряли прогибы фундаментов. Как и следовало ожидать, консольные участки фундаментов имеют большие прогибы, чем центральная его часть. При этом наблюдается тенденция к большим значениям прогибов в крестообразных фундаментах.
По показаниям электротензодатчиков построены эпюры распределения напряжений в арматуре фундамента. Эксперименты показали, что во всех фундаментах наблюдается уменьшение напряжений в арматуре по мере удаления от его центра. В крестообразных фундаментах это уменьшение в центральной части проявляется не столь резко, как на консольных участках. По мере увеличения нагрузки и появления трещин в плитной части фундамента наблюдается выравнивание напряжений по его ширине вследствие работы арматуры в неупругой зоне
Крестообразные фундаменты

В фундаменте Ф-1-0 обрыв арматуры в соответствии с эпюрой моментов позволил создать более равномерное распределение напряжений в нижней сетке (рис. 2.51) по сравнению с его распределением в арматуре фундамента Ф-1, несмотря на одинаковые отношения площадей арматуры в центре и на краю. Уменьшение расстояния между стержнями в центре фундамента по сравнению с расстоянием между ними по краям позволяет приблизить эпюру материала к эпюре моментов, в результате чего можно полнее использовать арматуру по ширине сечения.
В опытах отмечена некоторая концентрация напряжений в углах крестообразных фундаментов. В то же время при нагрузке, близкой к предельной, эти напряжения выравнивались и приближались к значениям напряжений по оси фундамента.
Напряжения в арматуре в начальной стадии нагружения возрастают по линейному закону и не превышают 15—20 МПа. По мере появления и развития трещин напряжения возрастают, достигая значения 400 МПа до начала разрушения фундамента (рис. 2.52).
Крестообразные фундаменты

Для квадратного фундамента Ф-1 определены расчетные значения напряжений в арматуре, а также суммарные усилия в ней при различной внешней нагрузке. Зависимости между этими расчетными и экспериментальными значениями приведены на рис. 2.53 и 2.54 При этом расчетные значения определяли в сечениях по грани опорной траверсы (сечение А—А) и по оси фундаментов (сечение Б—Б) для расчетной схемы 1 (см. рис. 2 53) и в сечениях по грани опорной траверсы (сечение А—А) для расчетной схемы 2. В первом случае грузовая расчетная площадь принималась в виде прямоугольника, во втором — в виде трапеции с меньшим основанием, равным ширине опорной траверсы. Как видно из рис. 2.53, теоретические напряжения по оси блока в случае использования схемы 1 оказываются на 40 % выше максимальных напряжений, определенных в эксперименте и соответствующих сечению, проходящему по оси фундамента.
Сравнение теоретических суммарных усилий в сечении А—А с экспериментальными значениями показывает, что схема 1 дает завышение на 8%, а схема 2 — занижение на 40%. Это говорит о том, что схема 1 имеет определенные запасы, в то же время как схема 2 не обеспечивает достаточной надежности конструкции.
В процессе испытании фиксировали момент появления трещин и замеряли ширину их раскрытия. В квадратных фундаментах первые трещины появляются вблизи их осей. Разрушение фундаментов происходит по двум перпендикулярным линиям, проходящим по осям фундаментов, В крестообразных фундаментах первые трещины образуются в углах, но ширина их раскрытия незначительна, с увеличением нагрузки ширина трещин не увеличивается. По мере увеличения нагрузки трещины появляются по осям и ширина их раскрытия увеличивается весьма интенсивно. Разрушение крестообразных фундаментов, как и квадратных, происходит по осям.
Проведенные эксперименты позволяют оценить преимущества крестообразных фундаментов. С этой целью составлена табл. 2.34, в которой приведены осредненные для каждого типа фундамента нагрузка трещинообразования Fc и предельная нагрузка Fp, а также отношение расхода металла Ga к соответствующей нагрузке.
Крестообразные фундаменты

Из таблицы видно, что замена квадратных фундаментов на эквивалентные им по площади крестообразные фундаменты не дает экономии металла. Это объясняется тем, что при увеличении вылета консоли моменты возрастают. С другой стороны, замена квадратных фундаментов крестообразными, имеющими аналогичные внешние размеры, позволяет сократить расход металла на 26 % и бетона на 15 % при одинаковой внешней нагрузке, передаваемой на фундамент.
Наряду с испытанием крестообразных фундаментов проведены исследования работы ленточных фундаментов, устраиваемых из блоков с угловыми вырезами. Схема такого опытного фундамента приведена на рис. 2.55. Следует отметить, что использовали блоки с угловыми вырезами трех типов, поэтому расстояние между консолями плит с можно было изменять. В фундаменте из блоков первого типа с—b (здесь b — ширина консоли, постоянная во всех блоках и равная ЯП см), второго типа с=1,5b и в фундаменте из блоков третьего типа c=2,5b, Кроме того, проводили испытания ленточных фундаментов такой же длины, имеющих ширину соответственно 160 и 102 см. При этом площадь последнего фундамента соответствовала опорной площади фундамента из блоков с угловыми вырезами.
Крестообразные фундаменты

В процессе испытаний измеряли контактные напряжения с помощью мессдоз, расположенных в поперечном направлении, определяли перемещения фундамента и размеры зон выпора грунта основания. Испытания, проведенные на рыхлых песках (ρd=1,42 т/м3), показали, что осадка фундамента из блоков с вырезами (при с=45 см) и ленточного фундамента при тех же давлениях практически одинакова (см. рис. 2.55).
На рис. 2.56 приведены эпюры нормальных контактных напряжении под фундаментом из блоков с угловыми вырезами (по сечению А—А на рис. 2.55). Распределение напряжений практически равномерное. Эти эпюры аналогичны по своему характеру эпюрам под сплошными фундаментами. При этом наблюдается тенденция к стабилизации контактных напряжений под консолями при нагрузке, превышающей линейную зависимость между деформациями и давлением. Таким образом, можно констатировать, что при рыхлых песках форма фундамента в плане не влияет на характер распределения контактных напряжении.
Крестообразные фундаменты

Кроме того, были проведены эксперименты на песках средней плотности при ρd=1,6 т/м3 и W=0,04. Указанная плотность песка была достигнута в результате уплотнения глубинным вибратором. При этом испытывали ленточные фундаменты шириной 160 и 102 см и фундамент шириной 160 см из блоков с угловыми вырезами (с=45 см). Из рис. 2.55 видно, что линейная зависимость между осадкой и давлением для ленточных фундаментов отмечается при давлении 0,4 МПа, а для фундамента из блоков с вырезами — при давлении 0,6 МПа. Следует отметить, что приращение осадки последнего фундамента оказывается меньшим, чем ленточного, что обусловлено распределительной способностью грунта основания. За счет этого осадка фундамента из блоков с вырезами на 10—15 % меньше, чем ленточных фундаментов.
Сопоставление эпюр контактных напряжении под фундаментами из блоков с вырезами с эпюрами под ленточным фундаментом показало следующее. При давлении по подошве, превышающем 0,4 МПа, напряжение под консольными частями фундамента практически не увеличивается, несмотря на возрастание общей нагрузки, при этом напряжения увеличиваются в средней части фундамента. Статические моменты эпюры контактных напряжений относительно продольной оси фундамента из блоков с вырезами меньше на 20—30 %, чем у ленточного фундамента. Расчетные моменты, по которым определяют количество рабочей арматуры, у блоков с вырезами меньше, чем у сплошных на 20—30 %. Следовательно, форма фундамента влияет не только на осадку, но и на контактные напряжения, а это означает, что изменяя форму, можно запроектировать фундаменты с минимальными осадками и таким характером распределения контактных напряжений, при котором расход арматуры будет наименьшим.
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