Распределение контактных напряжений по подошве фундамента » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Распределение контактных напряжений по подошве фундамента

07.07.2021

Распределение контактных напряжений по подошве фундамента зависит от условий, в которых находится грунт по контуру фундамента. Песок в случае отсутствия пригрузки вокруг фундамента, т. е. при отсутствии его заглубления, не будет обладать каким-либо сопротивлением сдвигу в граничной с фундаментом зоне по причинам, указанным в п. 9.3. Следовательно, песок там будет легко отдавливаться из-под фундамента в сторону, уменьшая по краю фундамента реактивное давление на его подошву. При этом исходя из условия обеспечения равновесия интенсивность реактивного давления под центром подошвы будет неизбежно увеличиваться до значений, более высоких, чем среднее удельное давление р=Р/А по подошве фундамента. При испытании, иллюстрируемом рис. 9.6, датчики давления устанавливались также по подошве фундамента. Была замерена под центром штампа величина реактивного давления, которая оказалась равной 230% от Р/А. Было обнаружено, как это показано на рис. 9.9, что степень увеличения этого давления зависит от размера фундамента. Длина контура фундамента линейно увеличивается с увеличением его диаметра или размера стороны его подошвы. Следовательно, разумно предположить, что влияние граничных условий на распределение давления по подошве фундамента будет уменьшаться с увеличением его размеров, так как величина этого давления зависит от площади подошвы, т. е. от величины диаметра во второй степени или размеров сторон подошвы. Возможно даже, что для весьма больших фундаментов или для сооружения в делом, возведенных на песке, граничный эффект будет проявляться только в пределах незначительных по величине краевых зон фундамента. В этом случае распределение контактных напряжений по подошве фундамента будет отвечать рис. 9.10, а. Вместе с тем осадка и прогиб сооружения с малой жесткостью будут иметь тенденцию приобрести характер, показанный на рис. 9.10, б.

Изгиб равномерно нагруженного гибкого фундамента в зависимости от природы реакции грунта может в определенных условиях приобрести обратный характер, как это показано на рис. 9.11. Изгиб по рис. 9.11, а обычно характерен для песка, но только в случае весьма малых фундаментов, когда влияние податливости песчаных частиц на поверхности песчаной толщи у края подошвы уравновешивается возрастанием давления под центром фундамента в более глубоких горизонтах толщи (см. рис. 9.7). Прогиб по рис. 9.11,б часто отвечает сооружениям, возведенным на глинистых грунтах. Такое положение является естественным результатом закона распределения контактных напряжений по рис. 9.11,б. Этот характер распределения контактных напряжений соответствует строгому решению Буссинеска и может быть объяснен следующим образом. В прочном связном грунте материал, находящийся непосредственно за краем подошвы фундамента, способен в силу наличия в нем сцепления воспринимать до некоторой степени воздействующие здесь на него касательные напряжения даже на поверхности толщи безотносительно к пригрузке вокруг фундамента. В этом отношении глинистые грунты сильно отличаются от рыхлых песков, лишенных сцепления. Благодаря этому в глинистых грунтах часть нагрузки, воспринимаемая фундаментом, передается на грунт в его краевых зонах. Таким образом, глинистый грунт по внешнему контуру фундамента будет оказывать большее сопротивление нагрузке от фундамента, чем находящийся под его центром. В результате, как это показано на рис. 9.11,б, происходит концентрация контактных напряжений у контура фундамента. Эта концентрация носит локальный характер; ниже поверхности контакта подошвы фундамента с грунтом распределение вертикальных напряжений по горизонтальной плоскости соответствует изображенному на рис. 9.7. Следует заметить, что больший прогиб центра гибкого равномерно нагруженного фундамента на глинистом грунте находится в соответствии как с эпюрой реактивных давлений, показанной на рис. 9.11, б, так и с эпюрой вертикальных напряжений, приведенной на рис. 9.7, если считать, что большая часть осадки поверхности грунтовой толщи представляет собой сумму осадок за счет деформации сжатия по вертикали всех подстилающих фундамент слоев грунта.

Весьма важные по своим результатам испытания по определению контактных напряжений были выполнены Оскаром Фабером в Лондоне. Специальный штамп, который был использован для экспериментов, показан на рис. 9.12. Он состоял из двух стальных дисков толщиной 3/4'' и диаметром 12". Нижний диск находился в непосредственном контакте с грунтом. Он был образован из шести концентричных колец, размер которых был подобран таким образом, что площади каждого из них были равны. Верхний диск представлял собой сплошную плиту. К его центру прикладывалась нагрузка. Каждое из шести колец нижнего диска было связано с верхним диском с помощью трех стальных стержней, по которым производилось измерение деформации. Деформация стержня под нагрузкой на штамп, умноженная на модуль Юнга для стали и поперечное сечение стержня, давала величину нагрузки, воспринимаемой стержнем. Сумма нагрузок, которые воспринимаются тремя стержнями, удерживаемыми кольцом, поделенная на его площадь, давала удельное давление на кольцо. Так были получены эпюры, показанные на рис. 9.13—9.15.

Как видно из рис. 9.13, удельное давление под центром диска было приблизительно в 2,5 раза больше среднего удельного давления P=P/A для всего штампа. Фактически оно изменялось в пределах от 2,3р до 2,7р, за исключением первого нагружения, которое создало весьма малое удельное давление на грунт. В этом случае реактивное давление под центром составило только 1,8р. Таким образом, эти результаты весьма хорошо согласуются с результатами испытаний в Фрейберге, где реактивное давление под центром штампа сопоставимого размера (34 см) было равно 2,5р (см. рис. 9.9).

Как показано на рис. 9.14, пригрузка в краевой зоне штампа в опытах Оскара Фабера привела к увеличению здесь сопротивления песка сдвигу. Это было особенно заметно при высоких величинах удельного давления, когда контактное напряжение под центром подошвы понизилось приблизительно до 1,6p. Приложенная пригрузка была равна 1,46 т/фут2. Эта пригрузка эквивалентна весу покрывающего слоя грунта в 24 фута с объемным весом 120 фунт/фут3. Разумно предположить, что при более значительном давлении пригрузки у песка будет еще в меньшей степени проявляться тенденция к сдвигу у контура подошвы, а это приведет к тому, что реактивные давления в подошве фундамента будут еще более близкими к равномерному распределению.

Особый интерес представляет испытание, проведенное с использованием плотной лондонской глины, результаты которого показаны на рис. 9.15. Эпюра контактных напряжений в этом случае имела форму, которая соответствует теоретическому решению Буссинеска для однородного упругого тела с наибольшими величинами контактных напряжений под краем подошвы фундамента. Это обстоятельство служит еще одним косвенным доказательством того, что уравнения Буссинеска могут быть использованы для глинистых грунтов и дают применительно к ним результаты с удовлетворительной точностью. Приложение пригрузки на грунт в краевой зоне в этих опытах не вызывало какого-либо заметного расхождения в форме эпюры реактивных давлений по отношению к изображенной на рис. 9.15, когда штамп был установлен на поверхности глинистого грунта. Этот результат также находится в соответствии с теорией, так как сопротивление глин сдвигу зависит только от ее сцепления.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: