Допустимая величина осадки сооружения в зависимости от его типа » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Допустимая величина осадки сооружения в зависимости от его типа

07.07.2021

Для иллюстрации рассматриваемого положения обратимся к нескольким примерам. «Падающая» башня в Пизе (рис. 13.6, а) стала отклоняться от вертикали с самого начала строительства; в ее основании — перемежающиеся пласты песка и глины. Среднее давление на грунт в подошве фундамента 5 т/фут2. При сильном ветре давление у края возрастает до 10 т/фут2. Высота башни 150 футов. Ранний наклон башни явился для строителей сигналом назревавшей аварии. Было предпринято тщательно проведенное усиление кирпичной кладки башни. Благодаря этому башня длительное время выдерживала нагрузку, вызванную ее отклонением от вертикали на 14,7 фута, т. е. на 9,7% ее высоты. Другое положение создалось в Венеции, где в 1902 г. разрушилась старинная кампанила. Момент ее разрушения зафиксирован на рис. 13.6,б. Фундамент башни базировался на часто расположенных деревянных сваях, забитых до толщи, сложенной перемежающимися прослоями песка и глины. Среднее давление на грунт в подошве фундамента составляло 6,4 т/фут2, у края фундамента при ветровой нагрузке 62,5 фунт/фут2 — 8,6 т/фут2. Башня отклонилась от вертикали на 2,6 фута, или на 0,8%. Это не представляло опасности для башни до тех пор, пока внесение некоторых конструктивных изменений не ослабило сооружение и не вызвало его неожиданного разрушения. Ныне стоящая здесь башня была возведена с сохранением архитектурных форм прежней, но уже на значительно более развитом фундаменте.
Допустимая величина осадки сооружения в зависимости от его типа

Большинство сооружений обладает некоторой гибкостью. Ранее было показано, что поверхность грунта, на которую воздействует равномерно распределенная нагрузка, будет стремиться осесть больше в центре, чем по краям. Совершенно гибкое сооружение может приспособиться к такой вогнутой поверхности грунта. С другой стороны, совершенно жесткое сооружение будет стремиться перекрыть такое вогнутое пространство и выровнять осадку поверхности грунта в его основании путем увеличения давления на грунт под своими краями. Несовершенно жесткие сооружения (с конечной жесткостью) при недостаточной их прочности и в то же время недостаточной гибкости, чтобы приспособиться к вновь возникшему очертанию поверхности, могут оказаться перенапряженными, что и поведет к появлению в них трещин.

Ниже приводится зависимость, связывающая кривизну изогнутой балки, выражаемую через радиус ее кривизны r, с изгибающим моментом M, который на нее воздействует:

где M — изгибающий момент;

I — момент инерции балки;

E — модуль Юнга материала балки;

r — радиус кривизны.

Вывод этой зависимости можно найти в большинстве учебников по сопротивлению материалов.

При высоте d балки из однородного материала напряжение от изгиба составляет

Предполагая, что упругая линия является окружностью, радиус кривизны r для балки с пролетом L можно грубо выразить из разности yd ее осадки под центром и под краями:

Подставив выражение (13.3) в (13.2), получим

Из этих выражений (см. также рис. 13.8) становится понятным, почему теперь принято строить стальные баки по типу, изображенному на рис. 13.7, располагая их стальное днище непосредственно на поверхности грунта, которую прикрывают только тонким слоем песка и асфальта, чтобы защитить сталь от коррозии. Исследования Терцаги показали, что сооружения этого типа успешно используются там, где при тех же условиях стальные баки, установленные на железобетонной ребристой фундаментной плите толщиной 1 фут, разрушались. Плита такого типа и такой толщины недостаточно прочна для того, чтобы выровнять разность осадок yd, превышающую 2 или 3 дюйма. Как только плита окажется сломанной, положим, в точках А, В, С и D на поперечном сечении (рис. 13.8), форма днища стального бака будет приспосабливаться к изменениям поверхности бетонной плиты, т. е. к прямым линиям, соединяющим эти четыре точки. Стальное днище бака будет резко изгибаться с образованием в этих точках весьма малых радиусов кривизны r2, r3, r4 и r5, намного меньших, чем показано на схеме, которая вычерчена в искаженном масштабе. В результате стальной лист будет разорван, что вызовет истечение жидкости, заполняющей бак. С другой стороны, тонкий стальной лист днища бака при расположении его непосредственно на грунте, не подвергаясь нигде воздействию чрезмерных напряжений, может без всякой для себя опасности приспосабливаться к вогнутой поверхности грунта большими радиусами кривизны r1. Известно, что стальные баки такого типа благополучно выдерживают значительную неравномерность осадок, достигающую 1 фута. Само собой разумеется, что прочность основания сооружения на сдвиг, в особенности если оно сложено глинистыми грунтами, должна изучаться во всех случаях безотносительно к вопросу о влиянии разности осадок на само сооружение.


На рис. 13.9 изображено сооружение диаметрально противоположного типа. Пятиэтажное здание хранилища для ценной жидкости было разрезано на отдельные секции небольшого размера, которые были совершенно жесткими, так как у них все продольные и поперечные стены, а также плиты перекрытия были из железобетона и образовывали прочную монолитную конструкцию, способную воспринимать значительные вторичные напряжения. Старое здание, показанное с левой стороны схемы, было разделено на четыре таких секции, а новое, приведенное в центре схемы, — на шесть секций. Эпюра замеренных осадок здания на рис. 13.9 показывает, что ни одна из секций не подверглась изгибу и что вместе с тем все секции обоих зданий подверглись осадке с незначительным равномерным наклоном. Это указывает на то, что швы расширения (размером 1 дюйм) только частично выполняют свою функцию и что совместное действие растягивающих усилий в сплошной фундаментной плите и сжимающих усилий между соседними секциями в верхней части каждого из швов, показанных на рис. 13.9 стрелками, предотвращает любой излом в поверхности, равномерно наклоненной в результате осадки грунта, как это показано на рис. 13.8. Несколько меньшая осадка нового здания у края, примыкающего к старому, по-видимому, объясняется тем, что грунт был здесь уже отчасти уплотнен весом старого сооружения.

Разрезка новых зданий швами на небольшие весьма жесткие и прочные секции нередко применяется в районах подземных разработок, где иногда могут возникать непредвиденные, но значительные просадки (сдвижка) поверхности грунта из-за обвалов в заброшенных шахтах и штольнях, которые по окончании добычи ископаемых зачастую засыпаются только частично. Таким строительным секциям иногда даже придают всего три точки опоры.

Значительное большинство зданий в рассматриваемом смысле занимает промежуточное положение, т. е. относится к полужесткому типу.

Строгий анализ допустимой величины прогиба, который здания могут переносить без значительного повреждения, невозможен, так как для такого прогноза мы не располагаем достаточным числом количественных показателей, характеризующих прочность и упругие свойства всех стен здания из кирпичной кладки, особенно при ослаблении стен оконными и дверными проемами. При этом условии становится необходимым в наших выводах базироваться на натурных наблюдениях и измерениях.

Большинство зданий переносит общую осадку в пределах 2—3 дюймов без каких-либо повреждений. В этом случае неравномерность осадок не превосходит 1 дюйма или близкую к этому. Можно считать поэтому, что кирпичная кладка большинства зданий может без вреда для себя переносить такой прогиб. Это положение иллюстрируется рис. 13.10. Следует отметить, что линии наблюденных равных осадок здания по величине и форме отвечают закону распределения в глинистой толще в основании сооружений вертикальных сжимающих напряжений. Эти напряжения были определены расчетом исходя из предположения о совершенной гибкости сооружения. Соответствие закона их распределения и наблюденного характера осадки здания свидетельствует о том, что трехэтажное (высотой 50 футов) кирпичное здание длиной 280 футов ведет себя в рассматриваемом отношении фактически так, как будто оно почти совершенно гибкое, и что длина в его основании была в отношении ее сжимаемости достаточно однородной по простиранию. На здании нельзя было заметить никаких трещин. С течением времени и увеличением осадки здания выравнивающее осадку влияние полугибкого сооружения стало более заметным.

Другой случай показан на рис. 13.11. Здание было намного более тяжелым и высоким (90 футов), но по главному фасаду короче (185 футов). Общая осадка здания была также более значительной и из-за большей мощности сжимаемого слоя глины в его основании, а также из-за особенностей фундамента здания превышала 12 дюймов. Нивелирование парапета указало на разность осадки центра здания по фасаду относительно его краев в 2 дюйма. Следует отметить, что кирпичная стена высотой 35 футов между парапетом и колоннами фасада прогнулась без образования каких-либо трещин. Такое положение возникло за счет непрерывной железобетонной обвязки над колоннами, сопротивлявшейся растягивающим напряжениям в верхней части стены, работавшей в данном случае как балка высотой 35 футов. Однако ниже колонн на стене высотой 13 футов возникли, как это и показано на рисунке, трещины. Это может быть связано с наличием по железобетонной насадке свайного фундамента скользкого гидроизоляционного слоя. При деформации здания насадка осталась неповрежденной, и трещины (как, например, отмеченная на рис. 13.11 кружочком) начинались в кирпичной кладке у самого гидроизоляционного слоя, где они были наиболее широкими, сужаясь кверху. Во избежание такого явления и для лучшей связи кирпичной стены с расположенной под ней насадкой этот слой должен укладываться по уступам.

Другие аналогичные наблюдения показывают, что опасность появления трещин в кирпичных зданиях, характер основания которых заставлял ожидать их осадки, может быть сведена до минимума при закладке в стенах по всему контуру здания непосредственно над оконными проемами и под ними непрерывных железобетонных поясов с высотой, соответствующей одному или двум рядам кирпичной кладки.

Рис. 13.12 свидетельствует о величине осадки, которую может, не подвергаясь разрушению, перенести статически определимое сооружение. Стальные фермы моста для поддержания его первоначального уровня непрерывно поднимались домкратами, тогда как кирпичный устой и подходная насыпь к мосту были надстроены, когда их основание дало осадку, достигшую 19 футов. Слой 1 был представлен илом, слой 2 — глиной, а слой 3 был сложен мелкими песками с множеством пустотелых раковин, раздавливанием которых можно объяснить значительную часть осадки сооружения. Осадка устоев была большей со стороны насыпей, так как здесь на грунт воздействовал дополнительно их вес.

Мост, показанный на рис. 13.13, можно было продолжать эксплуатировать, несмотря на то что его осадка достигла 6,5 фута при разнице осадок между опорами 5 футов. Пунктирными линиями без искажения в масштабе изображено начальное положение моста. Фундаменты моста были, вероятно, спроектированы на основе полученных удовлетворительных данных по забивке отдельных свай, что является ненадежным способом оценки их несущей способности. Забивка свай шпунтового ряда со стороны реки не снизила интенсивности непрерывно измеряемых осадок. Это обстоятельство свидетельствовало дополнительно о том, что осадка моста была первоначально вызвана уплотнением грунтов в его основании, а не их выпором в горизонтальном направлении и вверх. Прилегающая к устою моста насыпь была удалена и заменена легкой эстакадой. Это мероприятие заметно снизило интенсивность его осадки. Статически неопределимое сооружение, например двухшарнирная арка, при той неравномерности осадок, которую способна переносить без вреда для себя трехшарнирная арка, была бы неизбежно разрушена.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: