Расчет и конструирование фундамента под опоры моста

 

1. Нагрузки, передаваемые на основание


На основание фундамента передаются постоянные (вес конструкций) и временные (подвижная, тормозная, ветровая и прочие) нагрузки.

Все нагрузки, действующие на сооружение, как правило, объединяются в комбинации или сочетания. Различают основные, дополнительные и особые сочетания.

Основные сочетания включают одну или несколько следующих нагрузок: постоянные, вертикальные поездные нагрузки, давление грунта (от воздействия поездной нагрузки) и центробежную силу для мостов на кривых.

Дополнительные сочетания наряду с одной или несколькими нагрузками основных сочетаний включают одну или несколько дополнительных нагрузок от давления ветра, навала судов, давления льда.

Особые сочетания включают сейсмическую или строительные совместно с другими нагрузками.



2. Инженерно-геологические условия строительной площадки


Инженерно-геологические условия стройплощадки, на которой возводится фундамент, имеют большое значение, так как именно они в первую очередь определяют глубину заложения фундамента, его тип и размеры.

Опора проектируется на суходоле, так как первым слоем на строительной площадке является растительный грунт. Удельный вес растительного слоя грунта кН/м.

Описание геологического разреза выполняем в порядке напластования грунтов сверху вниз, приводя все необходимые характеристики:

слой - растительный грунт;

слой - песок крупный;

слой - суглинок.

Найдем основные производные физических характеристик грунта.

Удельный вес грунта в сухом состоянии


(2.1)


где - удельный вес грунта, кН/м3.

Коэффициент пористости е (отношение общего объема пор в грунте к объему грунтовых частиц)


(2.2)


где - удельный вес частиц грунта, кН/м3;

Степень влажности (влажность, характеризующая степень заполнения пор грунта водой) вычисляется по формуле


,(2.3)


где e - коэффициент пористости;

- плотность воды, кг/м3;

w - природная влажность, %.

- плотность частиц грунта, кг/м3;

,

где - ускорение свободного падения, м/с2.

Удельный вес грунта во взвешенном состоянии:


(2.4)


где - плотность грунта во взвешенном состоянии;

- ускорение свободного падения, м/с2.


.(2.5)


Показатель текучести определим по формуле


IL=(wpwLwPwp)/IP ,(2.6)


где - влажность на границе текучести, %;

- влажность на границе раскатывания, %;

- природная влажность, %.

Число пластичности рассчитывается по формуле


(2.7)


Рассчитаем характеристики грунта для песчаного слоя.

Удельный вес грунта в сухом состоянии:


Коэффициент пористости е



По плотности сложения, определяемой коэффициентом пористости e - песок средней плотности.

Степень влажности



По степени влажности песок водонасыщенный, кПа.

Удельный вес грунта во взвешенном состоянии



Рассчитаем характеристики грунта для суглинка.

Удельный вес грунта в сухом состоянии



Коэффициент пористости е



Согласно таблице суглинок полутвердый, кПа.

Число пластичности



Показатель текучести


IL


Степень влажности


;


Удельный вес грунта во взвешенном состоянии



Вычисленные характеристики грунтов сводим в таблицу 2.1


Таблица 2.1 - Сводная таблица характеристик грунтов

ПоказателиОбозначенияНомера слоевРастительный грунтПесок крупныйСуглинокУдельный вес частиц грунта?s, кН/м3-26,527,0Удельный вес грунта?, кН/м313,419,720,0Влажностьw, доли ед.-0,230,19Граница пластичностиwP, %--18Граница текучестиwL, %--27Число пластичности, %--9Показатель текучести доли ед.--0,11Удельный вес сухого грунта?d, кН/м3-16,0216,81Коэффициент пористостие-0,650,61Удельный вес во взвешенном состоянии?sb, кН/м3-10,119,23Степень влажности доли ед.-0,960,86Модуль деформацииЕ, МПа-4022Угол внутреннего трения, град.-3824,4СцеплениеС, кПа-133,4Условное сопротивление,кПа-343311,15


3. Проектирование фундамента мелкого заложения


.1 Определение глубины заложения и высоты фундамента


Глубина заложения подошвы фундамента - это расстояние от расчетной поверхности грунта (дневной поверхности грунта на суходоле или уровня размыва в русле) до подошвы фундамента. В зависимости от климатических и геологических факторов она определяется следующим образом:

при наличии промерзания (опора на суходоле или на пойме реки)


,(3.1)


где - нормативная глубина сезонного промерзания грунта, м;



где - коэффициент для расчета глубины промерзания грунта;

- заглубление обреза фундамента ниже поверхности грунта на суходоле или горизонта меженных вод в русле; для песков крупных м;

Минимальная высота фундамента для указанных случаев может быть определена следующим образом:

при наличии промерзания


(3.2)


Если при заглублении подошвы фундамента от поверхности грунта или уровня воды превысит 7м, принимается фундамент глубокого заложения.

Поскольку опора находится на суходоле, то высота фундамента


.

м;

м.(3.2)


.2 Определение размеров фундамента


Минимальные размеры определяются размерами опоры: шириной и длиной в уровне обреза фундамента.

Размеры фундамента


;(3.3)

(3.4)


где - уступы на возможную погрешность разбивки осей, принимаемые в пределах 0,3-0,5 м.

Минимальная площадь фундамента


.(3.4)


Если при минимальных размерах в плане несущая способность основания недостаточна для восприятия передаваемого на него давления, при проектировании при проектировании фундаментов мелкого заложения делается развитие фундамента под углом не более 30°.

Максимальные размеры определяются по формулам


;(3.6)

(3.7)

где .

Максимальная площадь подошвы фундамента


.(3.8)


Вычислим размеры фундамента:

м;

м;

м2;

м;

м;

м2.


.3 Расчетное сопротивление основания


Для фундамента заданных размеров расчетное сопротивление нескального основания сжатию , кПа, определяется по формуле


,(3.9)


где - условное сопротивление грунта основания в уровне подошвы фундамента, кПа;

и - коэффициенты, определяемые по таблице; , ;

- ширина подошвы фундамента, м;

- осредненное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, определенное без учета взвешивающего действия воды, кН/м3:

Вычислим расчетное сопротивление:

кПа

3.4 Требуемая площадь подошвы фундамента


Для передачи нагрузки на основание с соблюдением требований норм подошва фундамента должна иметь площадь, рассчитываемую, в первом приближении, по формуле


(3.10)


где - расчетное значение вертикальной нагрузки из основного сочетания, Кн



где - коэффициент надежности, ;

- расчетное сопротивление основания, кПа;

- осредненное значение удельного веса бетонной кладки фундамента и грунта на его уступах, принимаемое не более 20 кН/м3;

- высота фундамента, м.

кН;

Поскольку , то принимаем конструктивно фундамент без развития развития.


.5 Конструирование фундамента


Принимаем конструктивно фундамент без развития. Фундамент высотой м.

Так как это фундамент мелкого заложения, то на подошву передаётся сила веса фундамента и расчётные силы.

Вес фундамента определяется по формуле


,(3.11)


где -площадь фундамента, м2;

- удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды, кН/м3.


,(3.12)


кН/м3.

кН.

Нагрузка на уровне подошвы фундамента


,(3.13)


Н;

Момент уровня подошвы фундамента


(3.14)


где - .

Н.

МН.

Моменты сопротивления:

;

.

м3;

м3.


.6 Проверка давлений по подошве фундамента


Давления по подошве правильно запроектированного фундамента должны удовлетворять условиям:

)в основном сочетании



)в дополнительном сочетании



где и - расчетные значения нормальной силы и момента в уровне подошвы фундамента, кНм, взятые с основного и дополнительного сочетаний;

- расчетное сопротивление грунта, соответствующее размерам и глубине заложения фундамента, кПа;

и - соответственно площадь, м2, и момент сопротивления, м3, подошвы фундамента.

Проверка ведется в двух направлениях - вдоль и поперек оси моста. В наиболее близком совпадении значений разница при проверке не должна превышать 5%.

Рассчитаем условие в основном сочетании:

Рассчитаем условие в дополнительном сочетании:

Все условия выполняются, следовательно фундамент запроектирован правильно.

подошва фундамент осадка нагрузка


4. Определение осадки фундамента


В результате сооружения моста изменяется напряженное состояние основания и, как следствие, возникают осадки фундамента.

Для нормальной работы моста предельная осадка не должна превышать предельного значения



где - расчетная осадка, определенная для данного фундамента в данных грунтовых условиях, см;

- предельная осадка сооружения, определяемая из условий нормальной эксплуатации сооружения, м.


.1 Определение расчетной осадки основания методом послойного суммирования


Расчетные осадки основания фундаментов опор мостов определяются при действии только постоянных нагрузок в силу того, что подвижная нагрузка является кратковременной. В расчете учитывается среднее давление от этих нагрузок, определяемое по формуле


,(4.1)


где - нагрузка в уровне подошвы фундамента;

- площадь подошвы фундамента.



4.2 Определение вертикальных давлений от собственного веса грунта


Вертикальное давление от собственного веса грунта - природное или бытовое давление на глубине z - в общем случае равно давлению, создаваемому столбом грунта высотой , и может быть определено по формуле


,(4.2)


где - удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды, кН/м3;

- глубина от поверхности грунта или дна водоема, в котором определяется природное давление, м.

Толщина слоя грунта разбивается на более мощные из условия


(4.3)


где - мощность вновь полученного слоя, м;

b - ширина подошвы фундамента, м.

м

При 13,4 кН/м3 принимаем м; при 10,11 кН/м3 принимаем м.

Напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента


(4.4)


Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы:

-го слоя:

Дополнительное вертикальное давление на основания от внешней нагрузки в уровне подошвы фундамента


(4.5)


где P - среднее давление под подошвой фундамента;

- вертикальное напряжение от свободного веса грунта в уровне подошвы фундамента.

Удельный вес грунта ниже уровня грунтовых вод, но выше водоупора определяется с учетом взвешивающего действия воды



3

Дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента обозначается .

Дополнительные вертикальные напряжения в точках, расположенных на вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, на глубине z определяется по формуле


(4.6)


где ? - коэффициент, принимаемый в зависимости от соотношения сторон подошвы прямоугольного фундамента ? = l:b и относительности глубины, равной ? = 2z/b;

z - расстояние от подошвы фундамента до точки на осевой вертикали, в которой определяется напряжение.

Методом интерполяции находим



Результаты вычислений вертикальных напряжений от собственного веса грунта и дополнительных напряжений сводим в таблицу.


Таблица 4.1 - Расчеты напряжений в основании фундамента

Номер слояРасстояние z, м? = 2z/b ? = z/b? при 0,200,00,01,000037,34185,477,4711,251,250,73151,34135,5810,2721,42,650,40065,3474,1913,0731,44,050,23679,3443,7715,8741,45,450,15593,3428,7518,6751,46,850,104107,3419,2921,4761,48,250,076121,3414,1024,2771,49,650,061135,3411,3127,0781,110,750,046146,348,5329,27

Деформация сжимаемой толщи грунта определим по формуле


(4.7)


где - среднее давление в пределах i-го слоя грунта, кПа;

- мощность i-го слоя грунта, м;

- модуль деформации i-го слоя грунта, МПа;

n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Предельная деформация основания фундаментов опор мостов определяется конструктивными особенностями моста. Для балочных разрезных мостов она рассчитывается по формуле


(4.8)


где - расчетная длина наименьшего пролетного строения, примыкающего к опоре, м.

м.

.

Условие выполняется, следовательно, фундамент запроектирован правильно.


1. Нагрузки, передаваемые на основание На основание фундамента передаются постоянные (вес конструкций) и временные (подвижная, тормозная, ветровая и проч

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ