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.
Больше работ по теме:
Предмет: Строительство
Тип работы: Курсовая работа (т)
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ