|
Реферат: Расчет фундамента (Строительство)
Курсовая работа
по дисциплине
«Основания и фундаменты»
Выполнил:
Проверил:
Балашиха 2005
Оглавление.
1. Введение 3
1. Вычисление физико-механических характеристик грунтов 4
2. Заключение по данным геологического разреза площадки строительства и
выбор возможных вариантов фундаментов 5
3. Сбор нагрузок, действующих на фундамент мелкого заложения 5
4. Расчет фундамента мелкого заложения по предельным состояниям 7
4.1. Расчет и конструирование фундамента мелкого заложения по первой
группе предельных состояний 7
4.2. Расчет фундамента мелкого заложения по второй группе предельных
состояний (по деформациям) и проверка несущей способностиподстилающего
слоя грунта 11
5. Расчет фундамента из забивных свай трения по предельным состояниям
14
5.1. Расчет и конструирование фундамента из забивных свай трения по
первой группе предельных состояний 14
5.2. Расчет фундамента из забивных свай трения по второй
группепредельных состояний (по деформациям) 17
Заключение 20
Литература 21
1. ВВЕДЕНИЕ
Инженерное сооружение состоит из надземной части и фундамента,
расположенного ниже уровня воды в реке или поверхности земли. Основное
назначение фундамента - передать массиву грунта, называемому основанием,
давление от собственного веса сооружения и действующих на него нагрузок.
Фундаменты и их основания - ответственные элементы сооружения, от
качества и надежности которых в значительной степени зависит долговечность
и безопасность его эксплуатации.
Фундаменты мостовых опор возводят в сложных гидрогеологических
условиях, что обуславливает применение конструкций и способов устройства,
как правило, во многом отличающихся от фундаментов промышленных зданий.
Задачи повышения экономической эффективности транспортного
строительства должны решаться в неразрывной связи с повышением качества и
надежности фундаментов строящихся объектов.
Для проектирования фундаментов необходимо знать условия прочности и
устойчивости грунтов, на которые они опираются.
В рамках курсового проекта изучаются вопросы расчета, проектирования и
сооружения фундаментов мостов с целью обеспечения их требуемой надежности и
долговечности при минимальных затратах материалов, труда и средств.
Для того чтобы для проектируемой опоры моста найти наиболее
целесообразное и обоснованное решение фундамента, необходимо комплексное
рассмотрение вопросов геологии строительной площадки, поведения грунта при
нагрузке и способов производства работ по его возведению. В этой связи
необходимо применять вариантное проектирование и на основе анализа
различных вариантов принимать наиболее экономически целесообразное и
конструктивно обоснованное решение фундамента под опору моста.
При выполнении курсового проекта рассматриваются 2 варианта
фундаментов. Расчет обязательных вариантов фундаментов производится по двум
группам предельных состояний - по несущей способности и по деформациям.
1. ВЫчИСЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИчЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ
Вариант № 21, геологический разрез № 1
|..........|_____ - 2.000 Песок мелкий | |
|.……... |( | |
|__________|_____ - 4.000 Суглинок |Отметка уровня |
|_ |( |грунтовых вод |
|==========|_____ - 3.000 Песок средней крупности | |
| |( | |
|==========|_____ - 10.000 Глина | |
| |( | |
Физико-механические характеристики грунтов, полученные по результатам
испытания образцов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Физико-механические характеристики грунтов,
полученные в лабораторных условиях
|Номер варианта |21 |
|Наименование и толщина слоя грунта |1-й слой - |2-й |3-й слой –|
| |песок мелкий |слой - |песок |
| |h = 2,0м |суглино|средней |
| | |к |крупности |
| | |h = 4,0|h =3,м |
| | |м | |
|Плотность твердых частиц грунта (s, |2,67 |2,75 |2,72 |
|т/м3 | | | |
|Плотность грунта (, т/м3 |1,76 |1,92 |1,89 |
|Природная весовая влажность грунта W, |0,25 |0,2973 |0,21 |
|д.е. | | | |
|Влажность грунта на границе текучести |- |0,380 |- |
|WL, д.е. | | | |
|Влажность грунта на границе |0,177 |0,260 |0,241 |
|пластичности WP, д.е. | | | |
|Коэффициент бокового расширения грунта|0,25 |0,20 |0,23 |
|( | | | |
|Коэффициент сжимаемости грунта mo, |0,053 |0,107 |0,078 |
|1/МПа | | | |
По варианту № 21 рассчитаны физико-механические характеристики грунтов
приведены в табл. 2.
Таблица 2
Физико-механические характеристики грунта, полученные расчетом
|Номер слоя грунта |1 |2 |3 |
|Наименование грунта |песок |суглинок |Песок |
| |мелкий | |средней |
| | | |крупности |
|Удельный вес грунта (, кН/м3 |19,4 |18,816 |19,9 |
|Удельный вес твердых частиц грунта (s, |26,4 |26,950 |26,4 |
|кН/м3 | | | |
|Число пластичности грунта IP, д.е. |0,003 |0,120 |0,235 |
|Показатель текучести грунта IL, д.е. |0,4 |0,3108 |0,2655 |
|Коэффициент пористости грунта e, д.е. |0,7919 |0,8581 |0,8759 |
|Степень влажности грунта Sr, д.е. |0,6109 |0,9528 |0,9423 |
2. Заключение по данным геологического разреза площадки строительства и
выбор возможных вариантов фундаментов
1-й слой грунта - песок мелкий, толщина слоя - 2 м. По степени
влажности песок средней крупности относится к влажным грунтам, по модулю
деформации - к малосжимаемым грунтам.
2-й слой грунта - суглинок, толщина слоя - 4,0 м. По степени влажности
суглинок относится к насыщенным водой грунтам, по показателю текучести
находится в тугопластичном состоянии, по модулю деформации относится к
среднесжимаемым грунтам.
3-й слой грунта – песок средней крупности, толщина слоя – 3 м. По
степени влажности песок относится к влажным грунтам, по показателю
текучести находится в тугопластичном состоянии, по модулю деформации
относится к малосжимаемым грунтам.
Природный рельеф площадки спокойный, с выдержанным залеганием пластов
грунта. Все грунты могут служить естественным основанием. На отм. – 3 м.
расположены подземные воды.
В качестве возможных вариантов фундаментов могут быть рассмотрены:
фундамент мелкого заложения, свайный фундамент на забивных призматических
сваях.
Подошву фундамента мелкого заложения следует расположить в песке
средней крупности, свайные фундаменты запроектировать следующим образом:
принять конструкцию свайного фундамента с низким ростверком, расположенном
в песке средней крупности, сваи заглубить не менее чем на 1 м в глину, так
как физико-механические характеристики глины лучше, чем у суглинка.
3. Сбор нагрузок, действующих на фундамент мелкого заложения
Составим таблицу с нагрузками действующие на фундаменты мелкого
заложения:
Таблица 3
| | | |опора| | | | |
|df =4,0 | | | | | | |hст,3 = 1,2|
|м | | | | | | |м |
| | | |3-я ступень | | | | |
| | | | | | | |hст,2 = 1,2|
| | | | | | | |м. |
| | | |2-я | | | | |
| | | |ступень | | | | |
| | | |b2 = 5,3 м| |
| | | |b1 = 6,7 м| |
Рис. 2. Размеры фундамента мелкого заложения.
Назначаем три ступени hст,1 =1,3 м, hст,2 = hст,3 = 1,2 м. Ширину
нижней ступени определяем по формуле: bст,1 = hст,1(tg( = 1,3 м(tg27о =
0,66 м. С учетом кратности размеров ступени 100 мм примем bст, 1 = 0,7 м.
Ширину средней и верхней ступеней также определяем по формуле:
bст,1 = bст,2 = hст,2(tg( = 1,2 м(tg27о = 0,61
м.
С учетом кратности размеров ступеней 100 мм примем bст,2 = bст,3 = 0,7
м.
Итак все ступени по ширине одинаковы: bст,1 = bст,2 = bст,3 = bст =
0,7 м. Высота ступеней различна: hст,1 =1,3 м, hст,2 = hст,3 = 1,2 м.
Тогда размеры фундамента будут следующие:
l3 = lоп + 2(bст = 12 м + 2(0,7 м = 13,4 м, b3 = bоп + 2(bст = 2,5 м +
2(0,7 м = 3,9 м; l2 = l3 + 2(bст = 13,4 м + 2(0,7 м = 14,8 м, b2 = b3 +
2(bст = 3,9 м + 2(0,7 м = 5,3 м; lп=l2+2(bст = 14,8 м+2(0,7 м = 16,2 м,
bп=b2+2(bст = 5,3 м+2(0,7 м = 6,7 м.
Тогда
Аф = lп(bп = 16,2 м(6,7 м = 108,54 м2,
что больше требуемой по расчету (рис. 2).
Определяем объем фундамента по формуле:
Vф = bп(lп(hст,1 + (bп - 2(bст,1)((lп - 2(bст,1)(hст,2 + (bп - 2(bст,1 -
2(bст,2)((lп - 2(bст,1 - 2(bст,2)(hст,3 = 6,7 м(16,2 м(1,3 м + (6,7 м -
2(0,7 м)((16,2 м - 2(0,7 м)(1,2 м + (6,7 м - 2(0,7 м - 2(0,7 м)((16,2 м -
2(0,7 м - 2(0,7 м)(1,2 м = 297,942 м3.
Вес фундамента:
Nф,II = Vф((б = 297,942 м3(24 кН/м3 = 7150,61 кН.
Nф,I = (f(Nф,II = 1,2(7150,61 кН = 8580,73 кН.
Определяем объем грунта, при этом ввиду малости последнего члена в
расчете им пренебрегаем.
Vгр = bп (lп(df - Vф = 6,7 м(16,2 м(4 м - 297,942 м3 = 136,218 м3.
Вес грунта:
Nгр,II = Vгр(( = 136,218 м3(17,248 кН/м3 = 2349,49 кН.
Nгр,I = (f(Nгр,II = 1,2(2349,49 кН = 2819,4 кН.
С учетом найденного фактического веса фундамента и грунта, лежащего на
его уступах, определяем среднее давление по подошве фундамента P, кПа, по
формуле:
P = ((No,I + Nф,I + Nгр,I)/Aф ( R/(n
P = ((No,I + Nф,I + Nгр,I)/Aф = (37103,28 кН + 8580,73 кН + 2819,4
кН)/(16,2 м(6,7 м) = 446,9 кПа
446,9 кПа < 479,3 кПа - условие выполняется.
С учетом найденной глубины заложения фундамента, размеров его подошвы,
веса фундамента и грунта, лежащего на его уступах, приведем изгибающие
моменты, действующие вдоль и поперек моста относительно подошвы фундамента.
Изгибающий момент относительно плоскости подошвы фундамента мелкого
заложения, действующий вдоль моста.
Mo,II = 6((P1 - P2)(c1 + T1((H + h1 + h2 + df) = 6((1700 кН - 1550 кН)(0,5
м + 270 кН((14,5 + 0,6 + 0,4 + 4,0) м = (450 + 5265) кН = 5715 кН(м.
Mo,I = (f(Mo,II = 1,2(5715 кН(м = 6858 кН(м.
Изгибающий момент относительно плоскости подошвы фундамента мелкого
заложения, действующий поперек моста.
Mo,II = T2((H + h1 + h2 + h3 + df) + T3(df = 230 кН((14,5 + 0,6 + 0,4 +
3,2 + 4,0) м = 9021 кН(м; Mo,I = (f(Mo,II = 1,2(9021 кН(м = 10825,2
кН(м.
Остальные нагрузки не изменяются и собраны ранее.
Производим расчет внецентренно-нагруженного фундамента с учетом
действия моментов, направленных вдоль и поперек моста.
| | | | |y | | |
| | | | | | | |
|bп =3,0| | | | | |x |
|м | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
lп =4,0 м
Рис. 3. Размеры подошвы фундамента мелкого заложения
Wx = bп2(lп/6 = 50,203 м3, Wy = bп(lп2/6 = 190,058 м3.
Согласно формуле
p = ((No,I + Nф,I + Nгр,I)/Aф ( Mx/Wx ( My/Wy ( (c(R/(n,
где (c = 1,2; R = 700,22 кПа; (n =1,4; запишем:
p = ((No,I + Nф,I + Nгр,I)/Aф ( Mx/Wx ( My/Wy = (37103,28 кН + 8580,73 кН
+ 2819,4 кН)/16,2 м(6,7 м ( 6858 кН(м/121,203 м3 ( 10825,2 кН(м/293,058
м3 = 446,9 кПа ( 56,58 кПа ( 36,94 кПа
pmax = 540,42 кПа, pmin = 353,38 кПа, pcр = 446,9 кПа.
pmax = 540,42 кПа < (c(R/(n = 1,2(671,07 кПа/1,4 = 575,20 кПа, pmin =
353,38 кПа>0, pcр = 446,9 кПа < 479,3 кПа, pmin/pmax = 0,6539 > 0,25 -
условия выполняются.
Производим проверку фундамента мелкого заложения на сдвиг по подошве по
формуле:
Qr ( (m/(n)(Qz,
а) в стадии эксплуатации:
Qr = (f((T2 + T3) = 1,2((950 кН + 230 кН) = 1416 кН, m = 0,9, (n = 1,1.
Qz = ((((No,I + Nф,I + Nгр,I) = 0,4((37103,28 кН +
8580,73 кН + 2819,4 кН) = 19401,4 кН.
1416 кН < (0,9/1,1)( 19401,4 кН = 15873,8 кН - условие выполняется.
б) в стадии строительства
Qr = (f(T3 = 1,2(950 кН = 1140 кН, m = 0,9, (n = 1.
Qz = (((Nоп,I + Nф,I + Nгр,I) = 0,4((13703,3 кН +
8580,73 кН + 2819,4 кН) = 10041,4 кН.
1140 кН < 0,9(10041,4 кН = 9037,3 кН - условие выполняется.
Произведем расчет фундамента мелкого заложения на опрокидывание
относительно оси x, так как относительно нее фундамент имеет меньший размер
подошвы bп = 6,7 м. Расчет производим по формуле:
Mu ( (m/(n)(Mz, Mz = ((No,I + Nф,I + Nгр,I)(bп/2 = 48503,41 кН(6,7 м/2 =
162486,4 кН(м; Mu = Mx = 6858 кН(м, m = 0,8, (n =1,1; 6858 кН(м [pic]- то в результате усиления на опоре образуется пластический
шарнир, который вызывает пластические перераспределения усилий в эпюре
«Мр». Снижение опорного момента в результате образования пластического
шарнира составляет:
[pic]
Пластическое перераспределение эпюры «Мр» эквивалентно прибавлению к
ней треугольной эпюры с ординатой в вершине [pic]. Ордината эпюры на
расстоянии 0.425l2 составляет:
[pic]
Ордината эпюры «Мр» в пролете в результате пластического
перераспределения составит:
[pic]
Расчет подпирающей опоры
Характеристики опоры:
- ж/б колонна 200х200, В15
- RB=8,5 Мпа; RSC=365 Мпа; AS,TOT=4,52 см2
- L0=0,7 м; H=0,7*3,6=2,52 м;
- L0/H=2,52/0,2=12,6м
[pic] [pic]
По отношению L0/H и N1/N по таблице 26,27 стр. 140 определяем
значение коэффициентов [pic]
Вычисляем прочность ригеля после усиления его подведением опоры:
[pic]
[pic] >0,5 [pic]
определение усилия, которое способна выдержать колонна:
[pic]
Проверка условия N=94,5 кН < N=416,35кН – несущая способность обеспечена.
2.3 Усиление ригеля междуэтажного перекрытия с помощью предварительно-
напряженных затяжек
1 Определение приведенной площади армирования
В качестве предварительно-напряженных затяжек применим
стержневую арматуру 2[pic]18АIV.
Приводим фактическую площадь сечения к площади рабочей арматуры балки
класса АIII
[pic], где
RS(AIV) – расчетное сопротивление арматуры класса AIV;
RS(AIII) – расчетное сопротивление арматуры класса AIII;
Az – площадь арматуры, применяемой в качестве затяжек.
[pic]
Рисунок 8 – Сечение элемента: а) до усиления, б) после усиления
2 Вычисление приведенной высоты сечения
[pic], где
AS – площадь продольной арматуры ригеля;
Azn – приведенная площадь продольной арматуры с учетом затяжек;
h0 – рабочая высота сечения;
hoz – приведенная высота сечения с учетом введения в конструкцию ригеля
затяжек;
[pic] - коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки;
b – ширина расчетного сечения.
Определение высоты сжатой зоны бетона, усиленная затяжками
[pic], где
RS – расчетное сопротивление продольной арматуры растяжению;
AS – площадь продольной арматуры в ригеле;
Azn – приведенная площадь продольной арматуры с учетом затяжек;
Rb – расчетное сопротивление бетона на сжатие;
[pic] - коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки;
b – ширина расчетного сечения.
[pic][pic], условие выполняется
6 Определение момента способного выдержать сечением
[pic];
т.к. [pic]>[pic]- то значит, действующая нагрузка будет воспринята
конструкцией и положение затяжек оставляем без изменений
7 Определение усилия необходимого для предварительного натяжения
затяжек
Данное усилие определяется исходя из следующего отношения:
[pic]
По таблице определяем необходимую величину предварительного напряжения
затяжек:
[pic]
Тогда усилие необходимое для натяжения затяжек будет:
[pic], где
[pic]- нормативное сопротивление арматуры растяжению по таблице 19*
СНиП 2.0301-84.
Список литературы:
1. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции/Госстрой СССР. -
М.:ЦИТП Госстроя СССР,1989. - 80с.
2. Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций: Учебное
пособие для техникумов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1989.
3. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции: Общий курс.
Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. - М.: Стройиздат,1985.
4. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из
тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП
2.03.01-86). – М.: ЦИТП, 1989.
-----------------------
[pic]
[pic]
| |
