О влиянии коэффициента Пуассона грунта основания фундаментов водопропускных труб на их осадки

Выводы

Полученная формула позволяет определить зону подтопления для случая плоскопараллельной в плане фильтрации при отсутствии естественного УГВ на участке, по прошествии определенного времени, учитывая при этом фильтрационные свойства грунта (коэффициент фильтрации и недостатка насыщения).

Библиографический список

1. Гавич И.К. Гидрогеодинамика. - М.: Недра, 1988. - 349 с.

2. Прогноз подпертой фильтрации из очага подтопления в сухой грунт/ Сологаев В.И., Кравцев К.А.// Омский научный вестник.- 190 с. -Вып. 10(48) -С. 59-61

The Determination of the borders of the sunken zone when change water table for event to flat-parallel filtering.

V.I. Sologaev, K.A. Kravtsev

In article is considered methods of the determination of the length of the language sunken at fall level in the source sunken. The Got results can be used when sheduling the forecast of sunken territory, as well as at development of the complex of the protection moves.

Статья поступила 29.05

УДК 624.15:625.745.2

О ВЛИЯНИИ КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА ГРУНТА ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ НА ИХ ОСАДКИ

Н.Н. Щетинина Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

Аннотация. Показано, что осадки основания фундаментов водопропускных труб, вычисленные с учётом коэффициента Пуассона, уменьшаются по сравнению с осадками, определёнными по СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» при постоянном значении коэффициента, учитывающего боковое расширение грунта.

Ключевые слова: водопропускные трубы, основания фундаментов, осадки, расчётное сопротивление грунта основания, коэффициент Пуассона, линейно-упругая стадия, упруго-пластическая стадия.

Введение

Расчёт оснований фундаментов труб по деформациям производят исходя из условия [1]

n a  h

5 = ------L

i=i E.

где в - совместная деформация основания и фундамента трубы, м;

Яц - предельно допустимая совместная деформация основания и фундамента трубы, м.

В соответствии с приложением 2 [1] осадка основания я с использованием схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

где в - безразмерный коэффициент, учитывающий боковое расширение грунта, равный 0,8;

<г - дополнительное вертикальное нор-

2р1

мальное напряжение в /'-ом слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

h/, Е/ - соответственно толщина и модуль деформации / -го слоя грунта;

п - число слоёв, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основа-

ния принимается в соответствии со схемой, приведённой на рисунке 1.

Рис. 1 Расчётная схема распределения вертикальных напряжений от нагрузки р в основании ленточного фундамента водопропускной трубы шириной Ь под насыпью высотой h с глубиной

заложения фундамента d

Предельно допустимая совместная деформация основания и фундамента трубы в формуле (1) имеет вид [2]:

s = А + 0,25 i  L

тр ’

где А - ордината строительного подъёма по оси насыпи, м, определяется формулой

А = S - 0,25 i  Lmp ^ 0,5

Здесь: i - проектный уклон трубы, о/оо;

Lmp - длина трубы, м.

Согласно [3] строительный подъём труб, при высоте насыпи свыше 12 м, следует назначать в соответствии с расчётом ожидаемых осадок от веса грунта насыпи. Трубы под насыпями высотой 12 м и менее. следует укладывать со строительным подъёмом (по лотку), равным: 1/80 h - при фундаментах на песчаных, галечниковых и гравелистых грунтах основания; 1/50 h - при фундаментах на глинистых, суглинистых и супесчаных грунтах основания и 1/40 h - при грунтовых подушках

из песчано-гравелистой или песчано-щебёночной смеси ф - высота насыпи).

Теоретические исследования

Коэффициент р =0,8 в формуле (2) принят постоянным по глубине в пределах сжимаемой толщи и не зависит от коэффициента поперечной деформации грунта V (коэффициента Пуассона) [4] и относительной глубины т =2z/b.

Вертикальные деформации с использованием обобщённого закона Гука вычисляются по выражению [4]

s = — \а - у(а + а )] .

г E ' x y /А

Нормальные напряжения ах, ау и а2 в случае ленточного фундамента определяются по формулам

а, = Р

п

arctg —

0,5b - x

+ arctg —

0,5b + x'

+ -

b  z

\(x2 + z2 - 0,25b2 )2 + b2  z2 ]

,

z

z

* = Р

х

п

0,5Ь - х

г

0,5Ь + х

Р

Ь  г

П[(х2 + г2 - 0,25Ь2 )2 + Ь2 • г2 ] = Лах + аг)  Преобразовав (5) получим

а +

/

л

1 —

•V

<т

у

В общем случае пространственного напряжённого состояния коэффициент в будет равен:

а + а

в = 1-------х------у-

сг

V

Значения коэффициента Д вычисленные для различных значений коэффициента Пуассона V (таблица 1) и относительных глубин т =2z/b приведены в таблице 2. При V = 0 (отсутствие боковых перемещений) коэффициент в =1

Таблица 1 - Значения коэффициента поперечной деформации грунта V [5]

г

Разновидности грунта Коэффициент V

Крупнообломочные грунты 0,27

Пески и супеси 0,30 - 0,35

Суглинки 0,35 - 0,37

Глины при показатели текучести JL:

JL < 0 0,20 - 0,30

0< JL < 0,25 0,30 - 0,38

0,25< JL < 1 0,38 - 0,45

П р и м е ч а н и е - Меньшие значения V применяют при большей плотности грунта.

Таблица 2 - Значения в для гибких ленточных фундаментов при различных значениях ко-

эффициента Пуассона V

2 г т = — Ь й м £ ах коэффициент V

0,20 0,30 0,35 0,37 0,42 0,45 0,50

0 1,000 1,000 0,720 0,520 0,405 0,356 0,227 0,145 0,000

0,4 0,977 0,538 0,828 0,695 0,617 0,584 0,496 0,439 0,337

0,8 0,881 0,259 0,889 0,795 0,739 0,714 0,648 0,606 0,529

1,2 0,755 0,130 0,919 0,843 0,796 0,776 0,721 0,685 0,622

1,6 0,642 0,070 0,934 0,867 0,826 0,808 0,759 0,726 0,669

2,0 0,550 0,040 0,942 0,882 0,843 0,826 0,780 0,750 0,695

2,4 0,477 0,025 0,947 0,890 0,853 0,837 0,792 0,763 0,710

2,8 0,420 0,017 0,950 0,895 0,859 0,839 0,800 0,772 0,720

3,2 0,374 0,012 0,953 0,898 0,863 0,847 0,805 0,777 0,727

3,6 0,337 0,009 0,954 0,900 0,865 0,850 0,808 0,781 0,731

4,0 0,306 0,006 0,955 0,902 0,868 0,853 0,812 0,785 0,725

4,4 0,280 0,004 0,956 0,904 0,870 0,855 0,814 0,787 0,737

4,8 0,258 0,004 0,957 0,904 0,870 0,857 0,814 0,787 0,739

5,2 0,239 0,003 0,957 0,905 0,871 0,857 0,815 0,789 0,741

5,6 0,223 0,003 0,957 0,905 0,871 0,857 0,815 0,789 0,742

6,0 0,208 0,002 0,958 0,906 0,872 0,858 0,816 0,791 0,743

2 г т = — Ь й м &х коэффициент V

0,20 0,30 0,35 0,37 0,42 0,45 0,50

6,4 0,196 0,002 0,958 0,907 0,873 0,858 0,818 0,791 0,744

6,8 0,185 0,001 0,958 0,907 0,874 0,860 0,819 0,793 0,745

7,2 0,175 0,001 0,958 0,907 0,874 0,860 0,820 0,793 0,745

7,6 0,166 0,001 0,959 0,908 0,875 0,860 0,820 0,793 0,746

8,0 0,158 0,001 0,959 0,908 0,875 0,860 0,820 0,793 0,746

8,4 0,150 0,001 0,959 0,909 0,876 0,861 0,822 0,793 0,746

8,8 0,143 0,001 0,959 0,909 0,876 0,861 0,822 0,795 0,747

9,2 0,137 0,001 0,959 0,909 0,876 0,861 0,822 0,795 0,747

9,6 0,132 0,000 0,959 0,909 0,876 0,862 0,822 0,796 0,747

10,0 0,126 0,000 0,959 0,909 0,876 0,862 0,822 0,796 0,748

10,4 0,122 0,000 0,959 0,909 0,876 0,862 0,822 0,796 0,748

10,8 0,117 0,000 0,959 0,909 0,876 0,862 0,822 0,796 0,748

11,2 0,113 0,000 0,959 0,909 0,876 0,862 0,822 0,796 0,748

11,6 0,109 0,000 0,959 0,909 0,876 0,862 0,822 0,796 0,748

12,0 0,106 0,000 0,959 0,909 0,876 0,862 0,822 0,796 0,748

Несущая способность основания под подошвой фундамента мелкого заложения должна удовлетворять условиям [3]

Р

<

Я

Уп

и р

хл

у Я

<іл_

Гп

где р, ртах - соответственно среднее и максимальное давления подошвы фундамента на основание, кПа;

R - расчётное сопротивление основания из нескальных или скальных грунтов осевому сжатию, кПа, определяемое согласно обязательному прил. 24 [3];

уп - коэффициент надёжности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,4;

ус - коэффициент условий работы, принимаемый равным: 1,0 - при определении несущей способности нескальных оснований; 1,2 - при определении несущей способности скальных оснований.

Расчётное сопротивление основания из нескального грунта осевому сжатию R, кПа, под подошвой фундамента мелкого заложения определяют по формуле согласно приложению 24 [3]

R = 1,7^0 [1 + ^

где Ro - условное сопротивление грунта, кПа, принимаемое по таблицам 1 ...3 приложения 24 [3];

к1 и к2 - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 приложения 24 [3] в зависимости от разновидности грунта, а для глин и суглинков и от их показателя текучести JL;

у- осреднённое по слоям расчётное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента, вычисленное без учёта взвешивающего действия воды; допус-

3

кается принимать ^=19,62 кН/м ;

d - глубина заложения фундамента, м, принимаемая для труб замкнутого контура от естественной поверхности с увеличением на половину высоты насыпи у рассматриваемого звена.

Расчёт осадок грунтового основания за пределами линейной деформируемости грунтов (при p>R) sep под проектной нагрузкой pd (по [6]) определяется по формуле

s„

s

рТ_

Я

Для оценки влияния коэффициента Пуассона грунта основания определим осадки основания фундамента водопропускной трубы шириной Ь= 2 м по формулам (2) и (13) с учётом и без учёта коэффициента у. Физикомеханические показатели грунтов при коэффициенте пористости е=0,75 и показатели текучести JL=0,75 приведены в табл. 3; коэффициент Пуассона V принят для: супеси - 0,35, суглинков - 0,37, глин - 0,45; принимаемые для расчёта проектные нагрузки рб (по [7]) в

табл. 4. Результаты расчётов осадки основа- ния 5е и sep сведены в таблицу 5.

Таблица 3 - Результаты расчётов. Физико-механические показатели грунтов

Разно- видности грунта Удельный вес у, кН/м3 Модуль деформации Е, МПа Удельное сцепление грунта с, кПа Угол внутреннего трения <р, град.

Супесь 18 10 11 11 7 21 21 19

Суглинок 18 12 20 20 13 18 18 16

Глина 18 15 41 41 27 14 14 12

Таблица 4 - Результаты расчётов. Проектная нагрузка Рс!

Разно- видности грунта Условное сопротивление грунта Ro, кПа Расчётное сопротивление грунта R, кПа Принимаемая для расчёта проектная нагрузка р^ кПа

СНиП 2.05.03-84* ЕК7

Супесь 213 362 259 348

Суглинок 186 186 133 311

Глина 256 256 183 313

Таблица 5 - Результаты расчётов. Осадки основания se и sep под проектной нагрузкой р,^

Разно- видности грунта Осадка линейно-упругого основания se по [1], м Осадка упруго-пластического основания sep по [6], м

Без учёта коэффициента V, (в=0,8) С учётом коэффициента V, в (V Без учёта коэффициента V, (в =0,8) С учётом коэффициента V, в (V

Супесь 0,069 0,067 0,093 0,090

Суглинок 0,025 0,018 0,059 0,042

Глина 0,030 0,019 0,051 0,032

Анализ результатов

Анализ изменения коэффициента в для гибких фундаментов водопропускных труб показывает, что его значение возрастает по мере увеличения параметра т=2^Ь и уменьшается с увеличением коэффициента Пуассона V (таблица 2).

Можно отметить, что осадки основания, работающего в линейно-упругой и упругопластичной стадиях с учётом коэффициента Пуассона V уменьшаются, и разница осадок увеличивается с увеличением V.

Осадки основания, работающего в линейно-упругой стадии, определённые с учётом коэффициента Пуассона V (при среднем значении коэффициента в в пределах сжимаемой толщи для: супесей - 0,826, суглинков -

0,786, глин - 0,709), уменьшаются, по сравнению с осадками, вычисленными по формуле (2) при постоянном значении коэффициента в =0,8: для: супесей - в 1,03 раза; суглинков - в 1,39 раза; глин - в 1,58 раза. При расчёте основания в упруго-пластической стадии по формуле (13) для: супесей - в 1,03 раза, суглинков - в 1,40 раза, глин - в 1,59 раза.

Выводы

Технико-экономическая эффективность проектирования основания фундаментов водопропускных труб может быть повышена путём учёта зависимости коэффициента в грунта от определяющих параметров (m=2z/b, V).

Библиографический список:

1. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. - М., 1995. - 50 с.

2. Водопропускные трубы под насыпями. / Под ред. О.А. Янковского. - М.: Транспорт, 1982. - 232 с.

3. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы. - М., 1996. - 213 с.

4. Пилягин А.В. Определение осадок ленточных фундаментов методом суммирования с учётом пространственного напряжённого состояния // Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики механики грунтов и фундаментостроения. - Казань, 2006. - С. 103-106.

5. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. - М.: НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, 2005. - 128 с.

6. Фадеев А.Б., Лукин В.А. Расчёт оснований ленточных фундаментов различными методами //Труды международной конференции по геотехнике «Взаимодействие сооружений и оснований: методы расчёта и инженерная практика». - Санкт-Петербург, т. 2, 2005. - С. 175-180.

7. Щетинина Н.Н. Анализ оценок расчётного сопротивления грунтового основания ленточных УДК 621.86.06

фундаментов водопропускных труб. - Омск, Вестник СибАДИ, № 7, 2008. - С. 50-55.

About influence of Poisson's ratio of the foundation soil for the culvert foundation on it's settlements

N.N. Shchetinina

It is shown, that the settlements of the foundation of the culvert foundation, which calculated taking into account of Poisson's ratio of the foundation soil, decrease in comparison with settlements determined in SNiP 2.02.01-83* "Foundation of buildings and construction" at constant significance of factor, which takes account of lateral expansion of soil.

Статья поступила 03.03.2008 г.

ЗАХВАТ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО МАНИПУЛЯТОРА

Ю.В. Ремизович, канд.техн. наук, доц. Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

Аннотация. Предложено и обосновано устройство для фиксации грузов произвольной конфигурации (поковки, штамповки, куски и обломки сооружений при демонтажных работах, а также при разборе завалов при техногенных катастрофах).

Ключевые слова: грузоподъемный манипулятор, груз произвольной формы, передача усилий шариками, пальцы захвата.

Введение

Известны сотни конструкций захватов грузоподъемных манипуляторов и роботов. В основном они пригодны для захватывания (фиксации) грузов определенной конфигурации (цилиндр, прямоугольник, плоскость, а также объектов, имеющих отверстия, выступы и другие технологические поверхности).

Остается актуальной задача фиксации объектов манипулирования (грузов) произвольной конфигурации, случайно ориентированных в пространстве относительно какой-то базовой поверхности.

К ним могут быть отнесены поковки, штамповки, отливки, хранящиеся навалом; обломки кирпичной кладки и бетонных изделий при демонтаже зданий и сооружений. Разбор завалов при техногенных авариях и катастрофах,

сопровождаемых большим количеством обломков, также требует создания фиксирующего устройства указанного свойства.

Постановка задач

Большинство захватов имеют привод от гидроцилиндров, приводящих в движение через шарнирно-рычажную систему фиксирующие элементы: губки, пальцы и т.п. Реже используют пневмопривод и винтовые передачи.

Для фиксации тел (грузов) произвольной формы и созданием необходимого удерживающего усилия локальные фиксирующие элементы (губки) непригодны. Фиксирующие элементы в виде пальцев могут образовывать зажимающий контур произвольной конфигурации. Но за счет встраиваемых гидро- (пневмо) цилиндров для перемещения каждого пальца имеют неприемлемые габариты и массу.