СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА: 3.Современные технологии строительства,

реконструкции и  реставрации.

Д.т.н. В.В. Леденев; к.т.н. В.М. Струлёв; аспирант А.Б. Черкашин

Тамбовский государственный технический университет, Россия

Несущая способность и осадка песчаного основания круглых и кольцевых фундаментов с периферийными консольными выступами

Фундаменты являются одной из самых ответственных строительных конструкций. Наиболее интересными являются исследования, связанные с совместной работой фундамента и основания с целью совершенствования методов расчета с учетом физически нелинейных зависимостей деформирования бетона и основания [1-4]. В системе «фундамент – сжимаемое основание» наиболее слабым звеном является основание, существенным образом влияющее на геометрические размеры фундамента, а, следовательно, на стоимость. Одним из эффективных методов увеличения несущей способности основания является изменение конструкции фундамента. Представляет интерес определения оптимальных конструктивных решений для штампов с одинаковой площадью контакта, но с различным отношением внутреннего (d) к наружному (D) диаметрам круглых и кольцевых фундаментов, а так же с периферийными консольными выступами.

Для выявления влияния шага периферийных консольных выступов на несущую способность и осадку песчаного основания круглых и кольцевых штампов были изготовлены модели фундаментов с разным числом консольных выступов n = 4, 8, 10. Все штампы были изготовлены из дерева. Геометрические размеры представлены на рис.1.

Рис.1 Модели фундаментов базовые (Ф1–Ф4), с расширяющимися консольными выступами (Ф1.1 – Ф4.3) и с сужающимися консольными выступами (Ф1.3.1 – Ф4.3.1) с отношением d/D равном: Ф1 – 0; Ф2 – 0,2; Ф3 – 0,4; Ф4 –0,6

Испытания моделей проводились в пространственном металлическом лотке с размерами 2000x2000x2000 мм. Основанием служил увлажненный (ω=10%) пылеватый песок, послойно уплотненный до плотности ρ=1,70 г/см³. Просеянный песок отсыпали слоями по 15 см и уплотняли металлической трамбовкой. Требуемая плотность основания достигалась определенным числом ударов трамбовки по одному следу. После каждого эксперимента песок убирали на глубину 1,5…2 диаметра модели ниже подошвы и укладывали заново.

На предварительно уплотненный грунт устанавливалась модель фундамента, на которую укладывался жесткий металлический диск диаметром 500 мм и толщиной 10 мм для равномерной передачи нагрузки. Вертикальная нагрузка на штампы создавалась гидравлическим домкратом и контролировалась образцовым динамометром (ДОС-5). Для измерения осадки штампа использовались индикаторы часового типа (ИЧ-10) с ценой деления 0,01 мм, укрепленные на реперной раме. Нагрузка прикладывалась ступенчато по 0,1 от предполагаемой максимальной нагрузки, с выдержкой по 20 минут на каждой ступени до наступления условной стабилизации перемещений. Нагрузка прикладывалась центрально и внецентренно с эксцентриситетом равным ядру сечения e = D/8.

На рисунке 2 показаны графики зависимости осадки от центральной нагрузки для штампов с отношением d/D = 0 и различным числом консольных выступов.

Рис.2. Графики зависимости осадки от центрально приложенной нагрузки для штампов с отношением d/D = 0 и числом консольных выступов равным: 1 – 0; 2 – 4; 3 – 8; 4 – 10

Применение периферийных консольных выступов приводит к повышению несущей способности основания по сравнению с базовым штампом с отношением d/D = 0 на 38% при числе консолей n = 10; при n = 8 - увеличение составило 25%, при n = 4 - 12,5%.

С уменьшением ширины кольца создание консольных выступов затруднено и эффективность применения их в конструкции снижается.

Для определения влияния конфигурации консольных выступов круглых и кольцевых штампов на несущую способность песчаного основания были выбраны наиболее эффективные модели фундаментов с числом консолей равным n=10 с раcширяющимися (Ф1.3 - Ф4.3) и модели с сужающимися (Ф1.3.1-Ф4.3.1) периферийными консольными выступами (см. рис. 1).

На рисунке 3 показаны графики зависимости осадки от нагрузки для штампов с d/D = 0, обладающей наибольшей эффективностью применения консольных вылетов по сравнению с базовым штампом.

Рис.3. Графики зависимости осадки от несущей способности при отношения d/D = 0 для штампов без консольных выступов Ф1 (1), с расширяющимися консольными выступами Ф1.3 (2) и с сужающимися консольными выступами Ф1.3.1 (3)

Как видно из графиков, разница несущей способности штампов с различной конфигурацией выступов незначительна и сравнима с величиной погрешности эксперимента.

Графики зависимости осадки от внеценренной нагрузки для штампов с отношением d/D = 0 и различным числом консольных выступов показаны на рисунке 4.

Рис. 4. Графики зависимости осадки от внецентренно приложенной нагрузки при отношении d/D = 0 для штампов с числом консольных выступов равным: 1 – 0; 2 – 4; 3 – 8; 4 – 10

По графикам на рисунке 4 можно сделать вывод, что штампы с периферийными консольными выступами имеют большую по сравнению с базовым штампом несущую способность при внецентренном нагружении. Увеличение количества периферийных консольных выступов ведет к повышению несущей способности песчаного основания. Для штампа с отношением d/D = 0 несущая способность песчаного основания по сравнению с базовым штампом увеличилась на 22% для модели с n = 10,на 11% для модели с n = 8.

Для оценки применения периферийных консольных выступов при центральном нагружении рассчитан показатель относительной эффективности, численно равный отношению предельной осадки Su к максимальной несущей способности Fu (рис. 5).

Рис. 5. Графики зависимости относительной эффективности штампов без периферийных консольных выступов (1) и с десятью периферийными консольными выступами (2) от отношения d/D

С увеличением значения отношения d/D разность значений относительной эффективности (Su/Fu) базовых штампов и штампов с периферийными консолями уменьшается, что говорит о том, что эффективность применения периферийных консольных выступов снижается. Это происходит из-за уменьшения отношения вылета консоли (t) к внешнему диаметра кольца (D). Наиболее эффективными являюся штампы с наибольшим числом периферийных консольных выступов и с отношением d/D = 0 – 0,4. Для штампов с отношением d/D > 0,6 эффективность данных консольных выступов не выявлена ввиду малой ширины кольца и отсутствия возможности конструктивно увеличить длину вылета консоли.

Библиографический список

1. Леденёв, В.В. Влияние поверхностного армирования на несущую способность песчаного основания [текст] / В.В. Леденёв, В.М. Струлёв, А.Б. Черкашин // Состояние современной строительной науки – 2007. Сб. науч.-тр. – Полтава: Полтавский ЦНТИ – 2007. - С.155-157

2. Леденёв, В.В. Влияние армирования на несущую способность песчаного основания [текст] / В.В. Леденёв, В.М. Струлёв, А.Б. Черкашин //Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре, - сб. ст. междунар. науч.-прак. конф.- Липецк, 2007. – С. 153-157

3. Леденёв, В.В. Влияние высоты ограждающей цилиндрической оболочки на несущую способность основания [текст] / В.В. Леденёв, В.М. Струлёв, А.Б. Черкашин // Известия ОрелГТУ Серия «Строительство. Транспорт», - Орел: ОрелГТУ – 2008. - №3/19.- С8-11.

4. Струлёв, В.М. Несущая способность и осадка моделей фундаментов на армированном основании [текст] / В.М. Струлёв, А.Б. Черкашин // Известия ОрелГТУ Серия «Строительство. Транспорт», - Орел: ОрелГТУ – 2008. - №4/20.- С39-42.