Анализ влияния податливости основания на прочность элементов многоэтажных рам

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

При проектировании сооружений в сложных грунтовых условиях (неравномерно сжимаемые и просадочные грунты, районы горных выработок) возникает необходимость учета распределения усилий от совместного влияния силовых и деформационных воздействий.

Конечные перемещения фундаментов и величины усилий в элементах каркаса в общем случае неизвестны и зависят от жесткости надфундаментных конструкций и их соединений, податливости защемления фундаментов в грунте и величин нагрузок на каркас.

Качественной и количественной оценке влияния податливости основания и усилий, вызванных эксплуатационными нагрузками на прочность рамных систем посвящена настоящая статья.

Характер влияния податливости основания на величины расчетных усилий в элементах многоэтажных рам при воздействии на них перемещений основания были рассмотрены на примере системы, изображенной на рис.1.

Сооружение расположено на просадочных грунтах и находится под воздействием равномерно распределенной нагрузки и заданных перемещений опор, вызванных неравномерным оседанием земляных масс. Каркас здания запроектирован по жесткой конструктивной схеме (с жестким сопряжением ригеля и колонны по серии ИИ-04).

Основные характеристики рамы: колонны каркаса из бетона класса В30, сечением 40*40 см, ригели из бетона класса В35, таврового сечения, фундаменты железобетонные свайные.

При расчете рамной системы на прочность введены следующие основные допущения:

стержневая система является физически линейной (рассматривается упругая задача);

защемление фундаментов в основании считается податливым для одной или нескольких опор;

соблюдается неразрывность на контакте системы “фундамент - основание “, т. е. соблюдается условие контактной задачи;

деформации основания, обусловленные его податливостью, считаются приложенными статически.

Рисунок 1 - Расчетная схема системы, находящейся под влиянием силовых и деформационных воздействий Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

- № элемента; Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

- № опоры.

Расчет рамы произведен с использованием ВК “МИРАЖ”. В качестве расчетной модели основания принята модель с переменным коэффициентом жесткости. Для схемы, моделирующей вертикальные перемещения, коэффициент податливости при вертикальных осадках, обусловленных податливостью основания, определяется по формулам [1].

Характер влияния податливости основания на величины расчетных усилий в элементах рамы рассматривался для следующих вариантов осадок опор:

1 - осадка опор 1, 3 - 2см, осадка опоры 2 - 1см;

2 - осадка опор 2, 3 - 2см;

3 - осадка опоры 1 - 1см, осадка опоры 2 - 2см;

4 - осадка опор 1, 2 - 2см;

5 - осадка опоры 3 - 2см;

6 - осадка опоры 1 - 2см.

Предварительно была просчитана рама в случае жесткого защемления всех фундаментов в основании. При этом, для удобства дальнейшего анализа результатов, за 100% принималась величина расчетных усилий, полученных при расчете рамы, жестко защемленной в основании.

Результаты расчета показали следующее. При расчете рамы, как упругой системы, усилия от действия только равномерно распределенной нагрузки меньше предельных значений. Однако расчет рамы на сочетание вертикальных нагрузок и осадки опор в некоторых случаях дает значения усилий в элементах рамы, значительно превышающие предельные. Смещение опор вызывает появление зон трещинообразования в наиболее напряженных сечениях, т. е. в местах жесткого сопряжения ригелей и колонн (табл. 1).

Из данных табл. 1 видно, что для данного примера варианты симметричного и несимметричного оседания основания вызывают значительные изменения усилий в элементах всех этажей. Однако при несимметричном оседании (случай № 1, 3) податливость основания снижает величины опорных моментов в ригелях нижнего этажа до 90 % и значения моментов в колоннах нижнего этажа - до 50 %.

Иная картина распределения усилий в элементах рамы наблюдается в случаях № 4, 6 , а также в случае симметричного оседания опор (случай № 2). Результаты расчета показали значительное увеличение усилий в ригелях и колоннах рамы, приводящие к развитию зон трещинообразования и, как следствие, к разрушению конструкций рамы.

Таблица 1 - Значения усилий в элементах рамы в различных случаях перемещения опор

С целью выявления степени достоверности результатов расчета рамы были проведены экспериментальные исследования работы модели железобетонного стыка ригеля с колонной по жесткой конструктивной схеме по серии 1.020.1-4. В результате проведенного эксперимента была получена реальная картина распределения напряженно-деформированного состояния бетона и арматуры в опасном сечении, выявлен характер раскрытия трещин на различных этапах нагружения, а также определена величина разрушающей нагрузки.

Полученные результаты расчета рамы в целом в сопоставлении с результатами испытания модели жесткого узла позволяют сделать следующие выводы:

при расчете рамы без учета податливости основания значения внутренних усилий меньше предельно допустимых (41% от предельных значений), что указывает на возможность эксплуатации рамных конструкций в нормальных условиях. При этом фактические и расчетные значения ширины раскрытия трещин отличаются незначительно (а =0.27 мм; а = 0.22 мм);

учет податливости основания в ряде случаев снижает величины максимальных расчетных усилий на элементы рамы (графы 2 - 13 табл.1 случай № 3,5);

максимальные усилия (графа 14,15 табл.1), приводящие к разрушению жесткого узла сопряжения ригеля с колонной, возникают в тех пролетах, где предусматривалось защемление фундамента в грунте. Приведенные в табл. 1 значения изгибающих моментов в узле, значительно превышающие предельно допустимые значения, свидетельствуют о необходимости усиления жестких узлов, либо решении последних по иной конструктивной схеме применительно к данной ситуации.

Литература

фундамент деформационный силовой

1. Клепиков С.Н. Расчет конструкций на упругом основании. К.-“Будiвельник”, 1967 г.

Размещено на Allbest.ru