Расчет свайного фундамента в скаде

Обновлено: 14.05.2024

Схема создана в скаде, нужно задать сваи и грунт. Подскажите, как правильно задать сваи, какими элементами? У меня есть пример, в нем заданы свай как обычные жб стержни, соединены с фундаментной плитой жестким узлом, связь стоит с закреплением по z, т.е. закреплена от смещения по вертикали. Насколько это правильно? Как быть со сваями?

то есть просто из плиты торчит стержень, на котором внизу по Z закрепление? Эт столб, опертый на камень, причем в воде или в воздухе а не свая в грунте.

1) Можете смоделировать грунт объемными элементами и пустить там стержни, причем связать их с грунтом видимо связями конечной жесткости, смоделировав трение сваи о грунт.
2) Можете просто в ростверке в точках расположения свай ввести связи конечной жесткости.

Тут все еще зависит от типов свай. Если сваи-стойки, то и жесткой связью можно их смоделировать.

Вариант 2 предпочтительнее, т.е. фиг знает какие грунты на самом деле лежат под фундаментом. А так есть испытание, есть осадка, усилие. Легко перейти к жесткости.

найти премещения свай в уровне поверхности земли от единичной нагрузки, от них перейти к жесткостям, потом задать сваю двумя сержнями длиной 1 метр один по оси сваи второй ортогонален, задать жесткости.

__________________
Работаю за еду.
Working for food.
Für Essen arbeiten.
العمل من أجل الغذاء
Працую за їжу.

))))
задавал опору путепровода в скаде, сваи моделировал с помощью программы основанной на методике ЦНИИС («Руководство по расчету фундаментов глубокого заложения», 1980 г.)
алгоритм следующий:
1. определяем перемещения свай в уровне поверхности грунта
2. моделируем сваи в программном комплексе SCAD
правда там еще к жесткости надо перейти)))
вообщем по этому способу написанно целое руководство для внутреннего пользования. люди грамотные писали.
а так, скад не мой основной инструмент, изредка им пользуюсь, так что советовать по скаду не могу

Тут все еще зависит от типов свай. Если сваи-стойки, то и жесткой связью можно их смоделировать.

Юлия Серенко, тогда правильно, что по вертикали нижний конец сваи ограничили по Z. Для учета работы сваи от горизонтальных нагрузок, советую посчитать вручную коэффициенты постели по СНиП "Свайные фундаменты", а потом ввести элементы конечной жесткости (не знаю номеров КЭ в СКАДе) в узлы элементов сваи, с соответствующими жесткостями по глубине сваи.

можно еще проще. сваю задаете стержнем, с реальной жесткостью сваи. связь задаете конечной жнсткостью, элементом 51. жесткость связи зависит от усилия и осадки сваи , ь.е. N/S , аак правило 6000-8000. далее задаете коэффициент пастели самой сваи, по приложению СП. Как -то так.

__________________
Работаю за еду.
Working for food.
Für Essen arbeiten.
العمل من أجل الغذاء
Працую за їжу.

Эпюра усилий от горизонтальной нагрузки в таком случае будет "пилообразной". Поэтому предпочитаю вводить связи конечной жесткости, а не коэфф. постели по боковой пов-ти сваи. Эпюры более удобочитаемы получаются (и для подбора арматуры тоже удобней для меня).

Сразу скажу, что темы подобные тут уже были, но все достаточно старые и четкого ответа никто не дал.

Как верно задать работу свайного поля (с монолитным ростверком в виде ж.б. плиты) в СКАДе? Для себя узнал только 2 варианта, но по поводу первого из них возник вопрос:

1. Задать сваи через КЭ51 (пружинку), где жесткость по Z - это жесткость сваи, полученная путем деления: средняя нагрузка на сваю/осадка сваи. А жесткости по Х и У это 1/10 от жесткости по Z.
Однако на официальном форуме SCAD SOFT прочитал такую фразу, от одного пользователя:"К сожалению, в последней версии SCAD11.3 отсутствуют сочетания для 51КЭ. Вместо 51КЭ можно задавать обычный вертикальный стержень (5КЭ) L=1м".

2. Задать сваи через стержни длиной 1м (независимо от их длины), внизу пружина по Z (я так понимаю тот же самый КЭ51 с той же самой жесткостью, что и в случае 1), а сверху 2 пружины по X, Y с жесткостью 1/10 от Z.

Так вот, хотелось бы уточнить, можно ли считать по 1 способу? и можно ли считать, соответственно, по способу номер 2? Нужно ли учитывать давление грунта под монолитным ростверком, между сваями? И отличаются ли расчеты по свайному полю и свайной ленте?

Буду благодарен за разъяснение!

Вариант 3 (он же основной):

1. Определяем аналитическим расчетом по СП осадку здания на свайном фундаменте. В данном расчете будет определена сжимая толща грунта под концами свай.
2. Строим в скаде здание, ростверки, сваи и грунт. Грунт задаем объемными элементами с модулем упругости по геологии. Естественно учитываем строение грунта по слоям по глубине.
3. Под концами свай задаем грунт на глубину сжимаемой толщи.
5. Грунт распространяем за пределы здания на значительное расстояние для минимизации влияния на результаты расчета горизонтальных связей для грунта.
6. По краям грунтового массива с боков и снизу закрепляем узлы по Х, Y и Z.
7. Считаем схему.
8. Анализируем схему на предмет средних осадок. Они должны быть примерно равны аналитическому расчету.
9. Сравниваем данный расчет с расчетом на пружинках.
10. Результат данного расчета зависит от жесткости грунтового основания под концами свай. Чем меньше жесткость основания (чем больше осадка), тем большие усилия получите в конструкциях подвала, 1 и 2 этажей. И наоборот. Для понимания зависимости полезно поиграть жесткостью основания и сравнить результаты. При расчете на пружинках такой зависимости не будет, что неверно с точки зрения механики грунтов.

Данный расчет не является стопроцентным отображением работы грунтового основания, но намного больше приближен к реалиям, чем расчет на пружинках. Расчет на пружинках всегда дает неверную картину распределения усилий в сваях и конструкциях здания. Как результат - неверная расстановка свай и неверное армирование конструкций. Для получения еще более приближенной к реальности картины совместной работы свайного основания и грунтов необходимо использовать другие программные продукты, которые кроме модуля упругости позволяют задавать и другие характеристики грунтов. Но это уже, как говорится, совсем другая история.

Вариант 3 (он же основной):

Забыли еще при этом рассказать что крайния сваи бдут перегружены раза в полтора-два,а угловые раза в три-четыре

Забыли еще при этом рассказать что крайние сваи будут перегружены раза в полтора-два,а угловые раза в три-четыре

Не забыл. Человек должен сам посчитать, проанализировать и если что непонятно, задать вопросы. И не обязательно в полтора-два и три-четыре раза. Зависит от многих факторов - жесткости всего здания и его отдельных элементов, распределения жесткостей по углам здания, общих размеров здания, жесткости основания, расстановки свай и прочее.

Проводились натурные испытания, которые показывают, что в крайних сваях усилия получаются больше. Это есть всегда. Готовых рецептов по расстановке свай при этом не существует. Зависит от каждого конкретного здания. От чего зависит - писал выше.

Вариант 3 (он же основной):

А что касается тех способов, что я указал в теме, они имеют право на жизнь, потому что знаю, что некоторые считают именно так?

По моему мнению - нет. Я уже писал, что при расчете на пружинках не получается правильной картины усилий как в сваях, так и в конструкциях.
Мы много лет считаем здания только совместно с грунтом. Я знаю примеры из практики, когда на слабых грунтах трещали подвалы. При расчетах на пружинках практически никогда не получается большой горизонтальной арматуры в стенах подвала. Вы просто моделируете винклеровское основание. При расчете с грунтом подвал получает общий изгиб с подъемом краев вверх. То есть весь подвал работает как большая изогнутая балка. Отсюда получаем приличную арматуру не только в плите, но и в стенах, особенно ближе к углам здания. Все это можно понять после сравнения результатов расчетов. Считайте и сравнивайте. Личный опыт лучше всех рассказов.

Программа FEM Models. Я с ней знаком. Считаю, что это лучшая программа для грунтов. Разработчики - геотехники. Кандидаты и доктора наук. Умеет в том числе учитывать работу грунта во времени. У нас была возможность использовать эту программу в своих проектах для сложных котлованов и при примыканиях к котлованам сущ. зданий. Недостатком является то, что считает только до усилий. Если использовать сложные модели грунтов, то необходимо очень мощное железо. Чтобы грамотно использовать эту программу, необходимо разбираться в геотехнике. Развивается эта программа много лет целым коллективом геотехников.

Сразу скажу, что темы подобные тут уже были, но все достаточно старые и четкого ответа никто не дал.

Буду благодарен за разъяснение!

Вариант 3 (он же основной):

2 УДК Авторский коллектив Кравченко В.С., Криксунов Э.З., Перельмутер М.А., Скорук Л.Н. ЗАПРОС. Расчет оснований и фундаментов. РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ. Версия 1.1. В руководстве приводятся описание функциональных возможностей программы ЗАПРОС, технологии ее использования и рекомендации по применению. Программа предназначена для специалистов-проектировщиков, обладающих минимальными навыками работы с компьютером. SCAD Soft, 2006

3 Содержание Содержание 1 Введение Главное окно Меню Настройки Работа с таблицами Сохранение данных Информационные режимы Предельные деформации основания Расчетные сопротивления грунтов основания Характеристики грунтов Коэффициенты условий работы Фундаменты Крен фундамента Основные положения Ограничения реализации Подготовка данных Результаты расчета Осадка фундамента Основные положения Алгоритм выполнения расчета Ограничения реализации Подготовка данных Результаты расчета Коэффициенты постели Основные положения Подготовка данных и расчет Предельное давление при расчете деформаций Основные положения Подготовка данных и расчет Сваи Коэффициенты условий работы сваи Номенклатура свай Расчет несущей способности сваи Подготовка данных Результаты расчета Ограничения реализации Расчет сваи Подготовка данных Результаты расчета Ограничения реализации Осадка сваи Подготовка данных Результаты расчета Ограничения реализации Полевые испытания свай Динамические испытания свай Подготовка данных Результаты расчета Органичения реализации Испытание эталонной сваей Подготовка данных Результаты расчета

4 Содержание Органичения реализации Испытание сваей-зондом Подготовка данных Результаты расчета Статическое зондирование Подготовка данных Результаты расчета ПРИЛОЖЕНИЕ Калькулятор для расчета по формулам Калькулятор для преобразования единиц измерения Литература

5 Введение Фундамент нужен не потому, что в подвале жить хорошо В.Босс Лекции по математике: от Диофанта до Тьюринга. Т. 6 1 Введение Программа ЗАПРОС предназначена для выполнения расчетов и проверок элементов оснований и фундаментов на соответствие требованиям СНиП * [7] и СП [9], СНиП [10] и СП [11]. Кроме того, в программе предусмотрена возможность получения справочных данных, часто используемых при проектировании оснований и фундаментов. В первой версии программы реализованы режимы расчета оснований по деформациям прямоугольных в плане фундаментов, определения крена фундаментов такого типа, вычисления коэффициентов постели и предельного давления при расчете деформаций (расчетного сопротивления грунта основания). Реализованные в программе принципы управления, подготовки данных и документирования результатов расчета полностью совпадают с аналогичными режимами проектно-аналитических программ, входящих в состав системы SCAD Office. Программы используют известную технику работы с многостраничными окнами. Активизация страницы происходит при нажатии на ее закладку, кроме того, используется меню. 1.1 Главное окно При обращении к программе первым на экране появляется главное окно с картой входов в режимы программы (рис. 1), с кнопками выбора норм проектирования и настройки программы. Рис. 1. Главное окно Нормы проектирования выбираются из одноименного списка. Информация об установленных нормах выводится в нижнем левом углу окна активного режима. Если в списке выбран расчет фундаментов согласно СП , то автоматически выполняется переход на СП при расчете свай. Режимы вызываются нажатием специальной кнопки и могут быть отнесены к справочным (входить в группу Информация) или расчетным (входить в группу Расчет). Справочные режимы представлены следующим набором: Предельные деформации оснований просмотр предельных значений относительной разности осадок, крена и средней или максимальной осадки для сооружений различного типа, приведенных в приложении 4 СНиП * (приложение Е СП ); Расчетные сопротивления грунтов оснований представлена информация о расчетных сопротивлениях грунтов различного вида, приведенная в приложении 3 СНиП * (приложение А СП ); Характеристики грунтов представлена информация, приведенная в приложении 1 СНиП * (приложение Г СП ); Коэффициенты условий работы приводится информация из таблицы 3 СНиП * (табл. 5.2 СП ). В разделе Фундаменты выполняются следующие операции: 5

6 Введение Крен фундамента определение крена прямоугольного в плане фундамента от действующих на него нагрузок; Осадка фундамента расчет основания по деформациям прямоугольных в плане столбчатых и ленточных фундаментов, а также жестких плит; Коэффициенты постели определение коэффициентов жесткости основания, состоящего из конечного числа слоев, каждый из которых является линейно деформируемым и постоянным по толщине; Предельное давление при расчете деформаций вычисление предельного давления под подошвой фундамента (расчетного сопротивления грунта). Раздел Сваи включает два информационных режима Коэффициенты условий работы сваи и Номенклатура свай, а также следующие расчетные режимы: Несущая способность сваи определяется несущая способность сваи, работающей на вертикальную нагрузку; Расчет сваи определяются коэффициент запаса устойчивости основания, минимальный и максимальный изгибающий момент и поперечная сила в сечении сваи, а также ряд других характеристик сваи; Осадка сваи определяется осадка сваи, работающей на вертикальную нагрузку. Раздел Полевые испытания свай включает: Динамические испытания свай расчет на определение несущей способности свай по результатам их динамических испытаний; Испытание эталонной сваей определение несущей способности забивной (натурной) висячей сваи, работающей на сжимающую нагрузку, по результатам испытаний грунтов эталонной сваей; Испытание сваей-зондом определение несущей способности забивной (натурной) висячей сваи, работающей на сжимающую нагрузку, по результатам испытаний грунтов сваей-зондом; Статическое зондирование определение несущей способности забивной (натурной) висячей сваи, работающей на сжимающую нагрузку, по результатам испытаний грунтов статическим зондированием. При обращении к любому из указанных режимов появляется многостраничное диалоговое окно, в котором выполняются операции ввода данных и анализа результатов. 1.2 Меню Настройка программы, вызов необходимого режима работы а также сервисных операций может быть выполнен через меню. Меню включает пять разделов: Файл, Режимы, Настройки, Сервис, Справка. Раздел Файл включает следующие пункты: Меню переход из любого режима работы программы в главное окно; Выход завершение работы программы. Из раздела Режимы можно вызвать любой из реализованных в программе справочных или расчетных режимов (дублируются одноименные кнопки главного окна). Из раздела Настройки вызывается диалоговое окно Настройки приложения, в котором выполняется назначение параметров управления программой (дублируется одноименная кнопка главного окна). В разделе Сервис предусмотрен вызов стандартного калькулятора среды Windows, формульный калькулятор и калькулятор для преобразования единиц измерений. Из раздела Справка можно вызвать справочную информацию по управлению программой ЗАПРОС, правила пользования справочной средой системы Windows, а также сведения о программе (номер версии и дата последней модификации). Описание сервисных и справочных операций приводится в приложении. 1.3 Настройки Окно Настройки приложения (рис. 2) вызывается из раздела меню Настройки или одноименной кнопкой, расположенной внизу Главного окна, и содержит три страницы Единицы измерения, Отчет и языки, Визуализация. 6

9 Информационные режимы 2 Информационные режимы Информационные режимы включают данные, приведенные в СНиП. Все значения в таблицах приведены в тех же единицах измерения, что и в СНиП, и не зависят от единиц настройки программы. 2.1 Предельные деформации основания В этом режиме (рис. 7) приводятся данные из приложения 4 СНиП * и приложения Е СП Рис. 7. Диалоговое окно Предельные деформации оснований Рис. 8. Диалоговое окно Расчетные сопротивления грунтов оснований 2.2 Расчетные сопротивления грунтов основания Приведенная в этом режиме информация (рис. 8) включает данные из таблиц 1-6 приложения 3 СНиП * (приложение А СП ), а именно, расчетные сопротивления крупнообломочных, песчаных, пылевато-глинистых, просадочных и насыпных грунтов, а также грунтов обратной засыпки. 2.3 Характеристики грунтов Информация включает нормативные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов (рис. 9), приведенные в таблицах 1-3 приложения 1 СНиП * и приложения Г СП Коэффициенты условий работы Здесь (рис. 10) приведены данные из таблицы 3 СНиП * (таблица 5.2 СП ). Рис. 9. Диалоговое окно Характеристики грунтов Рис. 10. Диалоговое окно Коэффициенты условий работы 9

10 Фундаменты 3 Фундаменты 3.1 Крен фундамента Основные положения Режим предназначен для определения крена прямоугольного в плане фундамента от действующих на него нагрузок от стен и колонн, нагрузок на прилегающие площади и давления соседних фундаментов в соответствии с требованиями СНиП * и рекомендаций "Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП )" НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР (1986г., п , ) [8], а также СП [9]. Крен от нагрузок на фундамент определяется с учетом и без учета отпора грунта по боковой поверхности подколонника (согласно «Пособия. » рекомендуется учитывать отпор грунта по боковой поверхности подколонника для фундаментов, высота которых в грунте превышает 5 м; в СП вопросы отпора грунта по боковой поверхности не рассматриваются). Кроме того, определяются: o глубина сжимаемой толщи; o изгибающие моменты в уровне подошвы фундамента; o краевые давления под подошвой фундамента (максимальные и минимальные); o угловые давления под подошвой фундамента (максимальное и минимальное); o коэффициент неравномерного сжатия грунта под подошвой; o глубина центра поворота фундамента; o ординаты эпюры отпора грунта по боковой поверхности подколонника в одиннадцати сечениях. Все результаты выдаются для двух взаимно перпендикулярных плоскостей. Режим может быть использован для столбчатых и ленточных фундаментов промышленных и гражданских зданий, а также различных сооружений. Жесткость надфундаментных конструкций не учитывается. Размеры подошвы фундамента не ограничиваются. Основание может состоять из неоднородных по глубине нескальных слоев грунта Ограничения реализации Максимальное количество соседних фундаментов 14. Максимальное количество нагрузок на прилегающие площади 10. Количество слоев грунта ниже подошвы Подготовка данных Исходные данные для расчета задаются в многостраничном диалоговом окне Крен фундамента (рис. 11), которое включает следующие страницы: Общие данные задаются характеристики рассматриваемого фундамента и усилия, действующие в уровне верха рассматриваемого фундамента, а также характеристики соседних фундаментов и значения нормальных сил, действующих на соседние фундаменты в уровне их обреза. Кроме того, на этой странице назначаются нагрузки на прилегающие площади, которые описываются в виде прямоугольных областей. Для каждой области следует задать координаты привязки центра, размеры сторон прямоугольника и значение распределенной нагрузки. Вес грунта и собственно фундаментов учитывается автоматически. Для определения крена от влияния соседних фундаментов и нагрузок на прилегающие площади необходимо задать хотя бы одну нагрузку. Введенная информация может быть проконтролирована кнопками Предварительный просмотр. Ступени задаются геометрические характеристики фундамента, а также глубина его заложения относительно уровня планировки (или пола) и природного рельефа (рис. 12). Геометрические характеристики включают данные о высоте фундамента, количестве, высоте и размерах ступеней (для ленточных фундаментов, количество ступеней принимается равным единице и задается только высота первой ступени). В тех случаях, когда не учитывается боковой отпор грунта, данные о ступенях не требуются. 10

17 Фундаменты 1 при k = 1 константа Bk = ( γ 1 1). k hk B k 1 k 1e при > Тогда коэффициенты постели соответственно равны n E 2 k ( 1 νk) γkbk C1 = 21+ ν 1 2ν 2γ 1 kh e k ; ( )( ) ( ) k = 1 k k n E 2 k B k 2γ 2 ( ) ( 1 kh C = k e ). 41+ ν k 1 k γ = k Подготовка данных и расчет Рис. 22. Диалоговое окно Коэффициенты постели Рис. 23. Диалоговое окно Коэффициенты постели при расчете по модели Пастернака при расчете по модели слоистого полупространства Вид модели выбирается в одноименном выпадающем списке. Характеристики слоев грунта вводятся в таблице в порядке возрастания глубины. Если используется модель слоистого полупространства, то дополнительно к характеристикам грунта задается площадь опирания сооружения. Значения коэффициентов выдаются в соответствующих полях после нажатия кнопки Вычислить. 3.4 Предельное давление при расчете деформаций Основные положения Режим предназначен для вычисления предельного давления под подошвой фундамента (расчетного сопротивления грунта) при расчете деформаций с использованием расчетной схемы основания в виде линейно деформируемого полупространства или линейно деформируемого слоя (п.2.41 СНиП *, п СП ). 17

18 Фундаменты Подготовка данных и расчет Исходные данные для расчета задаются в диалоговом окне Предельное давления при расчете деформаций (рис. 24), которое содержит пять групп данных. В группе Расчетные характеристики грунта с помощью маркеров определяется способ получения характеритик по таблицам СНиП или по результатам испытаний. В группе Коэффициенты условий работы из выпадающих списков выбираются значения коэффициентов γ с1 и γ с2. Таблица, определяющая значения этих коэффициентов в зависимости от вида грунта и соотношений размеров сооружения, приведена в одноименном информационном режиме. Предусмотрена возможность определения значений этих коэффициентов в диалоговом окне Коэффициенты условий работы (рис. 25), которое вызывается кнопкой, стоящей справа от выпадающих списков. Рис. 25. Диалоговое окно Коэффициенты условий работы Рис. 24. Диалоговое окно Предельное давление при расчете деформаций Рис. 26. Диалоговое окно Пакет грунтов В группах Фундамент, Подвал и Характеристики грунта задаются соответствующие данные. При этом осредненное расчетное значение удельного веса пакета грунтов ниже и выше подошвы фундамента может быть получено с помощью «калькулятора» Пакет грунтов (рис. 26), который вызывается нажатием кнопки, стоящей слева от поля ввода данных. Для описания пакета грунтов следует с помощью кнопки Добавить ввести в таблицу нужное количество строк и задать данные по толщине и удельному весу каждого слоя грунта. Нажать кнопку Применить, после чего окно закроется и значение удельного веса будет записано в соответствующее поле ввода. Расчет активизируется нажатием кнопки Вычислить. 18

19 Сваи 4 Сваи В этом разделе выполняются информационные и расчетные режимы, связанные с проектированием свай. 4.1 Коэффициенты условий работы сваи Приводятся сведения о коэффициентах условий работы грунта (Таблица 3 СНиП ), коэффициентах условий работы сваи (таблица 5 СНиП ) и дополнительных коэффициентах условий работы (таблица 19 СНиП ). Рис. 27. Диалоговое окно Коэффициенты условий работы свай Рис. 28. Диалоговое окно Номенклатура свай 4.2 Номенклатура свай В табличном виде (рис. 28) представлены марка и характеристики сплошных и полых свай квадратного и круглого сечения, соответствующих ГОСТ *, *, *, *, *, *. 4.3 Расчет несущей способности сваи В этом режиме определяется несущая способность свай-стоек и висячих свай, работающих на вертикальную сжимающую нагрузку F d и вертикальную выдергивающую нагрузку F du. Рассматриваются забивные, набивные, буровые сваи, а также сваи-оболочки в соответствии с требованиями раздела 4 СНиП (раздел 7.2 СП , раздел 8.1 «Инструкции по проектированию и устройству свайных фундаментов зданий и сооружений в г. Москве»), а также с требованиями раздела 5 «Руководства по проектированию свайных фундаментов». При определении несущей способности свай учтены особенности их проектирования в сейсмических районах (раздел 11 СНиП , раздел 12 СП и раздел 12 «Руководства по проектированию свайных фундаментов»). В расчете учитывается возможное наличие (устройство) на конце свай уширения, а также сохранение или удаление грунтового ядра в сваях-оболочках при заполнении их внутренней полости бетоном. Учитывается также возможность планировки прилегающей территории (срезкой, подсыпкой или намывом), а также наличие котлована в месте устройства сваи. Коэффициенты условий работы сваи в грунте γ с, под нижним концом сваи γ сr, а также по боковой поверхности сваи γ сf задаются пользователем самостоятельно (при этом есть возможность выбора этих коэффициентов из представленного набора). 19

Опыт применения ПК SCAD Office в расчете промежуточной свайной двухрядной опоры моста с учетом взаимного влияния свай в кусте

Главная » CADmaster №3(82) 2015 » Архитектура и строительство Опыт применения ПК SCAD Office в расчете промежуточной свайной двухрядной опоры моста с учетом взаимного влияния свай в кусте

Мост через реку Пажа на 58+159 км автомобильной дороги I технической категории М-8 «Холмогоры» у с. Воздвиженское железобетонный, балочно-разрезной системы, трехпролетный, по схеме 11,1+16,3+11,1 м, построен в 1967 году. Длина моста 45,68 м, габарит проезжей части Г — 17,9 м, тротуары по 0,8 м. Число полос движения — четыре. Проектные нагрузки Н-30 и НК-80. Пересекает реку под углом 90º (рис. 1).

Проектная и строительная организации не установлены. Проектная и исполнительная документация не найдена.

Пролетные строения сборные железобетонные, по проекту Союздорпроекта, выпуск 56. Под каждое направление движения установлены независимые пролетные строения, а опоры имеют самостоятельные ригели под каждое пролетное строение по ширине. Зазор в свету между боковыми гранями ригелей опор оставляет 70 см. В поперечном сечении каждого отдельного пролетного строения установлены по семь сборных цельноперевозимых балок с диафрагмами с расстоянием в осях 1,4 м (всего в поперечном сечении моста 14 балок). Полная длина балок в пролетах и составляет 11,36 м, в пролете -16,76 м. Высота блоков главных балок длиной 11,36 м — 0,8 м, длиной 16,76 м — 1,0 м. Минимальная толщина плиты на конце консоли — 8 см. В поперечном сечении балки объединены по диафрагмам и плитам с помощью стальных пластин-накладок, приваренных к закладным деталям. Пролетные строения армированы сварными каркасами из арматуры класса А-II и .

Устои и — свайные однорядные на забивных железобетонных сваях сечением 35×30 см. Глубина забивки свай составляет по предварительному расчету 8,05 м. Шкафные стенки и открылки устоев монолитные. Над ригелями устоев устроены монолитные подферменники под ребра балок. Промежуточные опоры и — свайные двухрядные, в каждом ряду забито по шесть свай сечением 35×30 см (под каждое направление движения). Глубина забивки свай составляет по предварительному расчету 8,05 м. Ригели промежуточных опор — сборные, с различной высотой под пойменные и русловое пролетные строения (рис. 2, рис. 4).

В геологическом строении района мостового перехода принимают участие породы четвертичного возраста аллювиального и ледникового генезиса (табл. 1, 2).

Ввиду неудовлетворительного состояния балок пролетного строения и их недолговечности принято решение о замене конструкций пролетного строения. Пролетные строения сооружены из сборных железобетонных балок по серии 3.503.1−73. Балки изготовлены в укороченной опалубке балок Б1200.130.93−1−28АIIIс-1, Б1800.130.93−1−28АIIIс-1. Сборные балки объединены участками омоноличивания. Объединение монолитными участками произведено по всей ширине моста. В поперечном сечении балки расставлены на разных уровнях по высоте для обеспечения поперечного уклона 2%. Посередине моста устроено двустороннее барьерное ограждение на монолитном железобетонном цоколе. Над промежуточными опорами предусмотрено объединение пролетного строения в температурно-неразрезную схему по плите балок пролетного строения. Для компенсации продольных температурных деформаций на крайних опорах устроены деформационные швы MaurerD-50 (рис. 3).

На сваях промежуточных опор, как и на ригелях этих опор, имелись трещины, сколы защитного слоя, коррозия арматуры, были видны следы выщелачивания бетона (рис. 4). В ходе ремонта предстояло выполнить обвязку существующих свай в «рубашки» из монолитного железобетона и соорудить новые ригели опор из монолитного железобетона. На крайних опорах подлежали замене шкафные стенки и открылки опор (рис. 5).

Мостовое полотно состоит из следующих слоев: выравнивающий слой бетона (толщина 30−55 мм), гидроизоляция «Изопласт», защитный слой бетона (40 мм), армированного сеткой из проволоки, два слоя щебнемастичного асфальтобетона ЩМА-20 по ТУ 5718.001.00011168−2000 общей толщиной 70 мм (рис. 6, табл. 3).

Таблица 3. Основные технические характеристики моста после капитального ремонта

Категория дороги	I
Число полос движения	4
Габарит	2x (Г-9)+2×0,75
Ширина пролетного строения	21,70 м
Ширина проезжей части	18,0 м
Класс подвижной нагрузки	А11, НК-80
Тип дорожной одежды	Капитальный
Схема моста (длины пролетов)	11,36+16,76+11,36 (температурно-неразрезная схема)
Длина пролетного строения	39,60 м
Длина моста (по переходным плитам)	48,20 м

Бетон существующих свай — В20, W8, F300 по .

Бетон ригелей и «рубашек» — В30, W8, F300 по .

Бетон конструкций пролетных строений — В30, W8, F300 по .

Расчет промежуточной опоры моста выполнялся в соответствии с нормативными документами [1−4], а также с учетом данных проектной документации [5−8].

на основе конструктивных решений, принятых при сооружении моста (эти решения были определены в ходе предремонтного обследования), а также на базе инженерно-геологических изысканий определены несущая способность свай по грунту и минимальная глубина забивки свай в грунт, несущая способность свай по материалу и минимальное армирование поперечных сечений свай;
на основе конструктивных решений, принятых при ремонте моста, проверены несущая способность свай по грунту и несущая способность свай по материалу.

Расчет выполнен с использованием программного комплекса SCAD версии 11.5.

Расчетные схемы промежуточных опор моста представляют собой линейно-упругие пространственные модели несущих конструкций для вычисления в них деформаций и внутренних усилий от заданных нагрузок по методу конечных элементов (рис. 7).

Конструкции свай представлены двухузловыми пространственными стержневыми конечными элементами, работающими без учета деформаций сдвига по модели Бернулли.

Конструкции ригеля и «рубашек» свай представлены четырехугольными четырехузловыми конечными элементами пологих оболочек, работающих без учета деформаций сдвига по теории Кирхгофа.

Сетка конечных элементов построена в плане на осях свай и наружном контуре ригеля. Характерная разбивка сетки конечных элементов ригеля — 0,10 м в поперечном направлении (по оси X) и 0,25 м в продольном направлении (по оси Y). Разбивка сетки конечных элементов «рубашек» свай соответствует в плане разбивке сетки конечных элементов ригеля, а по высоте (по оси Z) составляет 0,25 м. Разбивка свай по высоте на конечные элементы выполнена с шагом 0,50 м. Для обеспечения жесткого сопряжения сваи заводятся в «рубашку» на один конечный элемент по высоте.

Взаимодействие свай с окружающим грунтом ортогонально боковой поверхности воспроизводится по модели Винклера с возрастающим коэффициентом упругого отпора по глубине погружения:

k — коэффициент пропорциональности;

z — глубина погружения свай в грунт.

Условная ширина сваи принимается равной:

d — сторона прямоугольного сечения свай по соответствующей боковой поверхности.

Взаимодействие свай с окружающим грунтом основания в продольном направлении осуществляется через связи конечной жесткости, устанавливаемые на нижних торцах и действующие по высоте (по оси Z):

G₁ — модуль сдвига прорезаемых слоев грунта, осредненный в пределах глубины погружения свай;

L — длина свай;

β' — коэффициент, соответствующий абсолютно жесткой свае (EA = ∞) и определяемый по формуле:

k_ν — коэффициент, определяемый по формуле:

ν₁ — коэффициент Пуассона прорезаемых слоев грунта, осредненный в пределах глубины погружения свай;

G₂ и ν₂ — модуль сдвига и коэффициент Пуассона слоев грунта основания, рассматриваемого как линейно-деформируемое полупространство, осредненные в пределах глубины 0,5∙L от нижних торцов свай;

d — расчетный диаметр для свай некруглого сечения, вычисляемый по формуле:

A — площадь поперечного сечения сваи.

Модули сдвига грунта определяются по формулам:

Жесткостные характеристики конечных элементов определяются в зависимости от физико-механических характеристик материалов строительных конструкций и геометрических характеристик их поперечных сечений. Для линейно-упругой модели несущих конструкций, материал которых считается изотропным, основными физико-механическими характеристиками являются модуль упругости и коэффициент Пуассона.

В качестве материала строительных конструкций промежуточных опор используются:

для существующих свай: бетон класса по прочности B20, сталь арматурная класса AI, принимается модуль упругости бетона E = 2,75·10 6 тс/м 2 , коэффициент Пуассона ν = 0,20;
для ригелей и «рубашек» свай: бетон класса по прочности B30, сталь арматурная класса AIII, принимается модуль упругости бетона E = 3,31·10 6 тс/м 2 , коэффициент Пуассона ν = 0,20.

Геометрические характеристики поперечных сечений существующих свай, ригелей и «рубашек» свай (площади, моменты инерции и др.) вычисляются по заданным параметрам, отвечающим их типам.

Параметрами прямоугольных сечений стержневых элементов существующих свай являются высота и ширина, параметром элементов оболочек ригелей и «рубашек» свай является толщина.

Значения параметров поперечных сечений соответствуют значениям, описанным выше в конструктивных схемах промежуточных опор (рис. 8, 9).

Нагрузки, действующие на рассчитываемые конструкции, задаются в виде узловых сил, а также местных распределенных сил с расчетными значениями. По характеру и типу воздействия нагрузки объединяются в соответствующие загружения:

загружение 1 — нагрузки от собственного веса основных несущих конструкций промежуточной опоры (рис. 10);
загружения 2−15 — вертикальные нагрузки от опорных реакций пролетных строений, определяемых воздействиями собственного веса, веса мостового полотна, веса парапетов, веса ограждений, веса подвижного состава А11 (схема варианта 2). Загружения 2−15 отличаются между собой распределением значений опорных реакций по ширине пролетного строения, связанным с изменением положения и количества полос движения подвижного состава (рис. 11);
загружения 16−19 — горизонтальные нагрузки от опорных реакций пролетных строений, определяемых воздействиями торможения подвижного состава А11. Загружения 16−19 отличаются между собой значениями опорных реакций по ширине пролетного строения, связанными с изменением количества полос движения подвижного состава (рис. 12).

Для получения экстремальных показателей напряженно-деформированного состояния системы, на которую действуют несколько загружений, при расчете конструкций промежуточных опор вычисляются 14 комбинаций загружений.

Рис. 10. Загружение 1, нагрузки от собственного веса основных несущих конструкций

Расчеты конструкций промежуточных опор с учетом взаимного влияния свай в кусте выполняются итерационным методом в следующей последовательности:

производится расчет конструкции промежуточной опоры без учета взаимного влияния свай в кусте, при этом определяются опорные реакции в элементах связей конечной жесткости, моделирующих взаимодействие свай с окружающим грунтом основания в продольном направлении, а также вертикальные перемещения их узлов ;
строится матрица взаимного расположения свай в кусте;
строится матрица взаимного влияния свай в кусте:

определяются дополнительные вертикальные давления на связи конечной жесткости , вызывающие эквивалентные дополнительные осадки при взаимном влиянии в кусте (рис. 13−15);
определяются суммарные осадки каждой сваи с учетом взаимного влияния в кусте и дополнительных вертикальных давлений на связи конечной жесткости.

Если значения суммарных осадок на двух последующих итерациях отличаются незначительно (не более чем на 1%), то итерационный расчет можно завершить.

На рис. 16−18 показаны внутренние усилия в элементах сваи N, My, Mz от комбинации загружений C20 на 1-й и 5-й итерациях.

На рис. 19 и 20 проиллюстрированы вертикальные перемещения торцов свай от комбинации C20 на 1-й и 5-й итерациях.

Оценка несущей способности сваи по грунту

Забивная свая 0,35 м·0,30 м L=11,00 м

Отметка подошвы ростверка: 158,90+2,90−0,05−0,40=161,35
Отметка верха сваи после забивки до устройства ростверка: 161,35+0,50=161,85
Отметка погружения нижнего конца сваи: 161,85−11,00=150,85
Глубина погружения нижнего конца сваи: 158,90−150,85=8,05 м
Толщина слоя грунта ИГЭ до отметки погружения нижнего конца сваи: 151,50−150,85=0,65 м

Z_i, м	H_i, м	f_i, т/м 2	Z_i, м	H_i, м	f_i, т/м 2
0,35	0,70	4,65	0,50
0,95	0,50	5,15	0,50
1,45	0,50	5,65	0,50
2,05	0,70	6,15	0,50
2,65	0,50	6,65	0,50
3,15	0,50	7,15	0,50
3,65	0,50	7,725	0,65
4,15	0,50

Оценка несущей способности сваи по материалу

Расчет по прочности

Длина заделки сваи

Расчетная длина сваи

Расчет по образованию в свае продольных трещин от нормальных сжимающих напряжений

Выводы и рекомендации

В результате учета взаимного влияния свай в кусте изменяется деформированная схема промежуточной опоры и происходит перераспределение внутренних усилий в сваях. При этом запас несущей способности наиболее нагруженной сваи по материалу уменьшается с 38,30% до 23,13%, а запас несущей способности наиболее нагруженной сваи по грунту уменьшается с 20,82% до 1,36%.

Читайте также: