Здесь важно упомянуть предыдущую техническую статью о RF-/FOUNDATION Pro, которая поясняет определение сопротивления разрушению основания по EN 1997-1, Приложение D. Наша статья будет посвящена нахождению усредненных характеристик грунта при применении профиля грунта с различными слоями.
Учет уровня грунтовых вод
При вводе профиля грунта в RF-/FOUNDATION Pro можно учесть уровень грунтовых вод.
На Рисунке 01 видно, что был задан уровень грунтовых вод 0,50 м над верхним краем фундамента.
В общем случае можно сказать, что ввод уровня грунтовых вод - в зависимости от высотной отметки - оказывает влияние на все расчеты. Причина в том, что грунтовые воды учитываются как в качестве воздействия как «нагрузка» (подъемная сила), так и в качестве сопротивления, в характеристиках грунта.
Далее мы на примере покажем расчеты устойчивости при подъеме, сопротивления разрушению основания и сопротивления скольжению с учетом влияния уровня грунтовых вод. В данном случае в окне 1.1 заранее установлены «грунтовые условия». Это влияет на формулы для нахождения значений разрушения основания и сопротивления скольжению.
Расчет устойчивости при подъеме
Расчет предотвращения подъемной силы выполняется в модуле RF-/FOUNDATION Pro под обозначением «подъем». Подъем фундамента из-за гидростатической подъемной силы воды на самом деле является анализом статического равновесия с точки зрения предельного состояния UPL. Предотвращение подъема незакрепленной конструкции достигается при соблюдении следующего условия:
Gdst,k ∙ γG,dst + Qdst,rep ∙ γQ,dst ≤ Gstb,k ∙ γG,stb + Tk ∙ γG,stb
Во время расчета устойчивости фундамента при подъеме выполняется проверка поглощения или компенсации подъемных вертикальных нагрузок собственным весом фундамента. В модуле RF-/FOUNDATION Pro вертикальные подъемные нагрузки состоят из гидростатического подъема фундамента, лежащего под уровнем грунтовых вод, а также любых возможных подъемных нагрузок.
Компонент Tk обозначает дополнительную характеристическую сдвигающую силу Tk = ηz ∙ Eah,k ∙ tan δa, которая применяется в качестве стабилизирующего эффекта в качестве силы трения непосредственно на стену конструкции (боковые поверхности фундаментного блока). Tk не применяется в RF-/FOUNDATION Pro. В соответствии со спецификациями [1] и [2] расчет капитальных сооружений в BS-A должен выполняться без приложения сдвигающих сил.
Если нижний край фундамента находится ниже уровня грунтовых вод, то для расчета устойчивости при подъеме необходимо найти гидростатическую подъемную силу.
Результирующая вертикальная подъемная сила Vres,neg в модуле RF-/FOUNDATION Pro состоит из гидростатической подъемной силы и, в некоторых случаях, из существующих подъемных нагрузок, ее можно найти в окне 2.2 в подробностях расчета предотвращения подъема.
Примечание по стаканному фундаменту: У стаканного фундамента при определении подъемной силы учитывается объем фактического стакана. Это означает, что положительно действующая составляющая давления воды на верхний край фундамента соответствующим способом уменьшается вокруг поверхности основания стакана.
При определении результирующей, положительно действующей вертикальной силы в соединении грунта в данном случае учитывается положение уровня грунтовых вод при применении засыпки. Это означает, что слой грунта над верхним краем фундамента должен быть разделен согласно высоте уровня грунтовых вод, а положительная вертикальная нагрузка определяется по собственному весу засыпки с фактическим удельным весом при учете подъема.
При засыпке фундаментной плиты толщиной 0,75 м и заданном уровне грунтовых вод 0,50 м над верхним краем фундамента необходимо разделить грунтовое покрытие на два слоя с разным удельным весом. Слой, находящийся полностью в грунтовых водах, должен учитываться с весом насыщенного грунта за вычетом подъема. RF-/FOUNDATION Pro отобразит подробные значения для каждого слоя грунта в окне результатов 2.2. В этом случае (см. рисунок 03), вес γ = 20,00 кН/м³ применяется выше уровня грунтовых вод. Для слоя грунта в грунтовых водах учитывается удельный вес насыщенного грунта γsat = 20,5 кН/м² с вычетом массы грунтовых вод 10,00 кН/м³, что даст в результате удельный вес при подъеме γ'= 10,5 кН/м³. Для определения расчетного значения нагрузки от грунтового покрытия применяется частный коэффициент надежности γG, stb.
В этом случае необходимо снова рассмотреть размеры присоединенных колонн, аналогично стаканному фундаменту при положительном действии давления воды. Расчет устойчивости при подъеме выполнен, если Vres,neg ≤ Vres,pos.
Расчет сопротивления разрушению основания
Достаточное сопротивление разрушению основания (GEO-2) достигается при выполнении условия Vd ≤ Rd. Влияние грунтовых вод необходимо учитывать как в качестве воздействия, так и сопротивления.
Аналогично расчету устойчивости при подъеме, необходимо учесть в расчете удельный вес грунта при подъеме. В отличие от расчета устойчивости при подъеме, расчетное значение нагрузки от грунтового покрытия определяется с использованием частного коэффициента надежности γG,sup для постоянных, неблагоприятных воздействий. Расчетное значение при подъеме учитывается с помощью частного коэффициента надежности γG,inf.
Сопротивление разрушению основания в RF-/FOUNDATION Pro рассчитывается по EN 1997-1, Приложение D. Характеристическое значение сопротивления разрушению основания можно рассчитать по источнику [1], приложение D, уравнение (D.2), следующим образом:
Примечание к приведенному выше уравнению (D.2): Согласно приложению D [1], параметр γ' соответствует «расчетной эффективной удельной массе грунта ниже уровня фундамента».
Во-первых, эффективный удельный вес γ' учитывается при определении действительной расчетной нагрузки на уровне подошвы фундамента. Во-вторых, эффективный удельный вес γ' применяется для грунта ниже подошвы фундамента и, таким образом, непосредственно для определения сопротивления разрушению основания. Кроме того, более низкая дополнительная нагрузка вследствие действительной плавучести также отрицательно влияет на определение значений эксцентриситетов ex и ey . Эксцентриситеты становятся выше, и следовательно, выход из работы расчетной площади подошвы A' снижается.
Расчет сопротивления скольжению
Достаточное сопротивление скольжению (GEO-2) достигается при соблюдении условия Hd ≤ Rd + Rp,d.
В расчете сопротивления скольжению уровень грунтовых вод учитывается только в качестве сопротивления. Что касается воздействия, уровень грунтовых вод не учитывается. Горизонтальная сила Hd, при которой необходимо рассчитать сопротивление скольжению фундамента, состоит из опорных реакций, рассчитанных в программе RFEM или RSTAB. Результирующее значение Hd охватывает все расчетные воздействия в основании фундамента, включая активные силы давления грунта. Здесь следует отметить, что в модуле RF-/FOUNDATION Pro активное давление грунта не учитывается автоматически. Если горизонтальная составляющая активного давления грунта должна быть учтена в расчете, то она должна быть задана в качестве «дополнительной единичной нагрузки» в P-x или P-y в окне 1.4 «Нагрузки».
При определении значения сопротивления уровень грунтовых вод учитывается с помощью эффективного удельного веса γ' и в качестве собственно подъемной нагрузки. Удельный вес при подъеме γ' оказывает влияние на результирующую вертикальную нагрузку Gcov,d от грунтового покрытия. Подъемная сила, возникающая от уровня грунтовых вод над подошвой фундамента, также применяется в качестве неблагоприятного воздействия с частным коэффициентом надежности γG,sup, благодаря чему результирующая благоприятная вертикальная нагрузка V'd уменьшается в расчете сопротивления скольжению.
Если благоприятное пассивное давление грунта Rp,d должно быть учтено в расчете согласно [1], приложение C, то необходимо активировать данную опцию в окне 1.1 в разделе «Настройки скольжения». В данном случае для определения значения сопротивления грунта применяется удельный вес при подъеме γ'.
