Расчет несущей способности фундамента в осушенном и не осушенном грунте

Техническая статья

В дополнительном модуле RF-/FOUNDATION Pro мы можем рассчитать фундаменты (фундаментные плиты, стаканы и блочные фундаменты) на все опорные усилия модели в RFEM/RSTAB. Геотехнические расчеты производятся по норме EN 1997-1.

В нашей статье главным образом поясняется расчет фундамента по норме [1], Приложение D, а также различия между «осушенным» и «не осушенным» грунтом.

Пример: Маятниковая опора с фундаментной плитой

Для того, чтобы показать различия, выполним расчет фундаментной плиты маятниковой опоры.

Pисунок 01 - Маятниковая опора

На колонну действуют собственный вес, полезная нагрузка, снеговая и ветровая нагрузка в четырех случаях нагружения. Значения нагрузок показаны на следующем рисунке.

Pисунок 02 - Нагружение

Сочетания нагрузок для расчета предельной несущей способности (STR/GEO) в программе RFEM создаются автоматически по норме EN 1990 и применяются к расчетам в дополнительном модуле RF-/FOUNDATION Pro.

Ввод данных в RF/FOUNDATION Pro

Поскольку несущая способность фундаментной плиты будет рассчитана по [1], Приложению D, необходимо выбрать данную опцию в диалоговом окне «1.1 Общие данные».

Зададим размеры фундаментной плиты, длину и ширину 1,25 м соответственно, а толщину t, равную 25 см.

Остальные параметры, например марка бетона, размеры колонны, диаметр арматуры, марка арматуры и т. д., не имеют значения для данного расчета, поскольку в подробных настройках мы обозначили только расчет несущей способности и расчет скольжения фундамента. Упомянутые параметры, таким образом, не являются частью расчета и для них могут быть сохранены настройки по умолчанию.

Для расчета несущей способности фундамента решающее значение имеют настройки параметров грунта. Мы можем задать их в «Профиле грунта». В связи с этим стоит упомянуть нашу предыдущую техническую статью, в которой подробно объясняется, как задать профиль грунта и определить несущую способность фундамента в слоистом грунте при условии его осушения.

В нашем случае расчет производится с одним постоянным параметром грунта под основанием фундамента. Применим следующие параметры грунта:

Гравий, гравийно-песчано-глинистая смесь (GC)
γ = 21,0 кН/³
φk = 35,0°
с'k = 0,007 МН/м²
cuk = 0,040 МН/м²

Важно отметить, что модуль RF/FOUNDATION Pro по умолчанию отображает только применяемые параметры. Параметры зависят от выбора настройки «осушенного» или «не осушенного» грунта в диалоговом окне «1.1 Общие данные». Если мы дезактивируем опцию «Отобразить только используемые параметры», мы увидим все параметры данного слоя почвы.

Pисунок 05 - Параметры грунта

Решающие опорные реакции и моменты

Для определения несущей способности в данном случае решающими являются опорные реакции из генерированного загружения CO4. Сочетание нагрузок задано следующим образом:

$\frac12\;\cdot\;\mathrm{CO}4\;=\;1,35\;\cdot\;\mathrm G\;+\;1,50\;\cdot\;\mathrm Q\;+\;0,75\;\cdot\;\mathrm S\;+\;0,90\;\cdot\;\mathrm W$

Полученные опорные реакции показаны на рисунке ниже.

Pисунок 06 - Решающие опорные реакции в CO4

Различие между «осушенным» и «не осушенным» грунтом

Термины «консолидированный» и «неконсолидированный» в RF- / FUND Pro также следует интерпретировать как «истощенный» и «неиспользованный». Перед тем как начать расчет пользователь должен выбрать и проверить, как будет произведен расчет несущей способности фундамента - в соответствии с уравнением (D.1) или (D.2).

Pисунок 07 - Выбор "осушенного" и "не осушенного" грунта

В общем случае предполагается, что увеличение нагрузки поглощается или передается структурой почвы (в условиях осушения). В случае отсутствия дренирования увеличение напряжения в грунте поглощается не структурой почвы, а внутрипоровой водой, которая находится под повышенным давлением (не осушенный грунт).

Несущая способность в не осушенном грунте

Несущая способность фундамента по [1] Приложению D, уравнение (D.1), равна:

$\frac{\mathrm R}{\mathrm A'}\;=\;\left(\mathrm\pi\;+\;2\right)\;\cdot\;{\mathrm c}_\mathrm{uk}\;\cdot\;{\mathrm b}_\mathrm c\;\cdot\;{\mathrm s}_\mathrm c\;\cdot\;{\mathrm i}_\mathrm c\;+\;\mathrm q$
где
A' = полезная площадь основания B' ⋅ L'
cuk = общая связность неосушенной почвы
bc = коэффициент наклона подошвы фундамента
sc = коэффициенты формы подошвы
ic = коэффициент отклонения нагрузки
q = внешнее давление либо давление нагрузки на уровне подошвы фундамента

С упомянутыми выше настройками расчета мы получим следующие промежуточные результаты:

A' = 1,5404 м²
b c = 1,00, поскольку в модуле RF-FOUNDATION Pro всегда предполагается горизонтальное положение подошвы фундамента
sc = 1,197
ic = 0,963
q = 0,005 кН/м²

Если подставить данные значения в уравнение (D.1), мы получим следующую характеристическую несущую способность Rk/A':

$\frac{\mathrm R}{\mathrm A'}\;=\;\left(\mathrm\pi\;+\;2\right)\;\cdot\;0,040\;\mathrm{МН}/\mathrm m²\;\cdot\;1,197\;\cdot\;0,963\;+\;0,005\;\mathrm{МН}/\mathrm m²$

Таким образом, расчетное значение несущей способности равно:

$\frac{{\mathrm R}_\mathrm k}{\displaystyle\frac{\mathrm A'}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm R,\mathrm v}}}\;=\;\frac{0,242\;\mathrm{МН}/\mathrm m²}{1,40}\;=\;0,173\;\mathrm{МН}/\mathrm m²$

Pисунок 08 - Подробные результаты расчета несущей способности фундамента

Несущая способность фундамента в осушенном грунте

Определение несущей способности фундамента в условиях осушенной почвы было пояснено в предыдущей статье, поэтому мы не будем повторно объяснять расчет по уравнению (D.2).

Несущая способность в условиях осушенного грунта равна:

$\frac{{\mathrm R}_\mathrm k}{\displaystyle\frac{\mathrm A'}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm R,\mathrm v}}}\;=\;\frac{1,124\;\mathrm{МН}/\mathrm m²}{1,40}\;=\;0,803\;\mathrm{МН}/\mathrm m²$

Резюме

На данном примере мы показали влияние задания «осушенных» или «не осушенных» условий для грунта в диалоговом окне 1.1 на расчет несущей способности фундамента по норме EN 1997-1, Приложение D. На практике в большинстве случаев предполагаются условия осушенной почвы.

Несмотря на это, модуль RF-/FOUNDATION Pro содержит оба варианта на выбор и дает возможность произвести расчет с учетом осушенных и не осушенных условий, если свойства грунта неоднозначны.

Настройка «осушенного» или «не осушенного» грунта помимо расчета несущей способности также влияет на расчет на сдвиг и определение сопротивления скольжения грунта. Более подробную информацию вы найдете в Руководстве к RF-FOUNDATION Pro, глава 3, сопротивление сдвигу.

Ключевые слова

фундамент осушенный не осушенный

Литература

[1]   Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1: Allgemeine Regeln; DIN EN 1997-1:2014-03

Загрузки

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или найдите различные предлагаемые решения и полезные советы на страницах часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

RFEM Основная программа
RFEM 5.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций методом конечных элементов (МКЭ) плоских и пространственных конструктивных систем, состоящих из плит, стен, оболочек, стержней (балок), тел и контактных элементов

Цена первой лицензии
3 540,00 USD
RFEM Железобетонные конструкции
RF-FOUNDATION Pro 5.xx

Дополнительный модуль

Расчет отдельных, сборных и блочных фундаментов

Цена первой лицензии
760,00 USD
RSTAB Основная программа
RSTAB 8.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций рам, балок и ферм, выполняющее линейные и неьинейные расчеты внутренних сил, деформаций и опорных реакций

Цена первой лицензии
2 550,00 USD
RSTAB Железобетонные конструкции
FOUNDATION Pro 8.xx

Дополнительный модуль

Расчет отдельных, сборных и блочных фундаментов

Цена первой лицензии
760,00 USD