Опис програми плити. Теорії вигину балок і плит на пружній основі та умови їх застосування до розрахунку гнучких фундаментів Розрахунок фундаментної плити на пружній основі

02.08.2023

Сучасні будинки будують на різних фундаментах. Вибір безпосередньо залежить від навантажень, рельєфу підібраної місцевості, структури та складу самого ґрунту та, звичайно ж, кліматичних умов. Ця стаття розкриває повну інформацію про плитний фундамент, дохідливо відповідає на питання, як правильно робити повний розрахунок, який допоможе побудувати потрібну основу.

Особливості

Плитковий тип фундаменту складається з основи споруди, що є плоскою або ж з ребрами жорсткості залізобетонну плиту. Конструкція даного фундаменту буває кількох типів: збірна чи монолітна.

Збірним фундаментом називають укладені готові плити, виготовлені на заводі.Плити укладають будтехнікою на попередньо підготовлену, тобто вирівняну та ущільнену, основу. Тут можуть використовуватися аеродромні плити (ПАГ) або дорожні плити (ПДН, ПД). Така технологія має великий недолік. Пов'язаний він із відсутньою цілісністю, а, як наслідок, і з відповідною неможливістю опору навіть найменшим пересуванням ґрунту. Саме тому збірний тип плитного фундаменту в основному застосовують лише на поверхнях зі скельного ґрунту або на непучинистих великоуламкових ґрунтах для спорудження маленьких будівель з дерева в районах, де мінімальна глибина промерзання.

А ось монолітний плитний фундамент – це одна ціла жорстка залізобетонна конструкція, що зводиться під площею самої будови.

За геометричною формою цей тип фундаменту буває декількох видів.

Простий.Коли нижня сторона фундаментної плитки плоска та рівна.
Посилений.Коли нижня сторона має ребра жорсткості, які розташовані у обчисленому особливими розрахунками порядку.
УШП.Так називають утеплений тип шведських плит, які належать до різновиду фундаментних плит посиленого виду. При будівництві застосовують унікальну технологію: бетонну суміш заливають в окремо розроблений заводський тип незнімної опалубки, який дозволяє надалі формувати на пружній підставі, вірніше, в нижній її частині і на поверхні сітку заармованих і малих за розміром ребер жорсткості. Також УШП має систему підігріву.

Ця стаття розповідає про найпростіший монолітний плитний фундамент.

Переваги та мінуси, критерії вибору

Перше достоїнство – практично досконала універсальність. Іноді в мережі можна зустріти статті, в яких говориться, що фундаментну плитку можна будувати скрізь.

Навіть якщо будівельні роботи ведуться на болотистій місцевості, з плиткою нічого страшного не станеться: у період сильних холодів вона підніметься, а в спекотний період, навпаки, опускатиметься, так би мовити, плавати.

Виходить своєрідний "бетонний корабель", у якого зверху надбудова з цілого будинку.

І все ж тут буде справедливим наступне зауваження: єдиний фундамент, що дозволяє виробляти досить надійне зведення на посадкових і сильнопучинистих ґрунтах, включаючи заболочений тип ґрунту, - пальовий фундамент. Такий тип фундаменту використовується, коли у паль цілком вистачає власної довжини для закріплення в нижніх несучих ґрунтових шарах.

Морозний тип пучення, включаючи просідання, під час відтавання або просідання фундаменту внаслідок зволоження ґрунтової поверхні (наприклад, під час підйому ґрунтових вод) відбуватися під поверхнею всієї плитки однаково не можуть. У будь-якому випадку лише одна зі сторін зміститься більше. Простим прикладом може стати весняне розморожування ґрунтової поверхні. Процес відтавання протікатиме набагато швидше і з більшою інтенсивністю на південній стороні будинку, ніж на північній. Тим часом плитка буде схильна до величезних навантажень, які, до речі, вона не завжди витримує. Все це позначиться на будівлі: будинок може просто нахилитися. Буде не так страшно, якщо ця будівля дерев'яна. А якщо воно зводилося з цегли або блоків, можуть виникнути тріщини на стінах.

Плитний фундамент дозволяє зводити будинки навіть на найскладніших грунтах, куди відносять і середньопучинистий вид грунту, який має найменшу несучу здатність, ніж, наприклад, стрічковий грунт. Ось тільки переоцінювати цю можливість не потрібно.

Чи використовують плитний фундамент під час зведення великих будівель? Деякі стверджують, що на монолітній плиті можна вибудовувати лише найлегші і водночас недостатньо довговічні будови. Це твердження не зовсім правильне, оскільки при виборі сприятливих умов і правильно спроектованому фундаменті з грамотним проведенням будівельної роботи, плитний фундамент здатний витримати навіть московський ЦУМ. До речі, будівля ця якраз і будувалася на плиті.

Занадто висока ціна. Така думка чомусь поширена. Практично всі впевнені, що плитний тип фундаменту дуже дорогий, дорожчий за існуючі види основи. Також чомусь більшість вважає, що вартість складе близько половини наявних витрат на всі подальші будівельні роботи.

При цьому ніхто ніколи жодного порівняльного аналізу не проводив. Також чомусь багато хто не враховує, що під час будівництва будинку, наприклад, робити підлогу не доведеться. Звичайно, тут йдеться про чорнову підлогову поверхню.

Складність самої роботи. Часто чується таке твердження: "Для будівництва фундаменту плитного типу знадобиться досвід кваліфікованих працівників". І все ж таки, якщо прикинути, стане зрозумілим, що такі «майстри» сильно завищують розцінки за свою роботу. Насправді лише незнання технології зазвичай призводить до помилок, а навернути можна і з будь-яким іншим фундаментом.

То з якими складностями можна зіткнутися під час роботи з плитним фундаментом? Під час вирівнювання майданчика? Ні, тут все також і не складніше, ніж при розрівнюванні заглибленої стрічкової фундаментної основи. Може, складність із гідроізоляцією чи з утепленням? Тут, швидше, краще здійснювати дані операції на рівній горизонтальній поверхні, ніж вертикальних площинах.

Може, справа у в'язці арматурного каркасу? Знову ж таки потрібно порівняти і зрозуміти, що простіше, приміром, можна взяти арматуру, розкладену на рівній площадці, або залізти руками в сам стрічковий фундамент з його опалубкою. Може, справа в заливанні бетонної суміші? У цьому варіанті все залежить не від вибраного фундаменту, а, швидше, від особливостей окремої ділянки, від того, чи зможе міксер під'їхати до будівельного майданчика або доведеться заважати бетон вручну.

Насправді зводити фундаментні плити – фізично складне завдання.Через досить велику площу зведення цю роботу можна назвати нудною, але тут не говориться, що буде потрібна допомога кваліфікованих будівельників. Тому зі справою такою зможуть упоратися звичайні «рукасті» чоловіки. До того ж, якщо правильно дотримуватися технологій будівництва та СНиП стовпчастого, плитного та іншого фундаменту – обов'язково все вийде.

Обчислення

Кожен нульовий цикл вимагатиме провести розрахунок, який полягає, перш за все, у визначенні товщини самої плити. Цей вибір не можна робити приблизно, оскільки таке непрофесійне вирішення питання призведе до отримання слабкої основи, яка може потріскатися в морози. Занадто масивну підставу глибокого закладення не роблять, щоб не витрачати невиправдано зайві гроші.

Для самостійної будови будинків можна використовувати розрахунок, наведений нижче.І нехай дані розрахунки не зрівняються з інженерними, які проводять у проектних організаціях, все ж саме ці розрахунки допоможуть у здійсненні якісного закладання фундаменту.

Вивчити ґрунт

Слід вивчити ґрунт, що знаходиться на вибраній ділянці під забудову.

Для подальших розрахунків потрібно вибрати певну товщину для фундаментної плити з відповідною масою. Це допоможе отримати найкращий питомий тиск на наявний вид ґрунту. При навантаженнях, що перевищуються, будова зазвичай починає «потопати», при мінімальних – легке морозне пучення грунтової поверхні накриє фундамент. Все це викликає відповідні не надто приємні наслідки.

Оптимальний питомий тиск для ґрунтової поверхні, на якій зазвичай починають будівництво:

дрібний пісок чи пилуватий тип піску високої щільності – 0,35 кг/см³;
дрібний пісок із середньою щільністю – 0,25 кг/см³;
супіски у твердому та пластичному вигляді – 0,5 кг/см³;
суглинки пластичні та тверді – 0,35 кг/см³;
пластичний сорт глини – 0,25 кг/см³;
глина тверда – 0,5 кг/см³.

Загальна маса/вага будинку

Грунтуючись на розробленому проекті майбутньої будови, можна визначити, якою у будинку буде загальна маса/вага.

Наближене значення питомої маси кожного конструктивного елемента:

цегляна стіна зі 120-міліметровою товщиною, тобто в півцеглини, – до 250 кг/м²;
стіна з газобетону або 300-міліметрових пінобетонних блоків марки D600 – 180 кг/м²;
стіна з колод (діаметр 240 мм) – 135 кг/м²;
150-міліметрова стіна із бруса – 120 кг/м²;
150-міліметрова каркасна стіна (утеплювач обов'язковий) – 50 кг/м²;
горищна з дерев'яних балок з обов'язковим утепленням, що щільністю досягає 200 кг/м³, – 150 кг/м²;
пустотна плита з бетону – 350 кг/м²;
міжповерхова або цокольна з дерев'яних балок, що утеплює, щільність досягає 200 кг/м³ – 100 кг/м²;

монолітне перекриття із залізобетону – 500 кг/м²;
експлуатаційне навантаження для перекриття міжповерхового та цокольного – 210 кг/м²;
з покрівлею, виготовленою із сталі листової, профнастилу або металочерепиці, – 30 кг/м²;
експлуатаційне навантаження для перекриття горищного – 105 кг/м²;
з покрівлею двошаровою з руберойду – 40 кг/м²;
з покрівлею керамічної черепиці – 80 кг/м²;
із шиферною – 50 кг/м²;
сніговий тип навантаження, що застосовується до середньої смуги російської території – 100 кг/м²;
сніговий тип навантаження для північних регіонів – 190 кг/м2;
сніговий тип навантаження для південної частини – 50 кг/м2.

У статті розглянуті деякі питання, пов'язані з виробництвом у Росії сталей різних марок та їх використанням для будівництва металевих конструкцій. Щорічно в нашій країні для будівництва витрачається сталі звичайної міцності, а також підвищеної та високої міцності десятки мільйонів т/р. Наведено важливі для будівельних сталей дані щодо хімічних складів та фізико-механічних характеристик. Розглядаються деякі особливості, які необхідно врахувати під час використання європейських будівельних сталей.

У статті розглядаються проблеми розрахунку будівель та споруд на землетруси. Досліджуються вимушені коливання лінійних та нелінійних систем з одним ступенем свободи при нестаціонарних впливах. Наводяться результати розрахунку багатоповерхової монолітної будівлі у нелінійній динамічній постановці на сейсмічну дію. Аналізуються розрахункові положення норм проектування будівель та споруд для будівництва у сейсмічних районах.

Розв'язання внутрішньої та зовнішньої завдань Лемба здійснюється за допомогою методу кінцевих елементів. Досліджуються плоска та просторова моделі. Як джерела обурень у внутрішній задачі Лемба розглядаються центр розширення, подвійна сила без моменту, момент і чисте зрушення. Тимчасові залежності джерел обурення прийняті як функції Хевисайда. Аналізуються зміщення на вільній межі напівпростору або напівплощини. Досліджується вплив коефіцієнта Пуассона. Рішення здійснюється за допомогою явної різницевої схеми другого порядку точності.

Наведено формули для обчислення внутрішніх зусиль у мембранній панелі, отримані на підставі багатоваріантних розрахунків, проведених з урахуванням геометричної нелінійності системи та податливості опорного контуру при центральному та ексцентричному кріпленні мембрани до опорного контуру.

У роботі дається теоретичне обґрунтування можливості застосування методу Ритца для розрахунку балок та плит на пружній підставі, де використано ідею А.І. Цейтлін для вибору координатних функцій, що в ряді випадків дає можливість отримати точне рішення у формі нескінченного ряду. При розв'язанні інтегральних рівнянь застосовуються спектральні співвідношення методу ортогональних багаточленів. Розглядаються моделі пружної основи Вінклера. Усі розрахунки виконано у традиційній постановці, тобто. без урахування впливу дотичних напруг на контакті конструкції з пружною основою та пружною роботою матеріалів конструкції та основи. Наведено приклади розрахунку для стрижня та кільцевої плити на підставі Вінклеру.

У другій частині роботи дається теоретичне обґрунтування можливості застосування методу Ритца для розрахунку балок та плит на пружній основі з розподільними властивостями. При розв'язанні інтегральних рівнянь застосовуються спектральні співвідношення методу ортогональних багаточленів. Усі розрахунки виконано у традиційній постановці, тобто. без урахування впливу дотичних напруг на контакті конструкції з пружною основою та пружною роботою матеріалів конструкції та основи. Наведено приклади розрахунку для балки на пружній напівплощині та круглої осесиметрично навантаженої плити на пружному напівпросторі.

У цій роботі продемонстровано застосування інерційної механічної динамічної моделі ґрунтового середовища, за її практичної реалізації у розрахунку споруди. З метою уніфікації обладнання розрахунок поверхових спектрів відгуків при сейсмічних впливах виконується при можливому широкому діапазоні варіації ґрунтів основи споруди.

ФОРМУВАННЯ РОЗРАХУНКОВИХ ПАРАМЕТРІВ МОДЕЛІВ СВАЙНИХ ФУНДАМЕНТІВ З ОБЛІКОМ ГЕОМЕТРИЧНОЇ ФОРМИ ПОПЕРЕЧНИХ ПОКЛАДІВ І ЕФЕКТІВ ЇХ ВЗАЄМОДІЇ З ГРУНТОВОГО СЕРЕДОВИЩА

Розроблено розрахункову модель системи спорудження-основу з урахуванням найбільш суттєвих факторів, що визначають напружено-деформований стан як конструктивних елементів пальових фундаментів, так і споруди. Отримані результати розрахунків демонструють хорошу збіжність щодо визначення осаду споруди, виконаних двома різними методами.

Справа в тому, що на сьогоднішній день не існує ідеальної моделі пружної основи. Однією з найпоширеніших є модель Фусса-Вінклера, згідно з якою опорна реакція пружної основи, іншими словами – розподілене навантаження q, що діє на балку, є не рівномірно розподіленою, а пропорційною прогину балки fв точці, що розглядається:

q = - kf (393.1)

k = k о b (393.2)

k про- Коефіцієнт ліжка, постійний для аналізованої основи і характеризує його жорсткість, вимірюється в кгс/см 3 .

b- Ширина балки.

Малюнок 393.1а) модель балки на суцільному пружному підставі, б) реакція підстави q на зосереджену діючу навантаження.

З цього можна зробити як мінімум два висновки, невтішні для людини, що зібралася по-швидкому розрахувати фундамент невеликого будиночка, до того ж навіть основи теоретичної механіки і теорії опору матеріалів, які важко осягнули:

1. Розрахунок балки на пружній основі - це статично невизначена задача, оскільки рівняння статики дозволяють лише визначити сумарне значення навантаження q (реакції основи). Розподіл навантаження по довжині балки описуватиметься досить складним рівнянням:

q/EI = d 4 f/dx 4 + kf/EI (393.3)

яке ми тут вирішувати не будемо.

2. Крім іншого при розрахунку таких балок необхідно знати як коефіцієнт ліжка підстави, а й жорсткість балки ЕI, тобто. всі параметри балки - матеріал, ширина і висота перерізу, повинні бути відомі заздалегідь, тим часом при розрахунку звичайних балок визначення параметрів є основним завданням.

І що в цьому випадку робити простій людині, не обтяженій глибокими знаннями сопромату, теорій пружності та інших наук?

Відповідь проста: замовити інженерно-геологічні дослідження та проект фундаменту у відповідних організаціях. Так, я розумію, що при цьому вартість будинку може збільшитися на кілька тисяч доларів, але це оптимальне рішення в такому випадку.

Якщо ж ви, незважаючи ні на що, хочете заощадити на геологорозвідці та розрахунку, тобто. виконати розрахунок самостійно, будьте готові до того, що доведеться більше коштів витратити на фундамент. Для цього я можу запропонувати такі розрахункові передумови:

1. Як правило суцільна фундаментна плита приймається як фундамент у тих випадках, коли несуча здатність основи дуже низька. Тобто грунт - це пісок або глина, не скельні породи. Для піску, глини і навіть гравію коефіцієнт ліжка, визначений дослідним шляхом залежно від різних факторів (вологості, крупності зерен та ін) k o = 0.5-5 кгс/см3. Для скельних порід k o = 100-1500 кг/см3. Для бетону та залізобетону k o = 800-1500 кгс/см 3 . Як видно з формули 393.1, чим менше значення коефіцієнта ліжка, тим більше буде прогин балки при тому ж навантаженні та параметрах балки. Таким чином ми можемо для спрощення подальших розрахунків припустити, що слабкі ґрунти не впливають на прогинання балки, точніше цим незначним впливом можна знехтувати. Тобто згинальні моменти, поперечні сили, кути поворотів поперечних перерізів і прогини будуть такими ж, як і у балки, завантаженої розподіленим навантаженням. Результатом такого припущення буде підвищений запас міцності і чим більше будуть характеристики грунтів міцності, тим більшим буде запас міцності.

2. Якщо зосереджені навантаження на балку будуть симетричними, то для спрощення розрахунків реакцію пружної основи можна приймати рівномірно розподіленою. Підставою для такого припущення є такі фактори:

2.1. Як правило фундамент, що розглядається як балка на пружній основі, в малоповерховому будівництві має відносно невелику довжину - 10-12 м. При цьому навантаження від стін, що розглядається як зосереджена, насправді є рівномірно розподіленою на ділянці, що дорівнює ширині стін. Крім того балка має деяку висоту, на першому етапі розрахунку не враховується, а тим часом навіть зосереджена навантаження, прикладена до верху балки, розподілятиметься в тілі балки і чим більша висота балки, тим більше площа розподілу. Так наприклад для фундаментної плити висотою 0.3 м і довжиною 12 м, що розглядається як балка, на яку спираються три стіни - дві зовнішні і одна внутрішня, все товщиною 0.4 м, навантаження від стін більш правильно розглядати не як зосереджені, а як рівномірно розподілені на 3 ділянках завдовжки 0.4 + 0.3 · 2 = 1 м. тобто. навантаження від стін буде розподілено на 25% довжини балки, а це не мало.

2.2. Якщо балка лежить на суцільному пружному підставі має відносно невелику довжину і до неї прикладено кілька зосереджених навантажень, то реакція підстави буде змінюватися не від 0 на початку довжини балки до якогось максимального значення посередині балки і знову до 0 наприкінці довжини балки (для варіанта показаного на 393.1), а від деякого мінімального значення до максимального. І чим більше зосереджених навантажень буде прикладено до балки щодо невеликої довжини, тим меншою буде різниця між мінімальним та максимальним значенням опорної реакції пружної основи.

Результатом прийнятого припущення знову ж таки є певний запас міцності. Втім, у цьому випадку можливий запас міцності не перевищить кількох відсотків. Наприклад, навіть для однопрогонової балки, на яку діє розподілене навантаження, що рівномірно змінює від 1.5q на початку балки до 0.5q у середині балки і знову до 1.5q наприкінці балки (див. статтю "Приведення розподіленого навантаження до еквівалентного рівномірно розподіленого") сумарна навантаження складе ql, як і для балки, на яку діє рівномірно розподілене навантаження. Тим часом максимальний згинальний момент для такої балки складе

М = ql 2 / (8 · 2) + ql 2 / 24 = 10ql 2 / 96 = ql 2 / 9.6

Це на 20% менше, ніж для балки, на яку діє рівномірно розподілене навантаження. Для балки, зміна опорної реакції якої описується досить складним рівнянням, особливо якщо зосереджених навантажень буде багато, різниця буде ще меншою. Та й не забуваємо про п.2.1.

У результаті при використанні даних припущень завдання розрахунку балки на суцільному пружному підставі максимально спрощується, особливо при симетричності доданих навантажень, несиметричні навантаження призведуть до нахилу фундаменту і цього слід уникати. Більше того, на розрахунок практично не впливає кількість доданих зосереджених навантажень. Якщо для балки на шарнірних опорах незалежно від їх кількості має дотримуватися умова нульового прогину на всіх опорах, що збільшує статичну невизначеність балки на кількість проміжних опор, то при розрахунку балки на пружній підставі достатньо розглядати прогин, як нульовий, у точках докладання крайніх зосереджених навантажень - Зовнішніх стін. У цьому прогин під зосередженими навантаженнями - внутрішніми стінами визначається відповідно до загальних рівнянь. Ну а визначити осідання фундаменту в точках, де прогин прийнятий нульовим, можна, скориставшись існуючими нормативними документами з розрахунку основ та фундаментів.

А ще можна досить просто підібрати довжину консолей балки таким чином, щоб прогин і під внутрішніми стінами був нульовим. Приклад того, як можна скористатися даними розрахунковими передумовами, розповідається

У книзі розглядаються наближені методи розрахунку балок та плит, розташованих на пружній підставі, за пружністю. Коротко викладено основні принципи теорії граничної рівноваги, розглянуто завдання визначення граничної несучої здатності балки на пружній основі при різному навантаженні. Показано визначення граничного навантаження для рам та ростверків з урахуванням впливу пружної основи. Дано рішення задач для попередньо напруженої балки. Розглянуто вплив двошарової основи. Вирішено завдання, що відносяться до плит, розташованих на пружній основі, при зосередженому навантаженні в центрі, на краю та в кутку плити. Зроблено розрахунок попередньо-напруженої та тришарової плити. Наприкінці роботи наводяться експериментальні дані, що стосуються балок та плит, а також зроблено порівняння з теоретичними результатами. Книга призначена для інженерів-проектувальників і може бути корисною студентам старших курсів будівельних вузів.

Передмова до першого видання
Передмова до другого видання
Вступ

Глава 1. Загальні засади розрахунку
1.1. Умови переходу балок на пружній основі за межу пружності
1.2. Гранична рівновага для елементів, що згинаються
1.3. Загальний випадок
1.4. Освіта пластичних областей в основі
1.5. Умови створення фундаментів найменшої ваги

Глава 2. Балка на пружному напівпросторі
2.1. Найбільше навантаження у пружній стадії
2.2. Розподіл реакцій поза пружності
2.3. Величина граничного навантаження
2.4. Дві зосереджені сили
2.5. Три зосереджені сили
2.6. Поступово розподілене навантаження
2.7. Балка змінного перерізу
2.8. Ростверк із двох перехресних балок
2.9. Тришарова балка
2.10. Зосереджена сила, прикладена несиметрично
2.11. Зосереджена сила на краю балки
2.12. Попередньо-напружена балка
2.13. Попередньо-напружена кільцева балка
2.14. Нескінченно довга балка
2.15. Проста рама
2.16. Складна рама

Розділ 3. Балка на двошаровій основі
3.1. Найбільше навантаження у пружній стадії
3.2. Визначення граничного навантаження
3.3. Застосування групових епюр
3.4. Попередньо - напружена балка на шарі кінцевої товщини
3.5. Ростверки на пружному шарі

Розділ 4. Балка на шарі змінної жорсткості
4.1. Упорядкування диференціальних рівнянь
4.2. Облік впливу власної ваги
4.3. Вибір розрахункової схеми граничного стану
4.4. Приклад визначення граничної сили
4.5. Розрахунок ферми шаруватого перекриття
4.6. Розрахунок шаруватої рами
4.7. Балки на нелінійній основі
4.8. Приклад розрахунку балки на нелінійній основі
4.9. Регулювання реакцій основи
4.10. Визначення оптимальної жорсткості для балки

Розділ 5. Розрахунок плит
5.1. Наближене рішення для нескінченної плити
5.2. Нескінченно жорстка квадратна плита
5.3. Навантаження у кутку плити
5.4. Квадратна плита на двошаровій основі
5.5. Попередньо-напружена плита
5.6. Вплив місцевих та загальних деформацій плити за межею пружності
5.7. Тришарова плита
5.8. Навантаження на краю плити
5.9. Збірні плити

Глава 6. Застосування ЕОМ визначення граничного стану основи
6.1. Метод кінцевих елементів
6.2. Граничне навантаження високої фундаментної балки
6.3. Визначення пластичних областей на основі
6.4. Висока фундаментна балка на пружнопластичній основі
6.5. Граничне навантаження балки, що визначається з умови утворення пластичних областей на підставі
6.6. Використання балкових кінцевих елементів
6.7. Обчислення граничних зсувів та навантажень

Розділ 7. Граничні опади каркасних багатоповерхових будівель
7.1. Основні розрахункові положення
7.2. Метод вирішення задачі та складання загальних рівнянь
7.3. Особливості розрахунку, що залежать від конструкції фундаменту (суцільні плити, стрічкові фундаменти, окремі стовпи)
7.4. Приклади розрахунку

Розділ 8. Результати випробувань
8.1. Рами, ростверки та плити
8.2. Порівняння теоретичних та експериментальних даних
8.3. Модуль деформації основи
Список літератури

Вступ

Балки та плити на пружній основі використовуються головним чином як розрахункові схеми для фундаментів, які є основними елементами, що забезпечують загальну міцність та надійність споруди.

До розрахунку фундаменту, зазвичай, пред'являються підвищені вимоги щодо його стану процесі експлуатації споруд. Невеликі відхилення від встановлених величин в області деформацій або напруги, які часто є в інших конструктивних елементів, для фундаменту виявляються абсолютно неприпустимими.

Це по суті правильне становище іноді призводить до того, що фундаменти проектуються із зайвим запасом міцності та виявляються неекономічними.

Для оцінки величини несучої здатності фундаменту необхідно вивчити розподіл сил у таких конструкціях за пружністю, тільки тоді можна буде встановити правильно ті найбільш раціональні розміри, при яких забезпечується необхідна надійність споруди за його мінімальної вартості.

Складність завдання розрахунку балок на пружному підставі поза пружності у тому, що не можна безпосередньо, без спеціальних прийомів, застосувати загальний метод розрахунку конструкцій по граничному равновесию.

p align="justify"> Метод граничної рівноваги, створений в результаті робіт наших вітчизняних вчених професорів В. М. Келдиша, Н.С. Стрелецького, А.А. Гвоздєва, В.В. Соколовського, Н.І. Безухова, А.А. Чираса, А.Р. Ржаніцина, А. М. Овечкіна та багатьох інших, отримав загальне визнання та широко застосовується на практиці. В іноземній літературі цей метод також використовується та висвітлюється у роботах Б.Г. Ніла, Ф.Г. Ходжа, Р. Хілла, М. Р. Горна, Ф. Блейха, Ст Прагера, І. Гійона та ін; частина цих праць перекладена російською мовою.

Мета – ознайомлення з методикою створення розрахункових схем плоских конструкцій у програмному комплексі SCAD шляхом генерації схеми параметричних прототипів плит на пружній основі.

2. Теоретичне обґрунтування

При розрахунку конструкцій на пружній основі виникають проблеми обліку розподільних властивостей основи, які ігноруються в найпростішому випадку вінклерова основа (клавіша). Більшість реальних ґрунтів мають розподільчу здатність, коли, на відміну від вінклерової розрахункової схеми, в роботу залучаються не тільки безпосередньо навантажені частини основи. Отже, для обліку розподільчої здатності підстави необхідно, по-перше, використовувати відмінні від вінклерової моделі підстави і, по-друге, ввести в розрахункову схему частини підстави, які розташовані за межами фундаментної конструкції.

Облік частини основи, розташованої за областю W, що займає сама конструкція, в SCAD може виконуватися з використанням «нескінченних» кінцевих елементів типу клина або смуги. Ці елементи дозволяють змоделювати все оточення області W, якщо вона опукла і багатокутна (рисунок 6.1).

Багатокутність області практично завжди забезпечується з тим чи іншим ступенем точності. Якщо ж область W є неопуклою або неоднозв'язковою, то вона повинна бути доповнена до опуклої області кінцевими елементами обмежених розмірів. При цьому в частинах, що доповнюються, товщина плити приймається рівною нулю.

Рисунок 6.1 – Розташування законтурних кінцевих елементів типу клина та смуги: 1 – плита; 2 – доповнення області W до опуклої; 3 – елемент-смуга; 4 – елемент-клин

Обчислювальний комплекс SCAD надає користувачам процедури для розрахунку будівель та споруд у контакті з основами. Ці процедури полягають у обчисленні узагальнених характеристик природних чи штучних підстав. Зазвичай проектувальники відчувають певні труднощі щодо призначення цих характеристик, особливо неоднорідних шаруватих підстав, т.к. отримання відповідних експериментальних даних вимагає проведення спеціальних натурних випробувань, а накопичені табличні дані які завжди адекватні реальним умовам проектування.

3. Апаратура та матеріали

Комп'ютерний клас на 25 міс. Програмний комплекс SCAD. Нормативно-технічна документація у будівництві.

4. Вказівки з техніки безпеки

До виконання лабораторних робіт допускаються лише студенти, які пройшли інструктаж з техніки безпеки.

Відстань від робочого місця до монітора має бути не менше 1 м. Забороняється торкатися руками екрану монітора, рухати системний блок у робочому стані.

5. Методика та порядок виконання роботи

Створити Новий проект.

Вибрати Тип схеми.

Сформувати Схему -прямокутну сітку зі змінним (рисунки 6.3 – 6.4) або постійним кроком (рисунок 6.5), розташовану в площині XoY або XoZ. Призначення параметрів сітки виконується у діалоговому вікні, зображеному малюнку 6.2.

Рисунок 6.2 – Діалогове вікно

Тип схеми та її положення у просторі призначаються за допомогою кнопок, встановлених у верхній частині вікна. При правильному виборі типу схеми кінцевим елементам автоматично буде призначено тип і його доведеться змінювати у процесі роботи зі схемою. За замовчуванням плитам призначається тип 11.

Рисунок 6.3 – Схема плити з різним кроком сітки вздовж осей Х та Y

Рисунок 6.4 – Схема плити зі змінним кроком сітки вздовж осей Х та Y

Рисунок 6.5 – Прямокутна плита з постійним кроком сітки кінцевих елементів

При призначенні різного кроку сітки слід пам'ятати, що найбільш якісне рішення буде отримано при співвідношенні сторін чотиризлових кінцевих елементів, близьким до 1. Не рекомендується призначати співвідношення більше 1/5. Ідеальним у цьому значенні є квадрат.

Здійснити введення навантажень.

Завдання виду, напряму та значення навантажень виконується у діалоговому вікні (рисунок 6.6), яке відкривається після натискання кнопки Навантаження на пластинив інструментальній панелі Завантаження. У вікні слід встановити систему координат, в якій задається навантаження (загальне або місцеве), вид навантаження (зосереджене, розподілене, трапецієподібне), ввести значення навантаження та його прив'язку (для розподілених та трапецієподібних навантажень прив'язка не задається). У діалоговому вікні демонструється піктограма, що показує позитивний напрямок дії навантаження.

Рисунок 6.6 – Діалогове вікно Завдання навантажень на пластинчасті елементи

Після натискання кнопки ОКу діалоговому вікні можна розпочати призначення навантаження на елементи схеми. Перед початком введення навантажень бажано увімкнути відповідний фільтр відображення.

При введенні зосереджених навантажень програма контролює прив'язки навантажень у межах елемента. Якщо навантаження не потрапляє на елемент, видається повідомлення і позначаються на схемі елементи, у яких припущено помилку прив'язки.

Навантаження на пластинчасті елементи може бути задане і розподіленою по лінії, що з'єднує два зазначених користувачем вузла елемента. Для завдання цього навантаження необхідно:

– у діалоговому вікні призначити вид навантаження (рівномірно розподілене або трапецієподібне) та активізувати відповідну кнопку По лінії;

– встановити напрямок та ввести величину навантаження;

- натиснути кнопку ОКу діалоговому вікні;

- Вибрати на схемі елементи, до вузлів яких прив'язується навантаження;

- натиснути кнопку ОКв розділі Завантаження;

– у діалоговому вікні (рисунок 6.7) призначити вузли, до яких прив'язується навантаження (вузли обводяться на схемі зеленим та жовтим кільцями для першого та другого вузлів прив'язки відповідно);

– натиснути кнопку або .

Рисунок 6.7 – Діалогове вікно Призначення вузлів прив'язки навантаження по лінії

У разі використання кнопки Призначити лише вибраному елементунавантаження буде призначено одному елементу (його номер вказано у вікні). Після призначення маркер вибору цього елемента буде погашено, і керування перейде до наступного елементу.

Якщо була натиснута кнопка Повторити для всіх вибраних елементів, тонавантаження буде автоматично призначено всім вибраним елементам. Природно, що при цьому необхідно бути впевненим, що положення вузлів, між якими задається навантаження, у всіх вибраних елементах відповідає задуму навантаження.

Виконати розрахунок.

Отримати різноманітні форми подання результатів розрахунку.

Здійснити друк результатів.

Структура звіту:

– методика та порядок виконання роботи;

– результати;

- Висновки.

Результати оформляються у вигляді таблиць та графічного матеріалу, відповідно до отриманих даних.

7. Контрольні питання та захист роботи

У чому полягає особливість розрахунку конструкцій на пружній основі?

Як сформувати прямокутну сітку зі змінним кроком для пластинчастого елемента у ПК SCAD?

Як сформувати прямокутну сітку з постійним кроком для пластинчастого елемента у ПК SCAD?

У чому полягає особливість введення навантажень для пластинчастого елемента у ПК SCAD?

Завдання навантажень, розподілених лінією, на пластинчасті елементи.

Як зробити облік частини основи, розташованої за областю, яку займає сама конструкція?

До якого типу відноситься плита на пружній основі?

Лабораторна робота 7

Схожі статті: