Распределение напряжений по подошве фундамента (изобары, распоры, сдвиги)

Напряжения, возникающие по подошве фундамента, являются силами взаимодействия между сооружением и его основанием. С одной стороны их можно рассматривать как нагрузку, передающуюся от сооружения на основание, и тогда закон изменения этой нагрузки имеет существенное значение для расчета напряжений и деформаций в основании. С другой стороны их рассматривают как реактивные силы, представляющие собой воздействие основания на сооружение. В этом случае закон распределения реактивных сил имеет большое практическое значение при расчете фундаментов по прочности и деформациям. В связи с этим важно оценить, как жесткость фундамента сказывается на распределении контактных давлений и давлений в массиве грунта.

Если фундамент абсолютно жесткий, то все точки его площади подошвы будут иметь при центральной нагрузке одну и ту же вертикальную деформацию.

Характер эпюры контактных давлений для жестких круглого и полосового штампов будет иметь вид, приведенный на схеме.

Концентрация напряжений у краев штампа в целом мало

мало влияет на полную осад ку, так как в массиве грунта

распространяется лишь на небольшую глубину от подош-

вы штампа. На схеме пунктиром показана эпюра с учетом

реальных свойств грунта (ползучесть скелета, изменение

Рxy модуля деформации с глубиной.

При практических расчетах допускается пренебрегать

концентрацией напряжений у краев штампа и выполнять расчет на основе формул центрального и внецентренного сжатия. Вид эпюр контактных давлений при центральном и внецентренном загружении жесткого штампа:

N N

Pmin

P Pmax

Действующие по подошве штампа давления определяются по формулам:

; ± , где

А, Iх – площади и момент инерции площади подошвы штампа.

При определении эпюры контактного давления штампа необходимо учитывать его изгибную деформцию. В зависимости от жесткости распределительной конструкции контактное давление может иметь очертание от седлообразного до параболического.

Для гибких фундаментных балок гибкость учитывается по формуле:

, где Ео– модуль деформируемости грунта основания; Е – модуль деформируемости балки; h1и l – высота и полудлина балки.

l l

Г=5

Г=0

Г=1

Помимо гибкости на форму эпюры контактных давлений влияют глубина заложения штампа, величина внешней нагрузки, обуславливающей развитие пластических деформаций в грунте, а следовательно, и от прочностных свойств грунта.

Изобары – это линии равных напряжений. К ним относятся изобары – лини равных , распоры – линии равных и сдвиги – линии равных τ.

0,9p 0,3p 0,2p

b b

р p

2b b b 2b b 2b

0,3p 0,2p 0,1p

0,5p

0000 b

1,5b

0,2p b 1,5b

0.1р 0.1р

Анализ этих эпюр позволяет сделать выводы:

1. Грунт, расположенный внутри области, ограниченной изобарой 0,1Р практически обеспечивает восприятие внешней нагрузки. Эта область рассматривается как основание сооружения, т.е. можно считать, что основание ограничено глубиной до 6 b.

2. Напряженно-деформируемое состояние грунта имеет место за пределами прикладываемой нагрузки.

3. Области предельных состояний формируются под угловыми точками прикладываемой нагрузки, поскольку в этих точках касательные напряжения достигают предельных значений.

Изобары в грунте под абсолютно жесткие фундаменты. Концентрация давления у краев жестких фундаментов сказывается на распределении напряжений в массиве грунта лишь на небольшую глубину от подошвы, и общая «луковица» лишь незначительно изменяется. Общая осадка фундаментов мало зависит от их жесткости.

0,6

0,55

0,50

0,4