Фундаменты при динамических воздействиях реферат

Обновлено: 02.07.2024

8.35 Основания фундаментов сооружений, под­верженных воздействию источников вибрации, и машин с динамическими нагрузками проекти­руются исходя из характера источников вибра­ции и специфики работы каждого вида машин и оборудования.

8.36 Техническое задание на проектирование оснований фундаментов сооружений, подвер­женных воздействию источников вибрации, и машин с динамическими нагрузками должно содержать:

— технические характеристики источников виб­рации и колебаний (наименование, тип, мощ­ность, масса, стационарность, скорость движу­щихся и ударяющихся частей), места их разме­щения и компоновки (отдельный или общий фундамент);

— данные о величинах, местах приложения и направлениях действия статических и динами­ческих нагрузок, в т. ч. на анкерные болты, а также об их амплитуде, частоте, фазе;

— данные об инженерно-геологических изыска­ниях;

— требования по защите фундаментов от аг­рессивных и вредных воздействий.

8.37 Следует различать два типа источников вибрации — подвижный и стационарный, и два типа машин — периодического и непериодичес­кого действия.

Машины периодического действия подразделя­ются на виды:

— с равномерным вращением (электродвигате­ли, турбогенераторы, дымососы и вентиляторы, центрифуги, роторы и др.);

— с равномерным вращением и возвратно-поступательным движением (с кривошипно-шатунным механизмом, компрессоры, насосы, двигатели внутреннего сгорания, лесопильные рамы и т. д.);

— с возвратно-поступательным движением, за­вершающимся ударами (вибрационно-ударные, встряхивающие).

Машины непериодического действия делятся на виды:

— с неравномерным вращением или возвратно-поступательным движением (прокатные станы, генераторы разрывных мощностей и др.);

— с возвратно-поступательным движением, за­вершающимся ударами (молоты, копры и др.);

— передающие на фундамент случайные им­пульсивные нагрузки (щековые, конусные и мо­лотковые дробилки, а также мельничные бара­банные и трубчатые установки).

8.38 Фундаменты сооружений и машин, подвер­женных действию источников вибрации, следу­ет проектировать простой формы: а) монолит­ными (железобетонными, бетонными); б) сбор­но-монолитными; в) сборными (при соответст­вующем обосновании) — с разделительными швами не менее 100 мм между боковыми гранями фундамента машин и полом сооружения, в кото­ром эти машины установлены, а также между по­лом и фундаментами несущих конструкций соору­жения.

Монолитные фундаменты применяются для любых типов сооружений и машин, а сборно-монолитные и сборные, как правило, под маши­ны периодического действия. Применять их под машины с ударными нагрузками не допускается.

8.39 В качестве фундаментов для машин с ди­намическими нагрузками используются плитные массивные и рамные конструкции в виде от­дельных опор под каждую машину и общие — под несколько машин. Для оснований III катего­рии сложности и стесненных площадок допус­кается применять свайные фундаменты, как правило, из свай сплошного сечения.

8.40 Основные положения по проектированию фундаментов сооружений и машин, подвержен­ных воздействию источников вибрации, должны удовлетворять разделам 4-7, условиям безо­пасности труда, санитарным нормам, а также допустимым уровням вибрации для технологи­ческих процессов, приборов и оборудования.

Класс бетона по прочности на сжатие для фун­даментов, подверженных динамическим воз­действиям, должен приниматься не ниже В12,5 для монолитного варианта и не ниже В15 для сборного варианта фундаментов. Армирование фундаментов назначается по расчету.

При действии ударных нагрузок применяется только горячекатанная стержневая арматура в вязаных каркасах.

В местах изменения размеров фундамента в плане и по высоте, по контуру вырезов, а также в местах, ослабленных отверстиями или выем­ками для колодцев, следует предусматривать конструктивное армирование.

8.41 Размеры и форму верхней части фунда­мента, подверженного воздействию динамичес­ких нагрузок, назначают с учетом размеров опорных частей надземных конструкций и пас­портных данных заводов-поставщиков оборудо­вания (габариты опорной плиты, расположение анкерных болтов).

Расстояние от наружной грани фундамента до грани колодца должно быть не менее 50 мм при диаметре анкерного болта dp 24 мм.

СНБ5.01.01-99

8.42 Высоту фундаментов следует назначать минимальной из условия размещения в них технологических выемок и шахт, а также надеж­ной заделки анкерных болтов. Расстояние от нижних концов наиболее глубоко заделанных болтов до подошвы фундамента должно быть не менее 100 мм.

8.43 Расчет оснований фундаментов при воз­действии на них динамических нагрузок сводит­ся к определению:

— амплитуд колебаний фундаментов и их от­дельных элементов (Aαdm), мм;

— среднего статического давления под подош­вой фундамента (Р), кПа, на естественном осно­вании или несущей способности сваи (fdi), кН;

— возможности возникновения дополнительных осадок основания, вызванных действием виб­рации.

8.44 Наибольшая амплитуда колебаний верхних граней фундамента (Aαdm), мм, (в т. ч. верти­кальных аz и горизонтальных ay, с учетом воз­можных поворотов относительно главной гори­зонтальной оси инерции и вертикальной оси) должна удовлетворять условию

где Aαdm — наибольшая амплитуда колебаний фун­дамента, определяемая расчетом или полученная опытным путем;

— предельно допустимая амплитуда, регла­ментируемая соответствующими документами, зада­нием на проектирование, с учетом санитарных и тех­нологических требований.

Величина должна быть не более:

— для машин с вращающимися частями 0,1-0,2 мм;

— для машин с кривошипно-шатунным меха­низмом 0,1-0,25 мм;

— для кузнечных молотов 1,2 мм (0,8 мм для водонасыщенных песков);

— для дробилок 0,3 мм;

— для мельничных установок 0,1 мм;

— для прессов и подвижного состава 0,25 мм (0,2 мм для грузового состава).

Машины периодического действия делятся на три подгруппы: с равномерным вращением (электродвигатели, моторогенераторы, турбогенераторы, роторы и др.); с равномерным вращением и связанным с ним возвратно – поступательным движением (компрессоры, насосы, двигатели внутреннего сгорания, лесопильные рамы и др.); с возвратно поступательным движением, завершающимся непрерывно следующими один за другим ударами (встряхивающие и вибрационно-ударные машины).

Машины непериодического действия также делятся на три подгруппы: с неравномерным вращением или возвратно-поступательным движением (приводные электродвигатели прокатных станов, генераторы разрывных мощностей и др.); с возвратно-поступательным движением, завершающимся отдельными ударами (молоты ковочные и штамповочные, копровые устройства и др.); с давлением, вызывающим перемещения обрабатываемого материала и передающим на фундамент случайные нагрузки (мельничные установки).

9.1.2. Виды фундаментов под машины с динамическими нагрузками

1) массивные, бетонные или железобетонные для всех видов машин;

2) рамные, сборные или сборно-монолитные, представляющие собой ряд поперечных рам, которые опираются на нижнюю плиту или на ростверк и связаны поверху между собой продольными балками, либо верхнюю плиту, которая опирается на стойки, заделанные в нижнюю плиту, или на сваи-колонны;

3) стенчатые в виде поперечных или продольных стен, опирающихся на нижнюю плиту или на ростверк и связанных между собой поверху ригелями или плитой.

Сборно-монолитные и сборные фундаменты допускается устраивать главным образом для машин периодического действия, не допускается для машин с импульсными ударными нагрузками.

9.1.3. Расчёт оснований таких фундаментов.

По первой группе предельных состояний выполняется:

1) проверка среднего статистического давления под подошвой для фундаментов на естественном основании или несущей способности основания для свайных фундаментов; эта проверка производится для всех без исключения типов машин

где среднее давление на основание под подошвой фундамента от расчётных статических нагрузок (вес фундамента, грунта на его обрезах, машины и вспомогательного оборудования с коэффициентом перегрузки n=1); коэффициент условий работы грунтов основания, учитывающий характер динамической нагрузки и ответственность машины; коэффициент условий работы грунтов основания, учитывающий возможность возникновения длительных деформаций при действии динамических нагрузок; расчётное сопротивление грунта.

где несущая способность грунтов основания одиночной сваи; несущая способность сваи в статических условиях, определяемая в зависимости от вида сваи и грунтовых условий; и коэффициенты условий работы грунтов основания, принимаемые в зависимости от грунтовых условий;

Расчёт фундаментов по второй группе предельных состояний включает:

где наибольшая амплитуда колебаний верхней грани фундамента, рассчитываемая для определённого типа фундамента под машины; предельно допустимая амплитуда колебаний, определяемая по СНиП 2.02.05-87;

2) определение осадок и деформаций (прогибов, крена и т.п.) фундаментов или их элементов; эти расчёты выполняются в отдельных случаях для ответственных сооружений и при наличии требований, ограничивающих перемещения и деформации фундаментов (по СНиП 2.02.01-83).

9.1.4. Расчёт на колебания.

При назначении безопасных расстояний до объектов, чувствительных к вибрациям, уровень вибраций, распространяющихся в грунте от фундаментов машин, может быть приближенно оценен по формуле:

где амплитуда вертикальных (горизонтальных) колебаний грунта на поверхности в точке, расположенной на расстоянии от оси фундамента – источника волн в грунте; амплитуда свободных или вынужденных вертикальных (горизонтальных) колебаний фундамента – источника в уровне его подошвы; ( приведённый радиус подошвы фундамента – источника, м, равный ; площадь подошвы фундамента – источника).

9.1.5. Определение упругих и демпфирующих характеристик основания для расчёта фундаментов.

Основную упругую характеристику естественных оснований фундаментов машин – коэффициент упругого равномерного сжатия , кН/м 3 , определяют экспериментально. Если нет испытаний, для фундаментов с площадью подошвы А не более 200 м 2

где коэффициент, зависящий от вида грунта; модуль деформации грунта под подошвой фундамента; м 2 .

Коэффициенты упругого неравномерного сжатия , упругого равномерного сдвига , упругого неравномерного сдвига :

Коэффициенты жёсткости для естественных оснований:

при вертикальных поступательных колебаниях фундамента (при упругом равномерном сжатии)

при горизонтальных поступательных колебаниях фундамента (при упругом равномерном сдвиге)

при вращательных колебаниях относительно горизонтальной оси, проходящей через подошву фундамента (при упругом неравномерном сжатии)

при вращательных колебаниях относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента (при упругом неравномерном сдвиге)

где площадь подошвы фундамента; моменты инерции подошвы фундамента относительно горизонтальной и вертикальной осей.

Эти коэффициенты связывают напряжения и моменты действующие по подошве фундамента, с вызываемыми ими соответствующими упругими перемещениями: вертикальными , горизонтальными , поворотами и относительно главных горизонтальной и вертикальной осей инерции, проходящих через центр тяжести подошвы фундамента

По мере распространения колебаний в грунте происходит их затухание, которое принято оценивать коэффициентом относительного демпфирования. Относительное демпфирование доля критического затухания колебаний.

Коэффициенты относительного демпфирования: для установившихся (гармонических) и случайных колебаний

для неустановившихся (импульсных) колебаний

где к.о.д. при горизонтальных колебаниях; к.о.д. при вертикальных колебаниях; к.о.д. для вращательных колебаний относительно горизонтальной и вертикальной осей; среднее статическое давление на основание под подошвой фундамента от расчётных статических нагрузок при коэффициенте перегрузки, равном 1.

9.1.6. Расчёт фундамента на вынужденные колебания.

Вынужденные вертикальные колебания фундамента описываются дифференциальным уравнением

а вынужденные горизонтально-вращательные колебания фундамента – системой дифференциальных уравнений:

где масса установки (фундамента, машины, грунта на обрезах фундамента); момент инерции массы установки относительно оси вращения; коэффициенты демпфирования основания для вертикальных, горизонтальных и вращательных колебаний; коэффициенты жёсткости основания при упругом равномерном сжатии, равномерном сдвиге и неравномерном сжатии; соответственно вертикальные и горизонтальные смещения центра тяжести установки и угол поворота фундамента; расстояние от общего центра тяжести установки до подошвы фундамента; вертикальная и горизонтальная составляющие возмущающих сил и момент от возмущающих сил; угловая частота вращения машины.

9.1.7. Способы уменьшения амплитуд колебаний фундаментов.


Учитывая, что ограничение амплитуды колебаний ограничивает при данной частоте скорость и ускорение колебаний, при проектировании фундаментов стремятся в основном к уменьшению амплитуды. В связи с этим при вертикальных колебаниях стараются увеличить которое зависит от площади подошвы . При вертикальной возмущающей силе делают фундаменты с максимальной площадью подошвы и с минимальной массой. При горизонтальной возмущающей силе и моменте стремятся применять фундаменты малой высоты – распластанные.

9.2. Фундаменты в сейсмических районах.

9.2.1. Определение сейсмических нагрузок на фундаменты.

1) Основания сооружений, возводимых в районах с сейсмичностью 7,8,9 баллов должны проектироваться с учётом требований СНиП по проектированию зданий и сооружений в сейсмических районах. Если меньше 7 баллов – без учёта сейсмичности.

2) Проектирование оснований с учётом сейсмических воздействий должно выполняться на основе расчёта по несущей способности на особое сочетание нагрузок.

Предварительные размеры фундаментов допускается определять расчётом основания по деформациям на основное сочетание нагрузок (без учета сейсмического воздействия).

3) Целью расчёта несущей способности оснований при особом сочетании нагрузок является обеспечение их прочности для скальных грунтов и устойчивости для нескальных грунтов, а также недопущения сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Деформации основания при особом сочетании нагрузок с учётом сейсмических воздействий расчёту не подлежат.

9.2.2. Расчёт фундаментов и оснований на сейсмические воздействия.

Расчёт оснований по несущей способности выполняется на действие вертикальной составляющей внецентренной нагрузки, передаваемой фундаментом

где вертикальная составляющая расчётной внецентренной нагрузки в особом сочетании; вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания при сейсмических воздействиях; сейсмический коэффициент условий работы; коэффициент надёжности по назначению сооружения.

Горизонтальная составляющая нагрузки учитывается при расчёте фундамента на сдвиг по подошве. Проверка на сдвиг по подошве производится с учётом трения подошвы фундамента о грунт, но с учётом сейсмического коэффициента условий работы

При расчёте несущей способности нескальных оснований, испытывающих сейсмические колебания, ординаты эпюры предельного давления по краям подошвы фундамента определяются по формуле:

где коэффициенты формы; коэффициенты несущей способности, зависящие от расчётного значения угла внутреннего трения; и соответственно расчётные значения удельного веса грунта, находящегося выше и ниже подошвы фундамента (с учётом взвешивающего действия подземных вод); глубина заложения фундаментов; коэффициент, принимаемый равным 0,1; 0,2; 0,4 при сейсмичности площадок строительства 7,8 и 9 баллов соответственно.

Эксцентриситеты расчётной нагрузки и эпюры предельного давления определяются по формулам

где вертикальная составляющая расчётной нагрузки и момент, приведённые к подошве фундамента при особом сочетании нагрузок. В зависимости от соотношения между величинами и вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания принимается:

где и размеры подошвы фундамента.

На подпорные стенки и стены подвальных помещений учитывают раздельно инерционное сейсмическое давление грунта и давление, вызванное изменением напряжённого состояния среды при прохождении в ней сейсмических волн.

Активное и пассивное давление грунта на подпорные стенки с учётом сейсмического воздействия

где коэффициент сейсмичности, принимаемый равным 0,025; 0,05; 0,1 соответственно при 7,8 и 9 баллах; угол внутреннего трения грунта при расчёте по устойчивости; соответственно активное и пассивное давления грунта при статическом состоянии.

Дополнительные горизонтальные нормальные и касательные напряжения, возникающие в грунте при прохождении сейсмических волн

где удельный вес грунта; скорости распространения продольных и поперечных сейсмических волн в грунте, определяемые экспериментально; преобладающий период сейсмических колебаний (обычно принимают с).

Сейсмические нагрузки прикладываемые к подпорной стенке как инерционные

где вес элемента сооружения, отнесённый к точке ; коэффициент, учитывающий допустимые повреждения зданий и сооружений; коэффициент, учитывающий конструктивные решения зданий и сооружений; – коэффициент демпфирования; коэффициент, зависящий от расчётной сейсмичности; коэффициент, соответствующий i-му тону собственных колебаний здания или сооружения; коэффициент, зависящий от формы деформации сооружения при его собственных колебаниях по i -му тону и от расстояния нагрузки до обреза фундамента.

9.2.3. Конструктивные особенности фундаментов.

Во избежание нарушения частоты собственных колебаний однородных конструкций фундаменты отдельного сооружения или отсека здания закладывают на одну и ту же глубину.

Для исключения подвижки здания по обрезу фундаментов гидроизоляцию стен выполняют из слоя цементного раствора. Применение битумной гидроизоляции не допускается.

Целесообразно колонны каркасных зданий располагать на сплошных фундаментных плитах, перекрёстных ленточных фундаментах или соединять фундамент и свайные ростверки вставками, которые исключают подвижку фундаментов относительно друг друга.

В сборных ленточных фундаментах под стены по их обрезу устраивают армированный пояс, работающий на растяжение.

В свайных фундаментах нижние концы свай опирают на плотные грунты. Непрерывный ростверк располагают на одной и той же глубине в каждом отдельном отсеке. Подпорные стенки не рекомендуется делать большой высоты.

Неблагоприятные грунты основания: пески рыхлые насыщенные водой, слабые пылевато-глинистые грунты в текучем и текучепластичном состоянии.

Исходя из линейной теории упругости скорости распространения продольных и поперечных упругих волн зависят от модуля упругости, коэффициента Пуассона и плотности среды.

Природные грунты являются многокомпонентной зернистой средой, способной поглощать энергию волн. Основной причиной, определяющей затухания колебаний, является потеря энергии на возбуждение упругих волн в грунте, которые переносят энергию от фундамента в отдаленные от него части грунтового массива, где эта энергия постепенно поглощается за счет неупругого сопротивления грунта Поэтому по мере распространения волны благодаря диссипативным свойствам грунтов колебания постепенно затухают.

Экспериментально установлено, что затухания волн происходит быстрее в маловлажных грунтах.

  1. Какие грунты в большей степени снижают свои прочностные и деформационные характеристики под воздействием нагрузок?

Свои прочностные характеристики дисперсные грунты (песок, супесь). Рыхлые пески при ускорении колебаний, превышающем критическое, могут уплотнятся вплоть до полного уплотнения, а в водонасыщенном состоянии – переходить в разжиженное состояние с полной потерей несущей способности.

Глинистые же грунты наоборот благодаря связности, более устойчивы к динамическим нагрузкам, однако, при пластичном и текучем состоянии, они могут подвергаться тиксотропному разупрочнению.

  1. Какие машины относятся к машинам с динамическими нагрузками?

К машинам с динамическими нагрузками относятся:

- машины непериодического действия

К машинам периодического действия относятся машины с равномерным вращением, равномерным вращением и связанным с ним возвратно – поступательным движением и возвратно – поступательным движением, завершающимся периодическими ударами (электродвигатели и турбогенераторы; компрессоры, насосы, двигатели внутреннего сгорания и пилорамы; ударно – вибрационные формовочные машины и штамп-автоматы.)

К машинам непериодического действия относятся машины с неравномерным вращением или возвратно – поступательным движением (приводные электродвигатели прокатных станов генераторы разрывных мощностей), с возвратно – поступательным движением, завершающимся отдельными ударами (молоты, копровые установки), с движением, вызывающим перемещение обрабатываемых масс, передающих на фундаменты случайные нагрузки (мельничные установки).

  1. Назовите типы фундаментов под машины с динамическими нагрузками?

Типы фундаментов под машины с динамическими нагрузками:

- массивными в виде блока или плиты с необходимыми приямками, колодцами и отверстиями для размещения частей машины, вспомогательного оборудования, коммуникаций;

- стенчатыми, состоящими из нижней фундаментной плиты (или ростверка), системы стен и верхней плиты (или рамы), на которой располагается оборудование;

- рамными, представляющими собой пространственную конструкцию, состоящую, как правило, из верхней плиты или системы балок, опирающихся через стойки на нижнюю фундаментную плиту;

- облегченными различных конструктивных типов, в том числе безростверковыми свайными

  1. Какие расчеты оснований и фундаментов должны выполняться при проектировании фундаментов под машины с динамическими нагрузками?

Расчет фундаментов машин и их оснований в соответствии с действующим СП 26.13330.2012 включает:

- расчет колебаний фундаментов или отдельных их элементов (вторая группа предельных состояний);

- проверку среднего статического давления под подошвой фундамента на естественном основании p или несущей способности свай (первая группа предельных состояний);

- расчет прочности элементов конструкций фундамента.

А при наличии в задании на проектирование технологических требований, ограничивающих перемещения и деформации фундамента, следует выполнить их статический расчет из условия совместной деформации основания и фундамента.

Особенности динамических воздействий на сооружении и грунты основании

Динамические нагрузки. Динамические воздействия на сооруже­ния и грунты основания могут быть вызваны различными причи­нами: технологией ведения строительных работ (уплотнение грун­та трамбовками, вибраторами; забивка свай и шпунта и т. п.); технологическими или эксплуатационными условиями (движе­ние неуравновешенных масс стационарно установленных машин и оборудования; движение наземного и подземного транспорта и т. д.); локальными природными или инженерно-геологическими процессами, включая последствия хозяйственной деятельности че­ловека (порывы ветра; удары волн; карстовые провалы; обвалы; откачка больших масс воды или нагнетание иод большим давлени­ем масс воды в глубокие скважины; создание крупных водохрани­лищ в горно-сейсмических районах, мощные взрывы и т. д. и т. п.); современными тектоническими д вижениями, происходящими в верх­ней части земной коры н проявляющимися на ее поверхности (зем­летрясения).

Эти воздействия проявляются в виде динамических нагрузок, быстро изменяющихся во времени но величине, направлению, а иногда и по положению. Следствием динамических нагрузок являются волновые колебания, возникающие в сооружении и грун­тах основания. При этом сооружение может быть как источником колебаний (например, фундаменты машин и оборудования с дина­мическими нагрузками), так и воспринимать колебания, переда­ющиеся от других источников. Общая картина распространения колебаний может быть крайне сложной (рас. 17.1).

Различаются вибрационные нагрузки, при которых силы, их вызывающие, изменяются по гармоническому закону (например, вращение частей машин с неуравновешенными массами); ударные (импульсные) нагрузки, характеризуемые однократными и много­кратными кратковременными импульсами (взрывы, кузнечные мо­лоты, забивка свай и др.); сейсмические нагрузки, возникающие при землетрясении. При работе некоторых машин возникает сочета- 496

ние вибрационных и удар- ных нагрузок. Локальные инженерно-геологические процессы вызывают на- грузки, которые часто на- зывают микросейсми- ческими.

Динамические нагрузки могут различаться по инте- нсивности (слабые, силь- ные и сверхсильные) и по времени действия (кратко- временные и длительные).

Они по-разному будут воз- действовать на сооружение и грунты основания.

Виды и характеристики колебаний. Если к сооруже-

нию приложить кратковременную нагрузку, вызывающую его ко- лебания, то колебательные движения сооружения будут продо- лжаться и после ее устранения. Такие колебания называют сво- бодными или собственными. Характеристики собственных ко- лебаний определяются параметрами сооружения (массой и же- сткостью конструкции, видом фундамента). С течением времени из-за вязкого сопротивления воздуха и особенно грунтов основания произойдет рассеивание (диссипация) энергии первоначального импульса, поэтому свободные колебания будут затухающими.

Если же сооружение или основание в процессе колебания будет все время находиться под действием возмущающих сил, то такие колебания называют вынужденными. Они не затухают в течение всего времени действия сил. Характеристики вынужденных колеба­ний зависят как от параметров колеблющейся системы, так и от закона изменения возмущающих сил.

Поскольку в расчетах фундаментов на динамические воздей­ствия большое значение имеют характеристики колебаний, при­ведем основные понятия, подробно рассматриваемые в курсе фи­зики. Периодическими называют незатухающие колебания, опи­сываемые функцией Z(t)=Z(t+KT) (рис. 17.2, а, б). Если пери­одические колебания могут быть записаны по закону синуса или косинуса, например Z(f) = asin(wf+y), то их называют гармони­ческими (рис. 17.2, а). Периодом колебания Т называют интервал времения, за который система совершает один цикл колебаний, возвращаясь в исходное состояние; частотой колебаний /— коли­чество циклов колебаний за единицу времени. За единицу частоты гармонических колебаний принимается герц (Гц), равный одному циклу колебаний в секунду. Величину отклонения колеблющейся


Рис. 17.1. Динамическое воздействие источ­ников колебаний на сооружение:

1 — транспортный тоннель; 2 — наземный транс­порт; 3 — забивка свай; 4 — сооружение; 5 — установка с динамической нагрузкой; б — напла­стование грунтов

точки от ее положения равно- весия называют амплитудой колебания а, а ее удвоенную ве- личину (2а) — размахом коле- баний.

Непериодические затуха- ющие колебания (рис. 172, в) характеризуются логарифми- ческим декрементом затухания 8=In (Z„/Zn+О или коэффициен- том затухания е=8/Т. Чем бо- льше коэффициент затухания б, тем быстрее затухают колеба- ния.

Важно отметить, что очень сложные графики колебаний, регистрируемые при наблюде- нии за реальными процессами, могут быть представлены как сочетания нескольких графиков простых колебаний.

Если собственная частота колебаний системы совпадает с частотой вынужденных коле- баний, наступает явление ре- зонанса, сопроводающееся воз- растанием амплитуды колеба-

ний точек системы. Известный из курса физики случай разрушения моста, по которому строевым шагом проходил полк солдат, связан именно с возникновением резонанса.

Явления, происходящие в грунтах при динамических воздействиях. Влияние динамических воздействий на изменение свойств грунтов зависит как от интенсивности нагрузок, частоты и продолжитель­ности их действия, так и от вида грунта, его состояния по плотности и влажности.

Исследованиям этих сложных проблем посвящены работы Д. Д. Баркана, О. А. Савинова, Н. Н. Маслова, П. JI. Иванова, Н. Д. Красникова и др.

В практике строительства известны случаи, когда длительная работа машин или оборудования с динамическими нагрузками вы­зывала значительные осадки расположенных на некотором удале­нии конструкций, приводящие к их авариям и даже разрушению. Известны также случаи возникновения в настоящее время допол­нительных осадок старинных зданий, построенных на слабых грун­тах, из-за динамического влияния городского транспорта при воз- 498



Рис. 17.2. Графики колебаний;

а—гармонические незатухающие; б—иери- одическае с несимметричным циклом; в — гармонические затухающие

росшей интенсивности его движения. Эти процессы связаны с явле­нием виброкомпрессии — дополнительным уплотнением рых­лых несвязных грунтов даже при слабых и умеренных вибрацион­ных или часто повторяющихся ударных нагрузках.

Механизм виброкомпрессии заключается в том, что динамичес­кое воздействие на грунт приводит к разрушению структуры и воз­никновению вследствие этого взаимного перемещения частиц. При увеличении частоты вибрации перемещение частиц приобретает ха­рактер длительного накопления деформаций во времени, назван­ного П. JI. Ивановым виброползучестью. Он приводит следу­ющий характерный пример виброползучести. В Нижнем Новгороде было построено на песчаном основании здание кузнечного цеха. Известно, что стабилизация осадок песчаных оснований при дейст­вии статических нагрузок происходит очень быстро, а величина их относительно невелика. В рассмотренном же случае осадки, достиг­шие 30 см, развивались в течение семи лет без существенного затухания деформаций. Такой характер деформаций можно объяс­нить только длительным развитием процесса ползучести песков при действии повторяющихся динамических нагрузок.

Длительные вибрационные и ударные нагрузки могут приводить к снижению сопротивления сдвигу как песчаных, так и глинистых грунтов, особенно в водонасыщенном состоянии. Это вызывает уменьшение несущей способности оснований при динамической на­грузке на фундамент по сравнению с ее величиной при статической нагрузке. В глинистых грунтах, особенно пластичной и текучей консистенции, при динамических воздействиях отмечается разжи­жение (тиксотропия) грунта. Разжижение свойственно и водона­сыщенным песчаным грунтам различной крупности, особенно пыле­ватым и мелким. В зависимости от интенсивности и продолжитель­ности динамического воздействия разжижение может сопровож­даться последующим уплотнением песчаного грунта под действием массовых сил.

Описанные явления свидетельствуют о том, что проектирование фундаментов сооружений при действии динамических нагрузок всегда должно проводиться с учетом возможного уменьшения несущей способности грунтов основания. Для ответственных со­оружений, чувствительных к неравномерным деформациям, осо­бенно располагаемых на водонасыщенных мелких и пылеватых песках и глинах, необходимо учитывать дополнительные осадки,

Читайте также: