Расчет отказа сваи пример расчета: 3.2 Пример расчета

Содержание

3.2 Пример расчета

Условие: Рассчитать марку молота для забивки железобетонных свай в суглинок средней плотности. Длина свай 6 м, масса с наголовником 1500 кг. Расчетная нагрузка на сваю N = 400 кН.

Решение: 3.2.1 Минимально-необходимая энергия удара

Еh = 0,045 * 400 = 18 кДж

Из справочников по свайным работам /например, Свайные работы /М.И. Стородинов., А.И. Егоров., Е.М. Губанов и др./

Под ред. М.И. Стородинова – 2-е изд. – М.: Стройиздат, 1988-223с подбираем варианты молотов: СССМ-570 с энергией Е одного удара согласно технической характеристике 27 кДж /паровоздушный одиночного действия/, С-232 с энергией Е удара 18 кДж /паровоздушный молот двойного действия/, С-995А с наибольшей энергией Е удара 22 кДж /трубчатый дизель-молот/.

3.2.2 Расчетная энергия удара выбранных молотов:

Молот СССМ-570 Еd = Ст* Н = 18 * 1,5 = 28 кДж ≥ Еh = 18 кДж

Молот С-232 Еd = Е = 18 кДж = Еh = 18 кДж

Молот С-995А Еd = 0,9 Ст Н = 0,9* 12,5* 2,8 = 31,5 кДж > Eh = 18 кДж

Таким образом, все молоты удовлетворяют условию / 5 /.

3.2.3 Проверка по условию / 6 /:

Молот СССМ-570 К = (2,7 + 1,5)/ 27 = 0,16 Кт = 0,5

Молот С-232 К = (4,65 + 1,5)/ 18 = 0,34 Кт = 0,6

Молот С-995А К = (2,9 + 1,5)/ 31,5 = 0,14 Кт = 0,6

Все молоты также удовлетворяют условию / 6 /, однако у молота С-232 значение /К/ наиболее близко к табличному /Кт/.

Обобщенная экспертная оценка результатов расчета позволяет в качестве наиболее рационального принять молот С-232.

4 Расчет контрольного “отказа” при забивки сваи

4.1 Теоретическая часть

Основным требованием к качеству погружения сваи является достижение ею проектной несущей способности. Для установления несущей способности сваи в процессе производства работ применяют динамический метод испытания, основанный на корреляционной зависимости сопротивления сваи и отказа. Отказ – величина погружения сваи от одного удара, или среднее арифметическое от серии ударов – залога, например, 10 ударов – для подвесных молотов и молотов одиночного действия /для молотов двойного действия и вибропогружателей принимают число ударов или работу оборудования в течении 2 мин./. Фактический отказ, зафиксированный в процессе контролируемого погружения сваи /испытания/, сравнивается с расчетным /проектным/. Отказ замеряется в конце погружения сваи с точностью до 1 мм не менее чем от трех последовательных залогов.

В зависимости от требований проекта при длине сваи до 25 м /СНиП 3.02.01.-87/ динамическим испытаниям в процессе работ подвергаются 5-20 свай в характерных точках свайного поля. До начала погружения сваи размечают для контроля глубины погружения, начиная от нижнего конца. Первые риски наносят через 1 м, потом через 0,5 м, в верхней части – через 0,1 м. Против рисок записывают длину сваи от нижнего конца.

В процессе погружения сваи в грунт растет ее несущая способность и величина погружения сваи с каждым ударом установившейся мощности уменьшается.

Забивку заканчивают после достижения среднего отказа от трех последовательных залогов, не превышающего расчетного. В процессе динамических испытаний свай ведутся журналы, в которых отражаются все параметры контролируемой забивки свай, в т. ч. глубина и длительность /чистая/ погружения свай, число ударов молота.

Свая, не давшая расчетного /проектного/ отказа, подвергается контрольной добивке после “отдыха” и засасывания ее в грунт в течение 6 суток – для глинистых и разнородных грунтов, 10 суток – для водонасыщенных мелких и пылеватых грунтов. Сваи давшие “ложный” отказ, не допогруженные на 10-15 % длины, подвергают обследованию с целью устранения причин, затрудняющих забивку. В случае, если отказ при контрольной добивке превысит расчетный, проектная организация должна провести уточнение проектного решения свайного фундамента и провести статические испытания свай /ГОСТ 5686-78/.

В качестве контролируемого параметра вместо проектного значения отказа может быть принята проектная отметка /глубина/ погружения сваи /устанавливается проектом – для слабых грунтов с несущей способностью сваи не более 200 кН/.

Контрольный расчетный отказ Sa определяют по формуле:

η A Ed m1 + E2 (m2 + m3)

Sa = ——————— * ————————— = (м) / 7 /

Fd (Fd + η A) m1 + m2 + m3

где η – коэффициент, в зависимости от материала свай /табл. 2

СНиП 3.02.01-87/, кН/м2, 1500 – для железобетонных свай с

наголовником, 1000 – для деревянных свай без подобабка, 800

– для свай деревянных с подобабком;

Fd – несущая способность сваи по проекту, кН;

A – площадь, ограниченная наружным контуром поперечного

сечения сваи, м2;

E2 – коэффициент восстановления удара /для молотов

ударного действия и свай железобетонных и деревянных, свай-

оболочек/, равен 0,2.

Несущая способность сваи Fл может быть определена через расчетную нагрузку N, передаваемую на сваю:

Fd = k N , кН

где k – коэффициент надежности /1,4 СНиП 2.02.03-85, п.3.9/.

Отказ, определенный по формуле /7/ должен превышать 0,002

м, если это условие не выполняется, то делается

дополнительный уточненный расчет отказа по СНиП 3.02.01-

87 /приложение 4/ и анализируются дополнительные

мероприятия по применению подмыва, лидерных скважин и

др. /п.11.2 СНиП 3.02.01-87/.

определение залога и среднее значение при устройстве, применение

На чтение 5 мин Просмотров 456 Опубликовано Обновлено

Свайные фундаменты привлекательны возможностью использования на разных видах почв, включая пучинистые, заболоченные и иные проблемные грунты. При обустройстве основания важно правильно провести предварительные расчеты. Одним из важных параметров является отказ сваи.

Определение и необходимость залога

Понятие «залог при забивке свай» используется при расчете проектных величин. Залог сваи – это комплекс из нескольких ударов по ней (не менее четырех), производимых с помощью молотка и помогающих узнать среднее значение отказа. Количество движений зависит от типа инструмента, которым производится процедура.  Когда применяется дизельный молот, число ударов равно 10. При использовании вибрирующего погружателя или инструмента двойного действия величину измеряют количеством движений в минуту. Опору всегда погружают до тех пор, пока не будет достигнуто проектное значение. При работах необходимо контролировать вертикальность ее положения.

Расчетный отказ сваи – показатель, свидетельствующий о ее достаточной заглубленности, а также о способности выдерживать нагрузку, предполагаемую проектом постройки.

Для максимальной точности вычислений рекомендуется проводить несколько типов испытаний. Сюда относятся динамическое и статическое тестирование опорных элементов, а также изучение почвы и процедура зондирования.

Истинный и ложный отказ сваи

Выделяются два типа отказа опоры.

Ложный получается сразу же по окончании погружения до той точки, на которой ее заглубление от залога идентично проектному плану. Истинный отказ получается по истечении некоторого периода времени после того как статическая нагрузка будет удалена, а земля успеет восстановить свою структуру. Способ определения этой величины посредством ударов специального молотка, предназначенного для забивки свай, носит название динамических испытаний. Длительность перерыва варьируется в зависимости от особенностей почвы, присущих данной местности.

На время выдерживания влияют состав грунта, его влажность и плотность. В Московской области оно может варьироваться в пределах 20-40 дней. После того как почва восстановится, у опорного элемента возрастает значение несущей способности по сравнению с тем, каким оно было сразу после внедрения сваи в землю.

Формула Герсеванова для расчета отказа свай

Чтобы посчитать отказ L сваи, возникающий от единичного ударного воздействия, используется формула:

L = ((F*Эр*n)/(P(Kn*P+F*n)*Kn) * (e(q1+q)+Qn)/(q1+q+Qn)).

Величины, входящие в выражение:

  • F – площадь сечения опоры в квадратных метрах;
  • Эр – энергия ударного воздействия;
  • n – коэффициент, используемый при погружении сваи из железобетона с использованием дизельного молота;
  • P – проектное значение несущей способности;
  • Kn – коэффициент надежности;
  • q – масса опоры с наголовным элементом;
  • q1 – масса подбабка;
  • Qn – вес дизельного молотка;
  • e – коэффициент, показывающий восстановление опоры после удара.

В результате расчета получается значение отказа в сантиметрах. Задействованные в формуле величины массы, а также несущая способность выражаются в килоньютонах (1 кН = 102 кг). Параметр q1 используют в случае расположения установки для забивания опор над котлованом. Коэффициент е для конструкции из железобетона, снабженной наголовником и вкладкой из дерева, равен 0,2. Параметр n принимается равным 150 кН/м2.

Коэффициент надежности зависит от числа свай: чем их больше, тем меньше цифра. Для 1-5 опорных элементов значение будет равно 1,75. Если же свай больше двух десятков, берут цифру 1,1.

Расчет несущей способности сваи

Вычислить несущую характеристику Р можно, воспользовавшись следующим выражением:

P  = (yc/yq) * (0,5*F*n + √0,25*F2*n2+(F*n/e)*QH*̅((Q+0,2q)/(Q+q)))

Величина e в данной формуле – действительное значение отказа, QH – работа молотка, а Q – масса его ударного сегмента. Используемые в выражении коэффициенты yc и yq указывают соответственно на условие работы опоры и надежность. Остальные переменные обозначают те же величины, что и в предыдущей формуле.

Среднее значение при устройстве свай

Среднее значение при устройстве свай называется отказом. Определять его можно по-разному, в зависимости от способа погружения опоры в землю и применяемого при этом инструмента. Выделяют следующие величины:

  • Отказ вдавливания, определяемый усилием на окончательных 0,5 м заглубления. Этот участок делится на 5 отрезков по 0,1 м и для каждого из них фиксируется параметр.
  • Забивной отказ – усредненное значение углубления опоры при единичном движении, входящем в десятку конечных в залоге.
  • Параметр, используемый при работе с погружающим виброинструментом. Он определяется по последней трети залога, длящегося 3 минуты.

Если значение опоры превысило расчетное, ее продолжают заглублять по прошествии некоторого периода ее пассивного нахождения в почве. Длительность этого интервала зависит от состава и характеристик грунта. Меньше всего он у крупнопесчаных почв, не отличающихся повышенной влажностью: в этом случае сваю оставляют на передержку минимум трое суток. Максимальный интервал устанавливается для случаев, когда опора проходит через пластичный глинистый грунт, отличающийся мягкостью или текучестью.

Практическое применение полученных данных

Если при погружении конструкции на требуемую глубину значение отказа остается слишком большим даже по окончании манипуляций, произведенных после периода выдержки, работы координируют с компанией, подготовившей проект. Ее представители могут посоветовать внести в него изменения либо провести статическое тестирование опор. Бывают случаи, когда отказный параметр устанавливают строго, а степени заглубления придается меньшее значение. Тогда допускается недобить опору (но не более, чем на 0,5 м).

Отказ сваи

Термин отказ сваи используется для обозначения определения глубины залегания, на которой возникает трудность с твердостью грунта. Существует расчетные и практические отказы, что они обозначают видно по самому понятию.

Любые свайные конструкции устанавливаются лишь по заранее проведенным расчетам. Поэтому нельзя просто так приехать на участок и забить сваи, на которых позже начать работы предварительно не рассчитав особенности почвы и другие технические моменты. Без предварительных расчетов ваши сваи могут уйти под землю.

Отказ сваи при забивке – это уровень погружения в процессе забивки и вдавливания. Исходя их практики, это можно пояснить тем, что дальше стержень уже не продвигается из-за твердости грунта. Отказ сваи измеряется в миллиметрах.

Залог сваи.

   Так ка по единичным ударам невозможно определить отказ сваи, для этого проводится целая серия ударов. После этого можно определить среднее значение данной величины. Если используется молот для расчета величины залога, то требуется всего лишь 10 ударов молота. Если используются вибропогружатели или вдавливающие устройства, то залог определяется по единицам времени.

Любые действия со сваи должны проходить до полного отказа стержня опускаться глубже.

Ложный отказ.

   На практике мы можем убедиться, что в процессе забивки сваи случаются остановки. Они случаются ранее до расчетного залога и называются ложным отказом. Такое часто случается на определенных почвах. Ложный отказ зачастую связан с слишком интенсивными или быстрыми ударами стержнем сваи в грунт, после этого требуется не большой перерыв для восстановления работ.

Истинный отказ.

   Можно получить через три-шесть недель после того, ка снята статическая нагрузка на сваи.

      Расчет отказа сваи.

   Происходить когда стержень полностью достиг непроходимой почвы. Рассчитывается с помощью заданных параметров:

• Масса молота либо масса механизма.

• Масса ударной молота.

• Сопротивление грунта.

• Площадь сечения.

• Вес сваи.

• Энергия ударов сваебойного молота.

• Упругость отказов стержня.  

Формула расчета несущей способности сваи

—  М — коэффициент, зависящий от вида грунта

—  А  — площадь сечения сваи

— Sel- упругий отказ сваи

— Ed — расчетная энергия вибропогружателей или

  удара молота

— m1 — масса молота или вибропогружателя

— m2 — масса сваи и наголовника

— m4 — масса ударной части дизель молота

—  Sa — остаточный отказ сваи

 

Калькулятор расчета отказа свай при вибропогружении

Если Вам необходима помощь справочно-правового характера (у Вас сложный случай, и Вы не знаете как оформить документы, в МФЦ необоснованно требуют дополнительные бумаги и справки или вовсе отказывают), то мы предлагаем бесплатную юридическую консультацию:

  • Для жителей Москвы и МО — +7 (495) 332-37-90
  • Санкт-Петербург и Лен. область — +7 (812) 449-45-96 Доб. 640

Отказ измеряется с точностью до 1 мм. Поскольку измерить осадку от единичного удара молотом сложно, отказ принято определять с помощью среднего значения серии из 10 ударов залог. Если погружение сваи производится дизельным молотом, залог принято считать равным 10 ударам. Если же при забивании свай используется молоты двойного действия или вибропогружатели, залог измеряется количеством ударов в единицу времени за 1 минуту. В любом случае погружение сваи производится до достижения проектного значения отказа. Истинный отказ — можно получить после отдыха периода в течение недель после снятия статической нагрузки на сваи.

Изменение начальных свойств грунтов при погружении свай, зависимость этих изменений от технологии устройства свай- ных фундаментов и использу- емого оборудования, взаимное влияние свай при их совмест- ной работе в кустах, включение в ряде случаев в работу низ- кого ростверка и многое другое предопределили чрезвычайно сложный характер взаимодей- ствия свай с грунтовым основа- нием, не поддающийся строго- му математическому описанию. Поэтому для решения практи- ческих задач фундаментостро- ения действительные условия.

Условие: Рассчитать марку молота для забивки железобетонных свай в суглинок средней плотности. Длина свай 6 м, масса с наголовником кг. Губанов и др.

Расчет несущей способности свай при действии вертикальных нагрузок

Условие: Рассчитать марку молота для забивки железобетонных свай в суглинок средней плотности. Длина свай 6 м, масса с наголовником кг. Губанов и др. Под ред. Стородинова — 2-е изд. Обобщенная экспертная оценка результатов расчета позволяет в качестве наиболее рационального принять молот С Основным требованием к качеству погружения сваи является достижение ею проектной несущей способности.

Для установления несущей способности сваи в процессе производства работ применяют динамический метод испытания, основанный на корреляционной зависимости сопротивления сваи и отказа. Отказ замеряется в конце погружения сваи с точностью до 1 мм не менее чем от трех последовательных залогов. До начала погружения сваи размечают для контроля глубины погружения, начиная от нижнего конца. Первые риски наносят через 1 м, потом через 0,5 м, в верхней части — через 0,1 м. Против рисок записывают длину сваи от нижнего конца.

В процессе погружения сваи в грунт растет ее несущая способность и величина погружения сваи с каждым ударом установившейся мощности уменьшается. Забивку заканчивают после достижения среднего отказа от трех последовательных залогов, не превышающего расчетного.

В процессе динамических испытаний свай ведутся журналы, в которых отражаются все параметры контролируемой забивки свай, в т. Несущая способность сваи F л может быть определена через расчетную нагрузку N, передаваемую на сваю:.

Свайные основания все чаще находят применение в различных отраслях строительства. Практическая ценность и эффективность такого фундамента позволяет достигать отличных результатов в реализации проекта.

При этом, прочность и качество основания напрямую зависят от правильного выполнения расчетов и всех этапов производства работ. В свайном строительстве существует много определений и свойственных характеристик. Отказ сваи при забивке это важный момент, которые играет особую роль для возведения основания необходимой прочности. В общем виде, отказ сваи это вычисленная или, практическим путем, установленная отметка глубины, на которой происходит затруднение погружения сваи из-за состава и характеристик грунта.

Перед выполнением работ по возведению свайного поля нужно не только точно определить и вынести в натуру фактическое местоположение свай. Кроме этого, важно точно провести геологические изыскания на объекте и вычислить глубину отказа сваи — так удастся оптимально использовать возможности свайного основания и предотвратить его разрушение.

Проектный отказ сваи это определенный на основе множества исходных данных уровень грунта, на котором погружение сваи становится проблемным. Отказ измеряется в миллиметрах. В процессе забивания сваи молотом или вдавливания сваи специальной установкой может произойти два варианта развития событий: либо свая в какой-то момент упрется в прочный горизонт и перестанет уходить в грунт, либо она провалиться в землю полностью.

Для строительства важен выход на заданную отметку, поэтому предварительное определение проектного отказа сваи крайне важно для эффективности всего строительства. Важным понятием в производстве забивных работ является залог сваи. Это величина, на которую опора готова погружаться. В процессе забивки можно проследить тенденцию, на которую свая уходит вглубь. Обычно для этого применяют отметку за 10 ударов молота: отмечается глубина, на которую опора уходит вглубь.

Если погружение осуществляется вибрационным способом, то отсчет залога определяют по временному промежутку. Важная особенность: работы по погружению сваи выполняются вплоть до момента, когда она прочно сядет в грунт и дальнейшее погружение окажется невозможным. Ложный отказ сваи может произойти из-за медленного или слишком часто ритма забивания опоры. Также такую задержку могут вызвать особенности слоев грунта. В любом случае, если остановка погружения происходит до выхода на заданную расчетную глубину, или до отметки залога, то следует продолжать работы.

Истинный отказ сваи является конечной целью. Благодаря проектным работам и предпроектным изысканиям удается выявить эту отметку и необходимо на неё выходить. В таком случае основание получает достаточную прочность и надежность. Отказ сваи, определение которого заключается в плановом погружении опоры на установленную глубину, крайне важно для успеха всего строительства.

Рассчитанный отказ свай при забивке должен соответствовать практическому в пределах допустимого несоответствия.

Просто знать, что такое отказ сваи при забивке недостаточно для грамотного производства работ. Важно правильно выполнить проектные расчет, потому что это определяет последующий порядок работ. Расчет отказа сваи определяет ту проектную отметку, при выходе на которую свая полностью обеспечивает необходимую несущую способность. Для максимально точного определения параметров отказа выполняется несколько важных испытаний:. По результатам инженерно-геологических изысканий собирают необходимую для расчетов информацию.

А непосредственно для определения отказа сваи используются следующие формулы:. В любом случае есть варианты для дальнейшей работы, которые помогают достигнуть желаемой прочности и технических характеристик. Отказ сваи определяется множество показателей. Для того, чтобы расчет отказа при забивке свай был выполнен верно, то используют следующие показатели:.

Процесс забивания сваи представляет собой довольно сложный комплекс действий, который должен обеспечить должное качество возводимого основания.

Поэтому строители и проектировщики должны точно соблюдать многие правила. Условие: Фундаменты здания запроектированы свайные. Сечение свай 25х25 см, длина 5 м, несущая способность сваи кН. Определить контрольный отказ свай при их забивке трубчатым дизель-молотом воздушного охлаждения С А.

Масса наголовника 50 кг. СНиП 2. СНиП 3. Технология строительного производства. Акимов и др. Бадьина, А. Смородинов и др. Смородинова — 2-е изд. Расчёты проводимые для определения отказа сваи Чтобы провести проектные расчеты по определению отказа железобетонной сваи необходимо обладать следующей исходной информацией:. Расчет проектного отказа свай может проводиться по одной из двух формул, выбор которых зависит от величины остаточного отказа Sa пробных свай.

А непосредственно для определения отказа сваи используются следующие формулы: где А — площадь сечения сваи; М — коэффициент, зависящий от вида грунта; Ed — расчетная энергия вибропогружателей или удара молота; m1 — масса молота или вибропогружателя; m2 — масса сваи и наголовника; m4 — масса ударной части молота; Sa — остаточный отказ сваи Sel — упругий отказ сваи.

На практике возможно три варианта развития событий при создании свайного поля:. Забивка свайного столба считается завершенной только в том случае, если фактический и проектный отказы совпадают между собой.

Рис 1. В случае необходимости погружения свай и шпунта на меньших расстояниях до зданий и сооружений должны быть приняты меры по уменьшению уровня и непрерывной продолжительности динамических воздействий погружение свай в лидерные скважины, снижение высоты подъема молота, чередующаяся забивка ближайших и более удаленных свай от зданий и др. Отказ свай в конце забивки или при добивке следует измерять с точностью до 0,1 см. При забивке свай паровоздушными молотами одиночного действия, а также гидромолотами или дизельными молотами последний залог следует принимать равным 30 ударам, а отказ определять как среднее значение из 10 последних ударов в залоге.

Преимущества: — концепция «одного экрана» весь расчет на одном экране. Постараюсь ответить на все Ваши вопросы, а так же готов выполнять подобные расчеты на заказ. Отказ измеряется с точностью до 1 мм. Поскольку измерить осадку от единичного удара молотом сложно, отказ принято определять с помощью среднего значения серии из 10 ударов залог. Если погружение сваи производится дизельным молотом, залог принято считать равным 10 ударам. Если же при забивании свай используется молоты двойного действия или вибропогружатели, залог измеряется количеством ударов в единицу времени за 1 минуту.

В любом случае погружение сваи производится до достижения проектного значения отказа. Расчетный отказ сваи является проектной величиной, достижение которой свидетельствует о том, что свая способна нести проектную нагрузку, и забита до проектных расчетов до показателя так называемого проектного отказа.

Чтобы расчеты по определению несущей способности сваи были наиболее точными, в условиях полевых испытаний проводятся:. Для расчетов используются данные, полученные в ходе геологических исследований грунтов на строительном участке.

Например, если в результате свайных работ, а именно погружения свай до проектной отметки, полученные показатели отказа свай превышают расчетные характеристики, принимается решение о необходимости их дополнительного заглубления для увеличения несущей способности. Метод обрубки оголовков используется если свая дает отказ и нет возможности ее погрузить на заложенную глубину.

Свайные фундаменты во многих случаях строительства зданий и сооружений с учетом затрат на строительство, а тем более с учетом последующих эксплуатационных затрат обладают наименьшей себестоимостью по сравнению с другими типами фундаментов. В настоящее время устройство свайных фундаментов относится к высокоме-ханизированным индустриальным строительным работам.

Ваш адрес email не будет опубликован. Перейти к содержанию. Главная Разное Расчет отказа сваи пример расчета — 3. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Наибольшая высота подъема цилиндра, мм Энергия одного удара, кДж Масса: ударной части, кг общая, кг. Наибольшая высота подъема ударной части, мм Энергия одного удара, кДж Масса: ударной части, кг общая, кг.

Энергия одного удара, кДж Наибольшая высота подъема ударной части, мм Масса: ударной части, кг общая, кг. Наибольшая энергия удара, кДж Максимальная высота подъема ударной части, м Масса: ударной части, кг общая, кг.

Марка трубчатого молота с воздушным охлаждением. Наибольшая энергия удара, кДж Масса ударной части, кг молота, кг Наибольшая высота подъема, мм. Марка трубчатого молота с водяным охлаждением. Наибольшая высота подъема ударной части, мм Наибольшая энергия удара, кДж Масса: ударной части, кг общая, кг.

Отказ сваи

Даны рекомендации по проектированию, расчету и конструированию свайных фундаментов. Для инженерно-технических работников проектных, проектно-изыскательских институтов и строительных организаций, занимающихся устройством свайных фундаментов. Руководство составлено ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений им. Руководство разрабатывалось лабораториями НИИОСП: свайных фундаментов, естественных оснований и конструкций фундаментов, методов исследования грунтов, механики грунтов, строительства на слабых грунтах, динамики грунтов.

Руководство Руководство по проектированию свайных фундаментов

Строительные нормы и правила СНиП 2. N Срок введения в действие — 1 января г. Общие положения. Виды свай. Основные указания по расчету. Расчет несущей способности свай.

3.2 Пример расчета

Настоящее Руководство разработано в отделении Искусственных сооружений Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства на основе сообщения и анализа опыта проведения многочисленных полевых испытаний несущей способности свай в том числе свай-оболочек, свай-столбов и грунтов оснований на строительных площадках зданий и сооружений разного назначения. Методы полевых испытаний» и «Инструкции по испытанию с вай и грунтов», выпущенной Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства ЦНИИС Минтрансстроя в г. Авторы: докт. Луга и кандидаты техн. Глотов, К. Завриев, В. Рыбчинский, А. Руководство предназначено для организаций, осуществляющих проектирование и строительство фундаментов мостов и транспортных зданий.

Расчет отказа сваи пример расчета – 3.2 Пример расчета

Условие: Рассчитать марку молота для забивки железобетонных свай в суглинок средней плотности. Длина свай 6 м, масса с наголовником кг. Губанов и др. Под ред. Стородинова — 2-е изд.

Сайт проектировщиков.

.

Расчет отказа забивных свай по СП 45.13330.2012

.

.

.

.

.

Отказ сваи: понятие и расчеты

На чтение 3 мин Просмотров 2.4к.

Сваи — это специальные стержни, изготовленные из металла, бетона или древесины, которые заглубляют в грунт при строительстве фундаментов различных строений.

Использование свай целесообразно в том случае, когда верхние слои грунта по разным причинам не могут являться естественным основанием, для опирания на них фундаментов от зданий.

Что такое отказ сваи?

Отказ — это средняя величина погружения забиваемого стержня в грунт в залоге за десять ударов сваебойной машиной. Данная величина измеряется в сантиметрах.

Определяется когда свая входит в очень плотный грунт, и не имея возможности дальше в него заглубляться, начинает понемногу разрушаться от ударов сваебойного механизма.

Определение

Величину отказов определяют с помощью постоянных измерений глубины погружения стержней.
Устанавливают стержни, в место погружения, и измеряют, на сколько миллиметров она заглубилась от собственного веса.

После этого опускают на неё молот и определяют глубину погружения от их общего веса. При погружении стержня, подсчитывают, сколько раз ударил молот на каждый метр опускания.

Когда забиваемая свая приближается к проектной отметке, её забивают залогами по десять ударов, глубина залога измеряется с погрешностью до 1 миллиметра.

Истинный отказ

Данный отказ имеется возможность определить не ранее чем через 6-8 недель после отдыха стержней. Это исследование считается конечным результатом. В процессе инженерных исследований, построений специальных геологических разрезов методом бурения, выявляется проектная отметка расположения свай.

При строительстве нужно стараться выходись на эту отметку, то есть расчётный отказ свай должен совпадать с реальным.

Ложный отказ

В процессе погружения стержня в результате её вдавливания в грунт происходит уплотнение некоторого объема почвы вокруг сваи.

Это затрудняет процесс устройства фундаментов, и измерения погружения стержней становятся не точными. Это явление называется ложным отказом сваи.

Для чего нужен отказ сваи?

Расчётный отказ – величина сугубо проектная. При достижении данной величины свая погрузится до определённой отметки и сможет нести определённую нагрузку. Фактический отказ сваи нужен для того чтобы сравнивать его с расчётным отказом.

Расчёт несущей способности сваи

Для расчёта несущей способности свай сначала проводят всевозможные испытания:

  • Статистическое зондирование.
  • Испытание свай (статистические и динамические).
  • Исследование грунтов.

Расчёт производится согласно СНИП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

Формула расчёта

Где:

  • А – поперечная площадь сваи;
  • М – специальный коэффициент категории грунтов;
  • Ed — расчётная энергия от удара молота по стержню
  • m1 — масса ударяемого приспособления;
  • m2 — масса стержня и наголовника;
  • m4 — масса ударяемого элемента;
  • Sa — остаточный отказ сваи
  • Sel — упругий отказ сваи

Применение расчётов на практике

Применение расчётов на практике очень важная задача для рационального использования материалов, а также соблюдения требований безопасности строительного производства.

Если применить материалы недостаточной прочности, то можно не получить заявленные эксплуатационные характеристики фундаментов. При необоснованном применении более массивных конструкций в результате получим значительный перерасход средств.

Устройство свай — это довольно сложная и трудоемкая процедура, к которой нужно подходить очень серьёзно. Пренебрежение к расчётам может обернуться неприятными последствиями. Самое оптимальное решение при выборе такого типа фундаментов это обратиться к профессионалам.

Отказ сваи, что это такое, 🔨 как определяется отказ сваи и для чего

Отказом сваи называют значение, определяющее глубину погружения сваи  под ударом сваебойного молота. Отказ измеряется с точностью до 1 мм.

Оглавление:

Поскольку измерить осадку от единичного удара молотом сложно, отказ принято определять с помощью среднего значения серии из 10 ударов (залог).

Говоря простым языком отказом сваи называют ее «отказ», неспособность продвигаться далее вглубь грунта ввиду его высокой твердости (плотности).

Что такое залог сваи

Залог — это серия холостых  ударов (больше 3) молотом по свае при которых определяется средний отказ.

Если погружение сваи производится дизельным молотом, залог принято считать равным 10 ударам. Если же при забивании свай используется молоты двойного действия или вибропогружатели, залог измеряется количеством ударов в единицу времени (за 1 минуту).
В любом случае погружение сваи производится до достижения проектного значения отказа.

 

Истинный и ложный отказ сваи

Ложный отказ — отказ во время забивки свай

Истинный отказ — можно получить после отдыха (периода в течение 3-6 недель после снятия статической нагрузки на сваи).

График  зависимости роста несущей способности сваи со временем в глинистых грунтах.

  •     Р.нач – начальная несущая способность сваи в момент забивки;
  •     Р.max – максимальная несущая способность сваи;
  •     Т = (3…6) недель – период относительно быстрого возрастания несущей способности сваи;
  •     t1, t2 – время испытания сваи;
  •     Р1, Р2 – несущая способность сваи, соответственно в момент времени t1 и t2.


Для чего нужен отказ сваи?

Расчетный отказ сваи является проектной величиной, достижение которой свидетельствует о том, что свая способна нести проектную нагрузку, и забита до проектных расчетов (до показателя так называемого проектного отказа).
Чтобы расчеты по определению несущей способности сваи были наиболее точными, в условиях полевых испытаний проводятся:

Расчет несущей способности сваи

Для расчетов используются данные, полученные в ходе геологических исследований грунтов на строительном участке.
В зависимости от фактического значения остаточного отказа —  sa , — который может быть >  или <  0,002 м, используется одна из формул определения значения предельного сопротивления сваи Fu.

Формулы расчета несущей способности сваи

формулы №18 и №19

В формуле расчета отказа используется несколько параметров, в частности:

  • А — площадь сечения сваи;
  • М — коэффициент, зависящий от вида грунта;
  • Ed  — расчетная энергия вибропогружателей или удара молота;
  • m1 —  масса молота или вибропогружателя;
  • m2 — масса сваи и наголовника;
  • m4 — масса ударной части молота;
  • Sa — остаточный отказ сваи
  • Sel — упругий отказ сваи
  •  

 

Практическое применение данных об отказе свай

Величина отказа сваи, полученная в результате  расчета по формуле 18 и №19 СНИПА, является проектной.
Например, если в результате свайных работ, а именно погружения свай до проектной отметки, полученные показатели отказа свай превышают расчетные характеристики, принимается решение о необходимости их дополнительного заглубления для увеличения несущей способности.

  • Если практические показатели соответствуют проектным показателям отказа, делается вывод о способности конструкции нести проектную нагрузку.
  • Ели отказ сваи регламентируется строго, но при этом точность достижения заданной проектной глубины является второстепенной, недобивка сваи до 50 см считается приемлемой.

 

Видео в тему: обрубка оголовков свай

 

Метод обрубки оголовков используется если свая дает отказ и нет возможности ее погрузить на заложенную глубину

Динамические испытания свай от 3 000 рублей по всей России и СНГ

Динамические испытания свай — полевые испытания с целью определения контрольных отказов забивных свай.

Сущность этого метода испытаний свай сводится к вычислению несущей способности свай на основании данных о величине их заглубления на последнем этапе принудительного погружения или при контрольной добивке. Испытания свай динамической нагрузкой проводят для определения возможной глубины их погружения и изменения величины отказов, а также для оценки несущей способности свай.

Отказом сваи считают величину погружения ее в грунт от одного удара молота. Вся суть проверки обеспечения несущей способности свай по грунту сводится к выполнению следующего условия: фактический отказ не должен превышать величину расчетного отказа. Расчетный отказ определяется в соответствии с аналитическими формулами или на основе волновой теории удара, фактический — в результате проведения динамических испытаний свай.

Задачи динамических испытаний

  1. Контроль несущей способности свай по грунту принятой в проекте по величине ее фактического отказа
  2. Определение несущей способности свай по грунту
  3. Подбор оборудования для забивки свай по величине отказа
  4. Оценка растягивающих и сжимающих напряжений в стволе сваи при забивке для контроля ее целостности

Виды динамических испытаний свай по величине отказа

  • Динамические испытания свай без измерения упругой части (при отказах более 2 мм)
  • Динамические испытания свай с измерением упругого отказа

Основой формулы для определения несущей способности свай является положение о том, что энергия импульса (удара) погружающего оборудования расходуется на выполнение полезной работы, т.е. непосредственно на заглубление сваи, и на потери, связанные с преодолением сопротивлений упругой деформации наголовника и погружаемой сваи и т.п.

В практике отечественного фундаментостроения длительное время применяется формула Н.М. Герсеванова, принятая в СП 24.13330.2011. Формула имеет следующий вид:

Несмотря на достоинства формулы Н.М. Герсеванова, в ней не учитываются потери энергии на упругую деформацию грунта и сваи, что ограничивает область применения данной формулы отказами менее 2мм. Поэтому для определения несущей способности свай, забиваемых при отказах менее 2 мм используют формулу в видоизмененном виде с учетом «упругой» части:

Методика проведения динамических испытаний свай

Комплекс работ по динамическому испытанию свай включает подсчет общего количества ударов и общей осадки на каждый метр погружения.
Добивку свай после «отдыха» следует производить тем же молотом и при той же высоте подъема ударной части. Полученный при добивке отказ испытуемых свай должен быть равен или меньше расчетного отказа.

По результатам испытаний оформляется отчет в соответствии с ГОСТ 5686-2012. Отчет содержит текстовую часть и графические приложения. График зависимости общего количества ударов и осадки на каждый метр погружения приведен ниже.

Если погруженные на проектную глубину сваи не дали расчетного отказа при забивке и добивке, то решение о возможности использования этих свай устанавливается на основе проведения статических испытаний грунтов сваями.

Оборудование и измерительные приборы

ООО НПО «ГЕОСМАРТ» имеет в своем арсенале уникальное оборудование, позволяющее раздельно определять упругую и остаточную часть отказа свай. Это необходимо в случае, если расчетный отказ сваи (среднее значение от 10 ударов) составляет менее 2 мм. В этом случае упругая часть отказа является слагаемым в формуле для определения несущей способности свай по результатам динамических испытаний.

Измерительная аппаратура состоит из датчиков деформаций и акселерометров, которые устанавливаются на сваю. Блок сбора данных считывает сигналы с датчиков, сохраняет данные в режиме реального времени и передает их с помощью беспроводного подключения (по Wi-Fi) к полевому компьютеру инженера. Беспроводное соединение предлагает большие преимущества, т.к. позволяет инженеру выполнять свою работу на безопасном расстоянии от сваи и без проблем, связанных с необходимой длиной кабеля, который может выйти из строя во время транспортировки или укладки.

Динамические испытания свай при отказах более 2 мм

Основой формулы для определения несущей способности свай является положение о том, что энергия импульса (удара) погружающего оборудования расходуется на выполнение полезной работы, т.е. непосредственно на заглубление сваи, и на потери, связанные с преодолением сопротивлений упругой деформации наголовника и погружаемой сваи и т.п.

В практике отечественного фундаментостроения длительное время применяется формула Н.М. Герсеванова, принятая согласно п.7.3.7 формула 7.20 СП 24.13330.2011. Формула имеет следующий вид:

В формуле приняты обозначения: η — коэффициент, принимаемый по табл. 7.11 СП24.13330 в зависимости от материала сваи, кН/м2;

А – площадь, ограниченная наружным контуром сплошного или полого поперечного сечения ствола сваи (независимо от наличия или отсутствия у сваи острия), м3;

Ed – расчетная энергия удара молота, кДж;

m1 – масса молота, т; m2 – масса сваи и наголовника, т; m3 – масса подбабка, т;

ε − коэффициент восстановления удара, принимаемый при забивке железобетонных свай и свай-оболочек молотами ударного действия с применением наголовника с деревянным вкладышем ε 2 =0,2/

Динамические испытания с определением упругого отказа

Несмотря на достоинства формулы Н.М. Герсеванова, в ней не учитываются потери энергии на упругую деформацию грунта и сваи, что ограничивает область применения данной формулы отказами менее 2мм. Поэтому для определения несущей способности свай, забиваемых при отказах менее 2 мм используют формулу в видоизмененном виде с учетом «упругой» части:

где sa – фактический (остаточный) отказ, равный вертикальному перемещению от одного удара сваи.

Основным преимуществом измерения упругого отказа в процессе динамических испытаний является более достоверное определение несущей способности сваи Fd. Что позволяет более полно использовать резервы несущей способности основания и, как следствие, эффективно проектировать свайные фундаменты.

Ниже представлена формула, по которой определяется допускаемая нагрузка на сваю N. В соответствии с этой формулой значение нагрузки, которую можно передать на сваю с регистрацией упругого отказа будет на 15% выше, по сравнению с аналогичной сваей, которая подвергалась испытанием без измерения упругого отказа.

ɣk — коэффициент надежности, принимаемый равным:

1,25 — если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта, по результатам динамических испытаний сваи, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом;

1,4 — если несущая способность сваи определена расчетом, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта;

На рисунке ниже представлена диаграмма перемещения сваи после одиночного удара молота.

Свая после каждого удара перемещается в три этапа: вначале она перемещается на некоторую максимальную глубину, затем упругими силами грунта выталкивается вверх и после быстрозатухающих колебаний останавливается в грунте на отметке, отличающейся от положения ее до удара на некоторую величину, называемую остаточным отказом. Разность величин погружения свай на максимальную глубину и остаточного отказа называют упругим отказом.

В соответствие с Приложением Д СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» расчетный отказ для ж/б свай длиной свыше 25 метров, а также стальных трубчатых свай следует оценивать расчетом, основанным на волновой теории. Ниже приведен пример расчета отказа металлической сваи с закрытым нижним концом, погружаемой забивкой. Геометрические параметры сваи: длина 35 метров, диаметр ствола 325 мм, для обустройства одного из объектов месторождения нефтегазовой отрасли.

Проектный и фактический отказ

Для оценки достаточности принятых проектных решений в части фундаментов из забивных свай используют понятия проектного и фактического отказа.В соответствии с требованиями по обеспечению эксплуатационной надежности и технической безопасности зданий и сооружений, фактический отказ должен быть меньше или равен проектному значению отказа. То есть должно выполняться следующее условие: Sa≤S

Расчет проектного отказа сваи определяется по формуле Н.М. Герсеванова, выраженной относительно несущей способности сваи по грунту:

где:
η – коэффициент для железобетонных свай, η=1500 кН/м2;
A – площадь поперечного сечения сваи, А = 0.09 м2;
Ed – расчетная энергия удара молота;
ε2 = 0,2 – коэффициент восстановления удара;
m1 – масса молота, т;
m2 – масса сваи с наголовком, т;
m3 – масса подбабка, т.

Проектный отказ на этапе разработки проектных решений позволяет произвести выбор сваебойного оборудования при погружении свай длиной до 25 м.

Выбор своебойного оборудования

В соответствие с Приложением Д СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» расчетный отказ для ж/б свай длиной свыше 25 метров, а также стальных трубчатых свай следует оценивать расчетом, основанным на волновой теории. Более подробно про основы данного метода можно прочитать в разделе cтатических испытаний свай методом PDA.

Ниже приведен пример расчета отказа металлической сваи с закрытым нижним концом, погружаемой забивкой. Геометрические параметры сваи: длина 35 метров, диаметр ствола 325 мм, для обустройства одного из объектов месторождения нефтегазовой отрасли.

Цель расчета сводится к выбору необходимого оборудования для погружения свай. В случае неправильного выбора сваебойного оборудования при забивке сваи фиксируется «ложный» отказ, когда свая погружается маломощным молотом. При этом нижние концы не достигают проектных отметок. Малая энергия удара молота расходуется в основном на разрушение голов свай, а не на их погружение.

Расчетный отказ, полученный по результатам расчета, сравнивают с фактическим, измеренным в ходе динамических испытаний после отдыха свай. Если фактический отказ превышает расчетный, необходимо предусмотреть проведение дополнительных статических испытаний.

При погружении составных ж/б свай как правило применяют гидравлические молоты с возможностью изменения энергии удара. При этом необходимо контролировать уровень напряжений, возникающих в свае при их забивке для недопустимости ее разрушения, вследствие превышения напряжений предельному значению прочности материала сваи. Ниже приведен пример регистрации сжимающих и растягивающих напряжений в теле сваи при забивке (на объекте «Леруа Мерлен» в г. Кемерово).

Применение автоматизированных средств измерений позволяет получать результаты в графическом виде непосредственно в процессе испытаний.

Ниже приведен график зависимости глубины погружения от количества ударов, глубины погружения от уровня напряжения в материале сваи, мобилизация динамического сопротивления в процессе забивки.

Выполненные объекты

Вместимость сваи — обзор

Время влияет на изменения осевой нагрузки в глинистом грунте

Вместимость сваи, рассчитанная по предыдущему уравнению, не учитывает влияние старения с течением времени на емкость сваи, учитывая, что на старой платформе который был построен 40 лет назад и более, если пересмотреть расчет, вы можете обнаружить, что он отличается от коэффициента безопасности API в дополнение к условиям окружающей среды. Эффект времени, несомненно, влияет на емкость сваи, как при нормальных явлениях со временем, когда сваи работают с окруженный грунт как единое целое, поэтому в расчетах не учитывается дополнительная адгезия.Поэтому недавно было проведено исследование, чтобы определить поведение осевой способности глинистой почвы во времени.

Кларк (1993) и Богард и Мэтлок (1990) провели полевые измерения, в которых было показано, что время, необходимое забивным сваям для достижения предельной прочности в связном грунте, может быть относительно большим — до 2–3 лет.

Стоит отметить, что в течение короткого периода времени после установки происходит значительное увеличение прочности, и это происходит из-за того, что показатель прочности быстро увеличивается после непосредственного движения, и этот показатель уменьшается в процессе рассеивания.

Во время забивки сваи в обычных или легких переуплотненных глинах происходит значительное нарушение грунта вокруг сваи, изменяется напряженное состояние, что также создает большое превышение порового давления. После установки сваи это избыточное поровое давление начинает рассеиваться, что означает, что окружающий грунт вокруг свай начинает консолидироваться, и, исходя из этого, емкость сваи в глинистой почве со временем увеличивается. Этот процесс называется « настройка ». Скорость рассеивания избыточного порового давления зависит от коэффициента радиальной консолидации, диаметра сваи и слоистости грунта.

В наиболее распространенном случае, когда забивные трубные сваи, поддерживающие конструкцию, имеют расчетные нагрузки, прикладываемые к сваям вскоре после установки, при проектировании свай следует учитывать характеристики времени уплотнения. В традиционных стационарных морских сооружениях время между установкой сваи и полной загрузкой платформы составляет от 1 до 3 месяцев, но в некоторых случаях ввод в эксплуатацию и запуск происходят раньше, и в этом случае эта информация должна быть передана. для инженерного бюро, поскольку ожидаемое увеличение пропускной способности со временем является важными проектными переменными, которые могут повлиять на безопасность системы фундамента на ранних этапах процесса консолидации.

Поведение сваи при значительных осевых нагрузках в высокопластичных, обычно консолидированных глинах было изучено с помощью большого количества испытаний свайных моделей и некоторых натурных испытаний на нагрузку.

В результате этого исследования рассеяния порового давления с данными нагрузочных испытаний в разное время после забивки сваи были получены эмпирические корреляции между степенью консолидации, условиями закупоривания и сдвиговой способностью ствола сваи. Это исследование показало, что результаты испытаний стальных свай с закрытым концом в сильно переуплотненной глине указывают на отсутствие значительного изменения вместимости с течением времени.Это противоречит испытаниям стальных свай с закрытым концом диаметром 0,273 м (10,75 дюйма) в переуплотненной глине, где была обнаружена значительная и быстрая установка за 4 дня, поэтому емкость сваи в конце установки так и не восстановилась полностью.

Поэтому очень важно подчеркнуть, что осевая способность сваи с течением времени находится в стадии исследований и разработок, и нет твердой формулы или уравнения, которым следовало бы следовать, но следует сосредоточить внимание на исследованиях, проводимых на конкретном участке. местоположение, а также зависит от предыдущей истории местоположения.

КАК РАССЧИТАТЬ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ? (СТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ)

Предел несущей способности сваи — это максимальная нагрузка, которую она может выдержать без разрушения или чрезмерной осадки грунта.

Несущая способность сваи в основном зависит от трех факторов, как указано ниже:

  1. Тип грунта, в который закладывается свая
  2. Способ свайной установки
  3. Размер сваи (сечение и длина сваи)

При расчете несущей способности сваи для монолитных бетонных свай с помощью статического анализа необходимо использовать параметр прочности грунта на сдвиг и размер сваи.

Несущая способность сваи с использованием статического анализа

Свая передает нагрузку в почву двумя способами. Во-первых, за счет сжатия в наконечнике, обозначенного как «концевой подшипник » или «упорный подшипник »; во-вторых, сдвигом по поверхности, обозначенным как « поверхностное трение ».

Несущая способность монолитных свай в связном грунте

Предел несущей способности (Q и ) сваи в связных грунтах определяется по формуле, приведенной ниже, где первый член представляет сопротивление подшипнику на конце (Q b ), а второй член дает скин. сопротивление трению (Q s ).

Где,

Q u = Предельная грузоподъемность, кН

A p = Площадь поперечного сечения наконечника сваи, м 2

N c = Коэффициент несущей способности, можно принять 9

α i = коэффициент сцепления для i-го слоя в зависимости от плотности почвы. Он зависит от прочности грунта на сдвиг без дренажа и может быть получен из рисунка, приведенного ниже.

Изменение альфа с когезией

c i = Среднее сцепление для i-го слоя, в кН / м 2

A si = Площадь ствола сваи в i-м слое, м 2

Минимальный коэффициент запаса прочности 2,5 используется для получения безопасной грузоподъемности сваи (Q safe ) от предельной грузоподъемности (Q u ).

Q сейф = Q u / 2,5

Несущая способность монолитных свай в несвязном грунте

Предел несущей способности сваи «Q u » состоит из двух частей.Одна часть возникает из-за трения, называемого поверхностным трением или трением вала или боковым сдвигом , обозначенным как «Q s », а другая — концевым подшипником в основании или на конце носка сваи, «Q b ».

Уравнение, приведенное ниже, используется для расчета предельной несущей способности сваи.

Где,

A p = площадь поперечного сечения основания сваи, м 2

D = диаметр ствола сваи, м

γ = эффективная удельная масса грунта на вершине сваи, кН / м 3

N γ = коэффициент несущей способности

Н q = коэффициент несущей способности

Φ = Угол внутреннего трения на вершине сваи

P D = Эффективное давление вскрыши на конце сваи, кН / м 2

K i = Коэффициент давления грунта, применимый для i-го слоя

P Di = Эффективное давление вскрыши для i-го пласта, кН / м 2

δ i = Угол трения стенки между сваей и грунтом для i-го слоя

A si = Площадь ствола сваи в i-м слое, м 2

Первый член — это выражение для конечной несущей способности сваи ( Q b ), а второй член — это выражение для поверхностного трения сваи ( Q s ).

Минимальный коэффициент запаса прочности 2,5 используется для достижения безопасной несущей способности (Q safe ) от предельной несущей способности (Q и ).

Q сейф = Q u / 2,5

Важные примечания, которые следует запомнить
  • Значение коэффициента несущей способности N q получается из рисунка, приведенного ниже.
значение коэффициента несущей способности
  • Значение коэффициента несущей способности N γ вычисляется с использованием приведенного ниже уравнения.

  • Для забивных свай в рыхлом и плотном песках с φ в диапазоне от 30 0 до 40 0 , могут использоваться значения k i в диапазоне от 1 до 1,5.
  • δ, угол трения стенки можно принять равным углу трения грунта вокруг ствола сваи.
  • Максимальная эффективная перекрывающая порода у основания сваи должна соответствовать критической глубине, которая может быть принята равной 15 диаметрам ствола сваи для φ ≤ 30 0 и увеличена до 20 раз для φ ≥ 40 0
  • Для свай, проходящих через связные пласты и оканчивающихся гранулированным пластом, в гранулированный пласт должно быть выполнено проникновение, по крайней мере, в два раза больше диаметра ствола сваи.

Упрощенный метод расчета для сваи с боковой нагрузкой на склоне на основе модели с пассивным клином

Когда сваю размещают рядом с откосом, боковая несущая способность сваи значительно уменьшается из-за ослабления сопротивления грунта вблизи откоса . Таким образом, в данной статье представлена ​​модифицированная модель пассивного клина грунта для наклонных свай с боковой нагрузкой, чтобы учесть эффект ослабления.По глубине развития различных клиньев формы пассивного клина грунта можно разделить на три типа, чтобы полностью проанализировать влияние формы откоса и расстояния от центра сваи до гребня откоса. Исходя из этого, предлагается концепция эквивалентной глубины с учетом различий боковых нагруженных свай у откоса и в горизонтальном грунте. Кроме того, единичное предельное сопротивление грунта, которое может быть получено на разной глубине сваи, вводится в p-y кривую грунта для достижения методов решения внутренней силы и смещения сваи с боковой нагрузкой под действием ослабления откоса.Результаты лабораторных модельных и натурных испытаний сваи с боковой нагрузкой сравниваются с предложенным методом, демонстрируя его обоснованность и точность. Кроме того, влияние расстояния около уклона на несущую способность сваи полностью детально проанализировано, что указывает на то, что критическое расстояние около уклона увеличивается с увеличением недренированной прочности, но не зависит от угла наклона.

1. Введение

Сваи с боковой нагрузкой обычно относятся к обычным сваям, которые подвергаются боковым нагрузкам, вызванным ветром, землетрясением или пассивным боковым давлением, вызванным движением грунта.В последнее время все больше и больше свай с боковой нагрузкой сооружается возле естественного или искусственного откоса, например, опоры мостов рядом с подходными насыпями [1], сооруженные сваи для стабилизации откоса [2, 3] и существующие сваи, примыкающие к выемке грунта [4, 5 ]. В этих случаях, в связи с ослаблением бокового сопротивления грунта вблизи откоса, боковая несущая способность свай явно уменьшается по сравнению с сооружаемыми в горизонтальном грунте [6–8]. Следовательно, очень важно учитывать влияние уклона для точной оценки безопасности свай, сооружаемых рядом с откосом.

Метод кривой передачи нагрузки обычно используется для анализа свай при боковых нагрузках, он известен как метод кривой p-y, в котором грунт или скальная порода представлены в виде серии независимых пружин, а свая — в виде балки Эйлера – Бернулли. На форму p-y кривых в значительной степени влияют свойства сваи и почвы вокруг сваи. Обычные модели p-y обычно применимы к сваям, установленным в горизонтальном грунте [9–12]. Также были проведены комплексные исследования на основе экспериментальных и численных исследований свай, установленных в наклонном грунте.Поулос [6] провел мелкомасштабные лабораторные испытания свай рядом с откосом или выемкой, чтобы изучить влияние направления нагрузки и расстояния вблизи выемки на поперечный отклик свай. Chae et al. [13] выполнили несколько численных исследований с испытанием трехмерной модели конечных элементов и испытанием прототипа на боковых нагруженных одиночных сваях и группах свай в однородном песке с уклоном 30 °. Muthukkumaran et al. [14] провели модельные испытания на песчаном грунте при дополнительной нагрузке и разработали безразмерные кривые p-y для свай на наклонном грунте, включая коэффициент уменьшения, используя экспериментальные результаты.Георгиадис и Георгиадис [15, 16] выполнили трехмерный анализ методом конечных элементов для изучения поведения свай вблизи откоса в условиях боковой нагрузки. В исследовании был предложен новый критерий py для свай вблизи глиняного откоса и обнаружено, что ниже критической глубины, которая увеличивается с увеличением сваи до гребня откоса, наличие откоса влияет на распределение предельной боковой нагрузки на сваи p u . Основываясь на модельных испытаниях в несвязном грунте, Мутуккумаран [17] обнаружил, что, когда свая расположена на расстоянии, превышающем 15-кратный диаметр сваи от грунта откоса, наличие уклона оказывает незначительное влияние на несущую способность грунта. куча.Nimityongskul et al. [18, 19] сообщили о результатах натурных испытаний свай возле глиняного откоса, которые показывают, что влияние откоса значительно уменьшается на расстоянии, в 4 раза превышающем диаметр сваи, и полностью исчезает при 8-кратном диаметре сваи. Rathod et al. [20] исследовали влияние наклона на кривые p-y из-за статической боковой нагрузки в мягкой глине и представили новую кривую p-y на основе экспериментальных результатов.

Однако анализ модели разрушения грунта вокруг сваи — более удобный способ получить выражение кривых p-y с теоретической точки зрения.Мерфф и Гамильтон [21] предложили улучшенную модель пассивного клина для описания режима разрушения грунта вокруг свай, которая может учитывать параметры неоднородности прочности, сцепления грунта с сваей и всасывания на обратной стороне сваи. На основе этой модели было также дано эмпирическое уравнение для прогнозирования предельной нагрузки свай с использованием теоремы о верхней границе. Риз и др. [22] представили пассивную модель клина для грунта вокруг сваи, подверженного боковым нагрузкам. Kim et al. [12] разработали новую гиперболическую кривую p-y с улучшенной моделью клина для представления взаимодействия сваи с грунтом для свай, нагруженных сбоку в грунте.Аналогичным образом Lin et al. [23, 24] предложили упрощенный метод анализа боковых нагруженных свай в песке и глине в условиях размыва, основанный на модели разрушения клина. Тем не менее, были проведены ограниченные исследования для изучения модели разрушения грунта вокруг свай возле откоса и соответствующих предельных характеристик сопротивления грунта.

С этой целью в данном исследовании основное внимание уделяется разработке новой модели пассивного клина грунта вокруг установленной сваи с боковой нагрузкой и вблизи склона и дается новая формула для расчета предельного сопротивления клина почвы.Представлены несколько форм клина разрушения грунта, чтобы учесть влияние конфигурации откоса и расстояния от центра сваи до гребня откоса. На этой основе обычные кривые p-y модифицируются с учетом эффекта наклона и поведения сваи. Кроме того, предлагается новый метод определения критического расстояния вблизи уклона, основанный на законе распределения предельного сопротивления грунта вокруг сваи, а также определение критического расстояния от центра сваи до гребня откоса, а также его факторов влияния. обсуждали.По сравнению с предыдущим методом, этот режим расчета может учитывать влияние параметров грунта и определять критическое расстояние вблизи уклона путем теоретического анализа.

2. Механическая модель с пассивным клином бокового нагружения сваи
2.1. Модель предельного сопротивления грунта вокруг сваи в грунте

При нагрузке сваи на неглубокой почве вокруг сваи может происходить поперечное пассивное выдавливание; таким образом, поверхность разрушения почвы при сдвиге продолжается до земли и образует модель клина пассивного разрушения почвы.Как правило, предельное сопротивление грунтов связано с наименьшим значением из двух возможных механизмов разрушения: механизм разрушения клина на небольшой глубине и разрушение потока вокруг сваи на большей глубине [10, 22]. Этот двойной подход может быть реализован в большинстве предложенных кривых p-y [9, 10, 25]. Более того, пассивный клин развивается по глубине с увеличением нагрузки, образуя более крупное тело разрушения клина, как показано на Рисунке 1. Что касается механизма разрушения клина на небольшой глубине, Reese et al.[22] предложили упрощенную трехмерную модель (рис. 2), чтобы дать некоторое представление об изменении конечного бокового сопротивления с глубиной. Видно, что характеристики клина в основном определяются тремя параметрами: глубиной z , углом β между скользящей поверхностью и вертикальной плоскостью и толщиной D . Кроме того, угол β был предложен Reese et al. [22] для отражения пассивных режимов отказа в недренированных условиях.В связи с этим аналогичное предположение принято при анализе данной статьи, и скользящий блок можно упростить как трехмерный прямой клин грунта.


Как показано на Рисунке 2, трехмерный клин грунта используется для анализа баланса сил. D — толщина трехмерного клина грунта, равная диаметру сваи. F u — поперечное сопротивление грунта вокруг сваи, F t и F s — поперечные силы, действующие на боковую плоскость и нижнюю плоскость клина, F f — вертикальная сила трения сваи, F n — вертикальная сила, действующая на сторону клина, а W — вес клина.В соответствии с уравнением баланса сил клина, легко вывести, что где γ ′ — средняя эффективная сила тяжести от земли до глубины z , а C u — средняя недренированная прочность на сдвиг от земли до глубина z . Подставляя уравнения (2) — (4) в уравнение (1), предельное сопротивление клина почвы на глубине z может быть получено как

2.2. Модель пассивного клина для наклонных свай с боковой нагрузкой

Для наклонных свай с боковой нагрузкой наличие уклона снижает предельное сопротивление грунта, окружающего сваю.Степень ослабления зависит не только от геометрической формы откоса, но и от расстояния между гребнем откоса и сваями. Как показано на Рисунке 3 (a), для сваи с боковой нагрузкой на наклонном грунте расстояние от гребня откоса составляет b , высота откоса составляет h , а угол между ними составляет θ .


Чтобы оценить влияние откоса около сваи, необходимо изменить режим разрушения клина с учетом характеристик откоса.Предполагается, что для свай с боковой нагрузкой, установленных рядом с откосом, модель разрушения грунта вокруг сваи по-прежнему аналогична модели разрушения в горизонтальном грунте, а именно, разрушение пассивных клиньев грунта: (1) грунт все еще имеет модель разрушения клина вблизи наклон; (2) форма клина постепенно расширяется на большую глубину по мере увеличения нагрузки; (3) угол между поверхностью разрушения и вертикальной плоскостью по-прежнему составляет β . Эти предположения были приняты Стюартом [26]. Следует отметить, что естественные почвы имеют значительную пространственную изменчивость [27], и было предложено много методов обеспечения надежности [28, 29], но в данной статье предполагается, что склоновые почвы однородны для упрощения расчетов.

Тем не менее, форма клина разрушения, близкого к уклону, зависит от характеристик уклона. В зависимости от разной глубины расширения его можно проанализировать в трех случаях, как показано на рисунке 3, где H 1 = b , H 2 = b + h (1 + Tan θ ). (1) Если 0 < z ≤ H 1 , нагрузка мала, и поверхность разрушения клина простирается до земли и не пересекается с уклоном.Форма клина аналогична форме сваи с боковой нагрузкой в ​​горизонтальном грунте, а именно трехмерной прямой клин. Теперь поперечное сопротивление, обеспечиваемое клином грунта, составляет F su1 . (2) Если H 1 < z < H 2 , с увеличением боковой нагрузки поверхность разрушения клин идет вверх до пересечения с откосом. Форма разломного клина — частичное стирание по сравнению с горизонтальным грунтом.Теперь поперечное сопротивление, обеспечиваемое клином, составляет F su2 . (3) Если z ≥ H 2 , соответствующая высота уклона h мала и меньше глубины заделки сваи. Теперь поверхность разрушения клина пересекает основание откоса, и поперечное сопротивление, обеспечиваемое клином, составляет F su3 .

F su1 , F su2 и F su3 в уравнениях (6) — (8) получены на основе равновесия сил клина при разрушении.Расчет F su1 аналогичен уравнению (5) для сваи с боковой нагрузкой в ​​забое. F su2 является результатом равновесия вертикальных и горизонтальных сил клина с плоскостью разрушения, пересекающейся с поверхностью откоса. F su3 является результатом равновесия вертикальных и горизонтальных сил клина с плоскостью разрушения, пересекающейся с нижней частью наклонной поверхности.

Из приведенной выше формулы видно, что когда сваи, прилегающие к откосу, отклоняются в сторону, режим разрушения клина неглубокого грунта можно разделить на три стадии.Кроме того, когда прогиб верха сваи невелик, а именно, когда к свае прикладывается небольшая нагрузка, выражение предельного сопротивления грунта вокруг гребня сваи на склоне наклона такое же, как и вокруг гребня сваи. свая в земле, что указывает на то, что наличие уклона не влияет на предельное сопротивление почвы. По этой причине кривые нагрузки-смещения у наклонного гребня сваи и сваи в грунте практически совпадают.Подобные явления наблюдали Георгиадис и Георгиадис [16] и Нимитьонгскул и др. [19].

Однако с увеличением прогиба вершины сваи наличие уклона начинает влиять на развитие клина разрушения. Сравнивая с сваей, построенной в земле, можно видеть, что выражение F su2 для сваи, построенной на гребне уклона, включает в себя два дополнительных параметра: угол наклона θ и расстояние около уклона b .Следует отметить, что в предыдущих исследованиях не учитывалось влияние высоты откоса х на несущую способность свай [16, 19, 20, 30]. Когда высота откоса h меньше максимальной глубины развития клина разрушения, очевидно, что h будет влиять на предельное сопротивление F su3 , как показано в уравнении (8). Пусть h равно 0 или θ равно 0, а F su2 или F su3 выродится в F u для случая сваи в земле, что указывает на то, что теоретический процесс вывода этой статьи является разумным.

3. Аналитический состав
3.1. Краткое описание кривой Py Matlock

Обобщенные здесь кривые py были предложены Мэтлоком [9] для кратковременной статической боковой нагрузки свай в мягкой глине и сформулированы следующим образом:

В уравнении (9), y 50 — это боковое смещение при половине максимального напряжения грунта и может быть определено уравнением (10), а p u — предельное сопротивление грунта на длину, которое равно меньшему значению p u1 и p u2 , вычисленное по уравнению (11).Когда y больше 8 y 50 , p равно постоянному значению p u :

В уравнениях (10) и (11) ε 50 — деформация, составляющая половину максимального напряжения, D — диаметр сваи, p u1 — предельное сопротивление грунта на длину у поверхности земли, p u2 — предельное сопротивление грунта на длина на глубине, γ ′ — эффективный удельный вес почвы, J — постоянное значение (обычно используется 0.5), z — это глубина ниже поверхности земли, а C u — недренированная прочность на сдвиг мягкой глины.

3.2. Вывод аналитического метода

Аналитический метод разработан путем создания воображаемой эквивалентной модели разрушения клина в горизонтальном грунте (правая часть рисунка 4), которая имеет такое же предельное сопротивление почвы, что и модель разрушения клина вблизи склона (левый часть рисунка 4). Эквивалентный клин в основном характеризуется эквивалентной глубиной грунта, z ′.Значение z ′ рассчитывается на основе предельного сопротивления грунта, которое количественно равно значению, вычисленному по клину с учетом уклона. Затем разрабатывают аналитический метод, заменяя z в уравнении (11) на z ′, чтобы модифицировать кривые Matlock p-y.


Соотношение между эквивалентной глубиной z боковых нагруженных свай около откоса и глубиной z ′ в горизонтальном грунте может быть выражено как

В терминах трех отдельных расширенных структур клина грунта, F su представляет F su1 , F su2 и F su3 соответственно.

Следовательно, предельное сопротивление на длину грунта вокруг сваи возле гребня откоса можно выразить как

Из приведенных выше формул можно увидеть, что в неглубокой почве, где клин повреждается вокруг сваи, эквивалентный клин глубина используется для корректировки ее предельного сопротивления на длину, так что влияние наклона на форму кривой py на глубине z может быть полностью учтено, что, в свою очередь, влияет на окончательную расчетную внутреннюю силу и смещение сваи.

После получения измененной p-y кривой сваи около уклона по глубине, горизонтальное смещение, изгибающий момент и угол поворота вдоль сваи могут быть рассчитаны методом конечных разностей с использованием кода MATLAB . Подробную блок-схему можно найти в Jiang et al. [7] и Yin et al. [8].

4. Пример проверки
4.1. Сравнение с полевым испытанием 1

Достоверность упрощенного метода проверяется путем сравнения результатов настоящего подхода с результатами полевых измерений, проведенных Nimityongskul et al.[19]. Угол наклона θ составляет 26,6 °, а высота откоса h составляет 2,73 м. Расстояние b от тестовой сваи до гребня склона составляет 0 D , 2 D , 4 D и 8 D соответственно. Свая сделана из стали. Поперечное сечение круглое с жесткостью на изгиб E p I p равной 34875 кН · м 2 и внешним диаметром D равным 0.324 г. Длина и глубина заделки сваи составляют 8,83 м и 7,92 м соответственно. Удельный вес грунта γ ‘ составляет 18,4 кН / м 3 , а средняя прочность на сдвиг без дренажа C u составляет 76,6 кПа.

На рисунках 5 (a) –5 (d) показаны расчетные и измеренные кривые прогиба нагрузки. Из результатов видно, что предложенный метод позволяет прогнозировать прогиб сваи-нагрузки боковых нагруженных свай вблизи откосов на различном прилегающем к откосе расстоянии.В целом погрешность предложенного метода и критерия Георгиадиса и Георгиадиса [16] оценивает нагрузку на головку сваи примерно в 15%. Напротив, предлагаемый метод может прогнозировать немного лучше, чем критерий Георгиадиса, особенно для больших смещений сваи.

Кроме того, на рисунках 6 (a) и 6 (b) построены графики зависимости прогнозируемой и измеренной нагрузки от максимального изгибающего момента на разных расстояниях вблизи уклона. По сравнению с экспериментальными данными, погрешность оценки максимального момента сваи около гребня откосов на расстоянии 0 D , 2 D , 4 D и 8 D находится в пределах примерно 10% при использовании предложенный метод, который показывает, что упрощенный метод целесообразен при оценке реакции сваи.

4.2. Сравнение с полевым испытанием 2

Пример 2 представляет собой испытание одной сваи на твердом глиняном склоне, проведенное Бухушаном [31]. Основные параметры испытаний: длина сваи 5,185 м, диаметр сваи D 1,22 м, жесткость на изгиб E p I p 225000 кН · м 2 , угол наклона θ составляет 20 °, сопротивление недренированному сдвигу C u составляет 220 кПа, ε 50 составляет 0.009, а удельная масса грунта γ ′ составляет 18,8 кН / м 3 . На рисунке 7 показаны результаты сравнения предлагаемого метода, полевых испытаний, проведенных Бхушаном [31], кривых нагрузка-смещение Георгиадиса и Георгиадиса [15] и упрощенного метода Риза и Велча [10]. Можно заметить, что в случае малого смещения предложенный метод хорошо согласуется с экспериментальными данными при сравнении с кривыми нагрузка-смещение по Георгиадису и Георгиадису [15] и кривыми py по критерию Риза и Велча [10], особенно при начальный этап загрузки.


5. Обсуждение критического расстояния до откоса

Для свай с боковой нагрузкой максимальная разница между сваями у склона и на горизонтальном грунте заключается в отсутствии массы грунта на стороне уклона. Таким образом, его нельзя рассматривать как полубесконечное пространство, что приводит к снижению бокового сопротивления грунта. Однако точно оценить эффект сокращения сложно. Как и следовало ожидать, по мере увеличения расстояния между сваей и гребнем откоса эффект уменьшения постепенно уменьшается, пока не исчезнет.С этой целью ученые приложили значительные усилия, чтобы найти разумное критическое расстояние. Когда расстояние превышает критическое значение, влиянием уклона можно пренебречь, и ее можно рассматривать как обычную сваю с боковой нагрузкой в ​​горизонтальном грунте, чтобы упростить расчет. Взяв кривую «нагрузка-перемещение гребня сваи» в качестве эталона для сравнения, Поулос [6] предположил, что эффект наклона начинает уменьшаться, когда расстояние до гребня склона превышает диаметр сваи более чем в 4-5 раз на основе небольшого лабораторного модельного испытания. и численный анализ, тогда как Nimityongskul et al.[18, 19] пришли к выводу, что влияние наклона значительно уменьшается, когда расстояние в 4 раза больше диаметра сваи, и эффект наклона можно игнорировать после достижения расстояния, в 8 раз превышающего диаметр сваи, согласно результатам полевых испытаний. Взяв за основу сравнение смещения гребня сваи, Георгиадис и Георгиадис [16] полагали, что ослабляющим эффектом откоса можно пренебречь, когда расстояние от центра сваи до гребня откоса в 6 раз превышает диаметр сваи в соответствии с результаты конечно-элементного анализа.

В этом случае также можно проанализировать разницу в предельном сопротивлении грунта вокруг свай с боковой нагрузкой в ​​горизонтальном и наклонном грунте. Сопротивление грунта вокруг сваи с разным расстоянием до откоса анализируется на основе приведенных выше уравнений. Основные параметры: C u = 50 кПа, D = 0,5 м, γ ′ = 18 кН / м 3 и θ = 45 °. Расстояния до гребня склона выбраны как 0 D , 2 D , 4 D , 6 D и ∞ (в горизонтальной плоскости) для сравнительного анализа p u — z кривых, как показано на рисунках 8 (a) –8 (d).

p hu представляет собой единицу предельного сопротивления грунта вокруг сваи с боковой нагрузкой, установленной в горизонтальном грунте, а p su представляет сопротивление вокруг сваи с боковой нагрузкой в ​​наклонном грунте. Как видно из рисунков 8 (a) –8 (d), p hu и p su оба увеличиваются с увеличением глубины до достижения постоянного значения, которое связано только с недренированной прочностью на сдвиг C u и диаметр сваи D .Однако глубина достижения такого постоянного значения значительно отличается, и существует z sr > z r ( z r для свай в горизонтальном грунте и z sr для свай у откоса). С увеличением расстояния около уклона z sr и z r имеют тенденцию пересекаться. Кроме того, существует определенная зона совпадения глубин между p hu и p su под землей.На этой глубине (обозначается как z c ) эти значения идентичны. Эта тенденция согласуется с результатами анализа методом конечных элементов Георгиадиса и Георгиадиса [16], и причина этого заключается в том, что пластическая зона клина почвы развивается по горизонтали и вертикали, соответственно. Зона развития клина не выходит на откос с меньшей нагрузкой; таким образом, наклон над глубиной (обозначается как z c ) не влияет на p u .Когда пластическая зона клина простирается до поверхности откоса, уклон начинает влиять на поперечное предельное сопротивление грунта на единицу вокруг сваи на глубине, в результате чего p su < p hu ниже z c .

Видно, что разница в предельных значениях сопротивления грунта единицей существует только в определенном диапазоне ( z c < z < z sr ).Очевидно, что с увеличением прилегающего расстояния b размер ослабленной области постепенно уменьшается, а именно, разница между z c и z sr становится все меньше и меньше. Пока не будет достигнуто критическое расстояние около уклона, p hu и p su идентичны, в которых z c = z sr = z r . Следовательно, в этом случае расстояние около уклона определяется как критическое расстояние около уклона b cr .Когда расстояние до уклона сваи больше, чем b cr , ослабляющее влияние уклона на несущую способность сваи с боковой нагрузкой можно не учитывать. Ключом к рассмотрению эффекта наклона является определение z c и z r .

Как упоминалось ранее, z r — максимальная глубина расширения клина пассивного грунта, а угол между поверхностью разрушения разрушения и сваей составляет 45 °.Следовательно, как показано на Рисунке 9, критическое расстояние около уклона — это расстояние от сваи до гребня откоса, когда максимальная глубина расширения клина грунта достигает гребня откоса. Поскольку угол разрушения пассивного клина грунта β составляет 45 °, когда расстояние около уклона достигает b cr , поверхность разрушения просто проходит над гребнем откоса. В то время как для максимальной глубины расширения используется только одно выражение, чтобы выразить предельное сопротивление грунта вокруг сваи.В уравнении (11), если p u1 = p u2 , можно получить выражение критического расстояния около уклона:

Из приведенного выше уравнения критическое расстояние около уклона связано параметрам грунта и диаметру сваи. Тем не менее, предложенные исследованиями [6, 16, 19] значения диаметра сваи в 4, 6 и 8 раз больше нацелены на определенное критическое прилегающее к откосу расстояние, и влияние параметров грунта не учитывается. Следовательно, расстояние около уклона b и максимальная глубина z sr клиньев грунта боковых нагруженных свай около откоса делятся на диаметр сваи D для безразмерных. C u и θ изменены, и проанализированы кривые z sr / D — b / D .

Как показано на рисунках 10 и 11, z sr / D нелинейно увеличивается с увеличением b / D и в конечном итоге стремится к константе b cr . С увеличением прочности недренированного грунта на сдвиг критическое расстояние около уклона b cr увеличивается, C u увеличивается с 50 кПа до 150 кПа, а критическое расстояние около уклона увеличивается с 8.От 8 до 10,7 диаметра сваи. Анализ рисунка 11 показывает, что изменение угла наклонной сваи с боковой нагрузкой не может повлиять на критическое расстояние около уклона b r . Согласно предложенному анализу моделей разрушения сваи с уклоном, наличие уклона в основном влияет на расширение клина в почвенном клине. По мере увеличения расстояния, близкого к уклону, уклон не оказывает никакого влияния на процесс нагружения сваи, когда максимально развивающийся клин (который можно рассматривать как предельную нагрузку) не пересекается с уклоном.Очевидно, что чем больше C u , тем больше размер клина максимального проявления. Кроме того, поверхность разрушения не будет пересекаться с уклоном с увеличением расстояния около уклона b cr и b cr не зависит от угла наклона, потому что размер самого большого клина не зависит угла наклона.



6. Заключение

В этой статье, с использованием модифицированной кривой p-y, предлагается модель пассивного клинового разрушения грунта вокруг свай, нагруженных в боковом направлении, вблизи откоса.Модель может полностью учесть влияние формы откоса, положения сваи и характеристик почвы; эквивалентная глубина разрушения клина почвы предлагается для сравнения с глубиной в горизонтальном грунте. На основе модели разрушения пассивного клина грунта предлагается метод расчета кривой p-y для наклонных горизонтальных свай. Результаты показывают, что рассчитанные значения этого представленного метода хорошо согласуются с данными измерений. Кроме того, на основе закона распределения бокового предельного сопротивления грунта определяется критическое расстояние около уклона, выражение которого выводится, и подробно обсуждается влияние расстояния около уклона на сваю.Основные выводы заключаются в следующем: (1) Расчет показывает, что критическое расстояние около уклона связано с прочностью грунта на сдвиг. Когда расстояние между сваей и уклоном больше критического значения, влияние ослабления уклона на горизонтальную несущую способность сваи можно не учитывать. (2) Уклон уменьшит значения p u в определенной области под землей. При установке сваи на гребне уклона (т.е. b = 0) область значений p u от земли до максимальной глубины клина разрушения полностью ослабляется.По мере увеличения уклонного расстояния ослабленная область будет постепенно уменьшаться до тех пор, пока не будет достигнута критическая уклонная дистанция, ослабленная область больше не будет существовать, и изгибы грунта p u — z будут изгибаться вокруг гребня присклона и (3) Критическое расстояние около уклона увеличивается с увеличением недренированной прочности, но не зависит от угла наклона.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Национальный научный фонд Китая за финансовую поддержку по контракту номер 51678230.

(PDF) Нагрузочная способность сваи — методы расчета

Несущая способность сваи — методы расчета 93

ССЫЛКИ

[1] Американский нефтяной институт, Рекомендуемая практика API

для планирования, проектирования и строительства стационарных морских платформ

, API, Вашингтон, округ Колумбия, 1984.

[2] A

РДАЛАН Х., ЭСЛАМИ А., НАРИМАН-ЗАХЕД Н., Пропускная способность ствола сваи

по данным CPT и CPTu с помощью полиномиальных нейронных сетей

и генетических алгоритмов, Comput. Геотех., 2009, 36, 616–625.

[3] B

OND AJ, SCHUPPENER B., SCARPELLI G., ORR TLL,

Еврокод 7: Геотехническое проектирование Примеры работ, работа

примеров, представленных на семинаре «Еврокод 7: Геотех-

Технический дизайн» Дублин, 13–14 июня 2013 г.

[4] B

UDHU M., Soil Mechanics and Foundations, Wiley, Hoboken,

New York 1999.

[5] C

AI G., LIU S., TONG L., DU G. , Оценка прямых методов CPT

и CPTu для прогнозирования предельной несущей способности одиночных свай ca-

, англ. Геол., 2009, 104, 211–222.

[6] C

AI G., LIU S., PUPPALA A.J., Оценка надежности

прогнозов вместимости свай на основе

CPTu в мягких глинистых отложениях,

Eng.Геол., 2012, 141–142, 84–91.

[7] DNV-OS-J101-2007: Det Norske Veritas. Проектирование морских конструкций

ветроэнергетических установок. Октябрь 20007.

[8] H

IRANY A., KULHAWY F.H., Проведение и интерпретация нагрузочных испытаний

на фундаментах пробуренных стволов, Отчет EL-5915,

1988, Vol. 1, Исследовательский институт электроэнергетики, Пало-Альто,

CA, www.epri.com

[9] F

ELLENIUS BH, Basics of Foundation Design, Electronic

Edition, Калгари, Альберта, Канада, T2G 4J3, 2009 .

[10] F

LEMING W.G.K. и др., Piling Engineering, Surrey Univer-

,

sity Press, New York 1985.

[11] GWIZDAŁA K., Fundamenty palowe. Technologie i oblicze-

nia. Том 1, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010.

[12] G

WIZDAŁA K., Fundamenty palowe. Badania i zastosowania.

Tom 2, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.

[13] J

ANBU N., (ed.), Статическая несущая способность фрикционных свай, Pro-

ceedings 6-й Европейской конференции по механике грунтов

и Foundation Engineering, 1976, Vol.1.2, 479–488.

[14] H

ЭЛВАНИ С., Прикладная механика грунта с приложениями ABAQUS

катионов, John Wiley & Sons, Inc., 2007.

[15] K

АРЛСРУД К., КЛАУЗЕН К.ДЖФ, AAS PM , Несущая способность

забивных свай в глине, подход NGI, Proc. Int. Symp. on

Frontiers in Offshore Geotechnics, 1. Перт 2005, 775–782.

[16] K

ARLSRUD K., Прогнозирование поведения смещения нагрузки и

грузоподъемности осевых свай в глине на основе анализа и

интерпретации результатов испытаний свайной нагрузки, докторская диссертация, Тронхейм,

Норвежский университет науки и технологий, 2012.

[17] K

ЭМПФЕРТ Х.-Г., БЕККЕР П., Осевое сопротивление сваям различных типов свай

на основе эмпирических значений, Труды Geo-

Шанхай 2010 Глубокие фундаменты и геотехнические исследования на месте

(GSP 205), ASCE, Рестон, Вирджиния, 2010, 149–154.

[18] K

OLK H.J., VAN DER VELDE A., Надежный метод

определения фрикционной способности свай, забитых в глины,

Proc. Морская технологическая конференция, 1996, Vol.2,

Хьюстон, Техас.

[19] K

RAFT L.M., LYONS C.G., Современное состояние: Ultimate Axial

Вместимость залитых свай, Proc. 6th Annual OTC, Houston

paper OTC 2081, 1990, 487–503.

[20] K

ULHAWY FH и др., Фонд структуры линии электропередачи —

для подъемно-компрессионной нагрузки, Отчет EL, 2870,

Исследовательский институт электроэнергии, Пало-Альто, 1983.

[21] M

CCLELLAND B., Проектирование свай глубокого проникновения для океанических конструкций

, Журнал геотехнического инженерного отдела,

ASCE, 1974, Vol.100, № GT7, 705–747.

[22] M

ЭЙЕРХОФ Г.Г., Несущая способность и оседание свайных фундаментов

, ASCE J. of Geotechnical Eng., 1976, GT3,

195–228.

[23] NAVFAC DM 7.2 (1984): фундамент и земляные сооружения,

Министерство военно-морского флота США.

[24] N

IAZI FS, MAYNE PW, Испытания на конусное проникновение на основе Di-

rect Методы оценки статической осевой нагрузки одиночных свай

, Геотехническая и геологическая инженерия, 2013, (31),

979– 1009.

[25] R

ANDOLPH MF, WROTH CP, Простой подход к проектированию свай

и оценка испытаний свай, Behavior of Deep

Foundations, STP 670, ASTM, West Conshohocken, Penn-

sylvania, 1979, 484–499.

[26] R

ANDOLPH M.F., Рекомендации по проектированию морских свай,

Proc. конференции по геотехнической практике на шельфе

Engineering, Остин, Техас, 1983, 422–439.

[27] R

АНДОЛЬФ М.Ф., Долвин Дж., Бек Р., Проектирование забивных свай

в песке, Геотехника, 1994, т. 44, № 3, 427–448.

[28] РУВАН РАДЖАПАКСЕ, Правила проектирования и строительства свай

Thumb, Elsevier, Inc., 2008.

[29] S

KEMPTON AW, Буронабивные сваи из лондонской глины,

Geotechnique , 1959, т. 9, № 4, с. 153–173.

[30] T

OMLINSON MJ Pile Design and Construction Practice,

Viewpoint Publications, Лондон, 1977 г., издание 1981 г., 1987 г.

издание, издание 1991 г., издание 1994 г., издание 1995 г., издание 1998 г.,

, 2008 г. версия.

[31] W

HITE D.J., BOLTON M.D., Сравнение CPT и свайного основания

сопротивления в песке, Proc. Inst. Civil Eng. Геотех. Eng.,

2005, 158 (GE1), 3–14.

[32] W

RANA B., Лекции по механике грунта, Wydawnictwo

Politechniki Krakowskiej, 2014.

[33] W

RANA B., Lectures on Foundations, Wydawnictwo

Politechniki

[34] W

YSOKIŃSKI L., KOTLICKI W., GODLEWSKI T., Projektowanie

geotechniczne według Eurokodu 7. Poradnik, Instytut Tech-

niki Budowlanej, Warszawa 2011.

[35] PN-EN 1997-1, Еврокод 7: Геотехническое проектирование — Часть 1:

Общие правила. Часть 2: Наземные исследования и испытания.

Без аутентификации

Дата загрузки | 20.02.16 23:00

Обзор вычислительных моделей и методов прогнозирования предельной мощности подъемных свай с равномерным поперечным сечением

Обзор вычислительных моделей и методов прогнозирования предельной грузоподъемности подъемных свай с однородным поперечным сечением.

Abstract : Чтобы улучшить применение подъемных свай, анализируется метод расчета предельной несущей способности, чтобы изучить значительную разницу между расчетными и испытательными значениями несущей способности.Методы расчета предельной несущей способности подъемных свай анализируются на основе трех поверхностей разрушения. Сравнительный анализ результатов проводится на основании полевых испытаний. Результаты показывают, что (1) стандартные методы, методы Мейерхофа и Даса игнорируют собственный вес сваи, что делает расчетное значение меньше значения испытания, так что эти методы могут применяться только для подъемных свай с малым отношением длины к диаметру; (2) метод Chattopadhyay позволяет прогнозировать несущую способность песка, но этот процесс является сложным; (3) метод Shanker учитывает значение отношения длины заделки к диаметру и, следовательно, может использоваться для прогнозирования несущей способности, когда отношение больше 20; и (4) усеченный перевернутый конус учитывает собственный вес сваи, метод Коттера основан на уравнении Коттера, метод горизонтального среза предполагает, что поверхность разрушения искривлена, и все три метода основывают расчет несущей способности на теория конечного равновесия.Значения трех методов близки к значениям теста Vesic, так что эти подходы можно использовать для расчета предельной вместимости подъёмной сваи с однородным поперечным сечением в различных грунтовых условиях.

Ключевые слова: мостостроение подъёмная свая максимальная мощность поверхность разрушения деформации однородное поперечное сечение

1. Введение

Подъемные сваи [1] обычно используются для предотвращения всплытия подземных и водных сооружений, а также для противодействия подъемным нагрузкам и изгибающим моментам в возвышающихся конструкциях, таких как подземные гаражи, подземные подстанции, опоры электропередачи, сухие доки и т. Д. скоро.Предыдущие исследования прочности и деформации подъемных свай ограничены по сравнению с исследованиями сжатых свай. Обычно мы прогнозируем предельную грузоподъемность подъемных свай на основе полевых испытаний статической нагрузки одиночной сваи и эмпирической формулы. В данной статье посредством сравнительного анализа резюмируются модели и методы расчета предельной емкости подъёмной сваи, предложенные учеными для инженерных приложений.

2 Поверхность разрушения подъёмной сваи

Виды разрушения [2] подъемных свай с однородным поперечным сечением делятся на три категории: (a) разрушение усеченного перевернутого конуса длины сваи, (b) разрушение сдвига вдоль границы раздела сваи и грунта, и (c) сложное разрушение при сдвиге, как показано на рисунке 1.Исследования проблем подъема свай с однородным поперечным сечением показывают, что основным видом разрушения является разрушение при сдвиге вдоль границы раздела сваи и грунта. Неповрежденный перевернутый конус встречается только в коротких сваях кессонного типа, заделанных в мягкую породу; и наклонная сторона перевернутого конуса также может быть представлена ​​как криволинейная поверхность. Между тем, разрушение сложного сдвига можно определить при использовании буронабивных свай в твердой глине. У таких свай сторона ворса не очень гладкая, а сцепление высокое. В этом случае несколько поверхностей излома перевернутого конуса постепенно возникают сверху вниз вдоль поднимающейся сваи, и некоторые комья перевернутого конуса могут подниматься вместе со сваей.

Рис.1 Типичные режимы разрушения подъемных свай.
3 Механизм передачи нагрузки

Механизм передачи нагрузки [3-6] вертикальных свай с однородным поперечным сечением аналогичен механизму сжатия свай фрикционного типа.Когда подъемные нагрузки действуют на верхнюю часть сваи, возникает относительное смещение между сваей и окружающей почвой. Подъемные нагрузки передаются на почву за счет бокового трения, в то время как боковое трение быстро увеличивается под нагрузкой. При достижении предела бокового трения в окружающем грунте происходит разрушение при сдвиге, характеризующееся вырыванием сваи и грунта. Таким образом, мы принимаем предельное боковое трение как предельную мощность подъемной сваи. Боковое трение связано со многими факторами, такими как свойства почвы, жесткость сваи, напряженное состояние почвы, поверхность контакта между сваей и почвой, среди прочего.Обычно, когда относительное смещение между сваей и почвой достигает 6-10 мм, поперечное трение достигает предела, в то время как общее поверхностное трение всей сваи достигает или даже превышает пиковое значение. После этого общее сопротивление вытягиванию будет постепенно снижаться.

4 Максимальная вместимость подъемных свай 4.1 Статус исследования

С 1970-х годов ученые из страны и других стран провели некоторые исследования прочности и деформации подъемных свай с помощью модельных испытаний, полевых испытаний и теоретического анализа.Поэтому было предложено несколько вычислительных моделей и методов, которые сравнили их на основе результатов испытаний.

4.1.1 Модельные испытания

MEYERHOF [7] предложил теоретическую формулу, основанную на предположении, что поверхность повреждения является границей раздела между сваей и грунтом под действием осевой растягивающей силы. Он игнорирует собственный вес сваи. Следуя исследованиям Мейерхофа, Das [8] предполагает, что поверхность повреждения находится вдоль сваи, а емкость связана с трением между сваей и почвой.Далее Дас предполагает, что трение, на которое влияет удлинение сваи, увеличивается линейно с увеличением глубины.

CHATTOPADHYAY и PISE [9] исследовали сваи в песке и построили формулу, предположив, что разрушение композитного материала при сдвиге происходит, когда сваи находятся под воздействием подъемных нагрузок, и рассчитали несущую способность на основе теории окончательного равновесия. Их эксперименты показали, что предельная грузоподъемность и боковое трение подъемных свай зависят от удлинения, угла внутреннего трения грунта и угла трения на границе раздела сваи и грунта среди других факторов.

SHIN [10] изучал предел прочности жесткой металлической сваи в почти насыщенной глине. Соотношение сторон свай при испытании составляло от 10 до 15, а углы между направлением тяги и осевой нагрузкой сваи составляли от 0 ° до 50 °. Результаты их исследования показали, что емкость зависит от площади поперечного сечения, сцепления на границе сваи и грунта и других факторов.

РАО и ПРАСАД [11] проверили подъемную способность жесткой сваи при горизонтальном циклическом нагружении в мягкой глине.В этом случае подъемная способность и горизонтальная способность опускания жесткой сваи, а также степень опускания подъемной способности зависят от деформации и удлинения. Однако, если частота циклического нагружения меньше определенного значения, подъемная способность свай не изменяется.

DASH и PISE [12] исследовали влияние предельной подъемной способности при осевом статическом давлении путем тестирования трех видов предельной подъемной способности: (а) при осевых сжимающих нагрузках, (б) при осевых растягивающих нагрузках и (в) при осевых сжимающих нагрузках с последующими растягивающими нагрузками.Результаты показали, что осевое сжатие уменьшает угол трения на границе раздела сваи и грунта δ, поэтому предельная подъемная способность снижается. SHELKE [13-15] также обнаружил, что трение вдоль сваи уменьшается по мере увеличения осевых сжимающих нагрузок.

VANITHA [16] изучал характеристики вытягивания под действием тягового усилия для одиночных и групповых свай. Соотношения сторон тестовых свай составляют 20 и 30, тогда как отношения ширины развернутой головки и диаметра сваи составляют 1, 2 и 3.Он построил кривую «нагрузка-смещение» в соответствии с результатами испытания и предсказал предельную несущую способность на основе теории окончательного равновесия.

NASR [17] изучал влияние нефтяного загрязнения на подъемную несущую способность бетонных свай в песках разной плотности и обсуждал влияние нефтяного загрязнения на смещение почвы. Исследование показало, что нефтяное загрязнение сильно ослабило несущую способность сваи. Кроме того, исходная плотность песчаной кучи и метод установки также играют важную роль в влиянии на несущую способность.

WU [18] проанализировал результаты модельных испытаний и характер разрушения свай в горных породах, чтобы предложить улучшенный метод расчета для расчета несущей способности подъемных свай.

SUN [2] проанализировал несущую способность одинарных и групповых свай и сравнил одиночные сваи с однородным поперечным сечением с расширенной сваей. Затем были построены две кривые нагрузка-смещение и построены формулы регрессии кривых.

4.1.2 Полевые испытания

ISMAEL [19] провел испытания на месте при рытье сваи в плотном известняковом грунте в Кувейте для определения коэффициента бокового трения и бокового давления грунта, влияющих на несущую способность. Результаты показали, что копаемая свая может достигать предельного трения в плотном известняковом грунте, а коэффициент бокового давления составляет от 1 до 1,2. В этом случае подъемные сваи повреждаются, когда деформация достигает 5-10% диаметра сваи.

SCOTT [20] изучил предельную вместимость двутавровой сваи, проанализировав входящие свойства сваи и выполнив испытание на осевое сжатие, испытание на растяжение и испытание на горизонтальную статическую нагрузку в различных геологических условиях. Их исследование показало, что сумма собственного веса сваи и бокового трения должна равняться подъемной способности.

CHAE [21] провел испытания на подъемную нагрузку в четырех группах расширенных подъемных свай и изучил предельную несущую способность, кривые «нагрузка-смещение» и распределение трения.Он считает, что характеристики смещения пьедестала из выветренного песчаника меняются в зависимости от формы и размера развернутой головки.

4.1.3 Теоретический анализ

DESHMUKH [22] предполагает, что поверхность разрушения представляет собой перевернутый усеченный конус на основе уравнения Коттера, и учитывает сумму вертикального давления грунта на поверхности разрушения и веса сваи и почвы в зоне разрушения, равной подъемной способности сваи.

KHATRI [23] изучали предельную способность подъёмной сваи при осевых нагрузках, исходя из предположения, что адгезия глины линейно увеличивается с глубиной. Предельная емкость подъемной сваи непрерывно увеличивается, когда адгезия увеличивается в осесимметричном статическом окончательном анализе.

HUANG и WANG [24] провели всестороннее исследование предельной несущей способности расширенных свай разной длины до и после выемки грунта, используя упрощенный метод.Основываясь на характеристиках перемещения подъемных свай с однородным поперечным сечением в соответствии с теорией передачи нагрузки, он считает, что предельная вместимость подъемных свай включает три части: (а) расширенный напор, (б) однородное поперечное сечение, на которое воздействует расширенный напор, и (с ) равномерное поперечное сечение, на которое не влияет расширенная головка

ЯО [25] изучил расчет деформации и предложил расчетную модель, основанную на методе передачи нагрузки. Эта модель может использоваться не только для расчета осадки и предельной несущей способности подъёмной сваи, но и для анализа закона передачи нагрузки подъёмной сваи в слоистом грунте.

HE [26] применил метод горизонтальных срезов и теорию конечного равновесия, чтобы обсудить взаимосвязь между предельной несущей способностью подъемной сваи в слоистом грунте, поверхностью разрушения и свойствами грунта. Применяя теорию конечного равновесия, они установили многофункциональность для максимальной производительности и получили оптимальное решение для метода математической оптимизации.

ZHU и YANG [1] вычислили упругие ответы для подъемной сваи на основе модели фундамента Винклера и упругопластического метода конечных разностей, основанного на одном и том же предельном распределении сопротивления трению.Он также подготовил соответствующую программу, а затем провел детальное исследование деформации и предельной прочности подъёмной сваи.

ZHANG [27] проанализированы характеристики подъемной деформации и предельной прочности свайного фундамента в плавучих конструкциях с учетом волновых нагрузок под глубоководной средой. Затем он сравнил различные несущие характеристики подъемной сваи и компрессионной сваи и обсудил факторы, влияющие на предельную вместимость наклонной подъемной сваи.

4.2 Расчетные модели

Существует множество моделей расчета предельной грузоподъемности сваи. Хотя каждый из них можно использовать для получения ответов, между ними существует множество различий. Мы представим несколько широко используемых моделей.

4.2.1 Стандартная модель

Поверхность разрушения в стандартной модели [28] изначально цилиндрическая.{2}} {{K} _ {s}} \ tan \ delta $ (1)

Где, P u — предельная грузоподъемность подъемной сваи; K s — коэффициент бокового давления почвы, обычно K s = 1-sin ψ ; d — диаметр сваи; γ — сила тяжести грунта; L — длина ворса; δ — угол трения на границе сваи и грунта; и ψ — угол внутреннего трения почвы.{2}} {{K} _ {u}} \ tan \ delta $ (2)

где K u — коэффициент подъема, который зависит от свойств грунта, типа сваи и процесса установки. Мы можем получить коэффициент повышения из тестовых данных MEYERHOF.

4.2.3 Теоретическая модель DAS

DAS [8] считает, что трение увеличивается линейно с увеличением глубины на основе его теста.Трение достигает максимума, когда коэффициент глубины равен, где H — глубина заделки, а коэффициент критической глубины зависит от относительной плотности Dr, выраженной в:

$ \ begin {align} & {{\ left (\ frac {H} {d} \ right)} _ {cr}} = 0,156 {{D} _ {r}} + 3,58 \\ & {{D} _ {r}} \ le 0.7 \\ \ end {align} $ (3)
$ \ begin {align} & {{\ left (\ frac {H} {d} \ right)} _ {cr}} = 14.{2} {{K} _ {u}} \ tan \ delta + \ pi d \ gamma {{H} _ {cr}} \ left (H — {{H} _ {cr}} \ right) {{ K} _ {u}} \ tan \ delta $
$ \ frac {H} {d} \ ge {{\ left (\ frac {H} {d} \ right)} _ {cr}} $ (6)
4.2.4 Перевернутый усеченный конус, модель [29]

Поверхность разрушения в этой модели представляет собой перевернутый усеченный конус, как показано на рисунке 2. {2}} $ (10)

Этот теоретический анализ полностью учитывает влияние физических параметров сваи и грунта, так что анализ может разумно предсказать предельную несущую способность сваи.Однако, когда мы используем модель, мы должны проводить сложное численное интегрирование, поэтому A упрощается с использованием следующего:

$ A = \ frac {1} {2} {{K} _ {s}} \ tan \ delta + \ frac {d} {4L} $ (11)
$ {{K} _ {\ text {s}}} = {{K} _ {0}} = \ left (1- \ sin \ phi \ right) \ frac {\ tan \ delta} {\ tan \ phi } $ (12)
Инжир.3 Поверхность разрушения с композитным сдвигом
4.2.6 Теоретическая модель хвостовика

SHANKER [30] Теоретическая модель аналогична теоретической модели Чаттопадхая. {3}} $ (44)

где коэффициенты C 1 и C 2 получаются с использованием следующих уравнений:

$ {{C} _ {1}} = \ pi d \ gamma \ left [\ frac {1} {\ tan \ theta} + \ left (\ cos \ theta + K \ sin \ theta \ right) \ tan \ фи \ право] $ (15)
$ {{C} _ {2}} = \ frac {2 \ pi \ gamma} {\ tan \ theta} \ left [\ frac {1} {\ tan \ theta} + \ left (\ cos \ theta + K \ sin \ theta \ right) \ tan \ phi \ right] $ (16)
$ K = {{K} _ {0}} = \ left (1- \ sin \ phi \ right) \ frac {\ tan \ delta} {\ tan \ phi} $ (17)

когда ( L / d )> 20, предельная грузоподъемность является суммой несущей способности верхнего перевернутого конуса и меньше 0.25L длительное сопротивление трению.

4.2.7 Модель уравнений Коттера

Метод, основанный на теории окончательного равновесия, использует уравнения Коттера [22] для получения сопротивления трения на поверхности разрушения и дальнейшего расчета предельной грузоподъемности сваи. {2}}} {4} \ left (d-3 {{C} _ {3}} \ right) \ right] \ right \} $ (20)

где коэффициент C 3 и C 4 составляют:

$ {{C} _ {3}} = \ frac {d} {2} + \ frac {L} {\ tan \ alpha} $ (21)
$ {{C} _ {4}} = \ frac {d} {2} + \ frac {3L} {\ tan \ alpha} $ (22)
4.2.8 Эмпирическая формула

Эмпирическая формула [3] , которая особенно подходит для начальных этапов проектирования, представляет собой простой и эффективный метод прогнозирования предельной грузоподъемности подъемной сваи. Согласно местным и зарубежным исследованиям подъемной сваи, основной формой повреждения является разрушение цилиндрического сдвига вдоль границы раздела свая-грунт. В этом случае мощность подъемной сваи определяется как:

.
$ {{P} _ {u}} = W + \ pi d \ int_ {0} ^ {L} {{{\ tau} _ {\ max}}} \ left (z \ right) dz $ (23)

где, W, — эффективный вес сваи, d — диаметр сваи; L — длина сваи, а τ max ( z ) — наибольшее сопротивление боковому трению на глубине z .

В настоящее время аналитические методы, используемые для прогнозирования τ max ( z ), представляют собой метод полного напряжения и метод эффективного напряжения. Для расчета сопротивления боковому трению в глине всегда используется метод полного напряжения. В условиях недренированного нагружения мы предполагаем, что φ насыщенной глины равно 0, так что единичное поперечное трение составляет

.
$ {{\ tau} _ {\ max}} = \ alpha {{S} _ {\ text {u}}} $ (24)

где S u — сопротивление грунта на сдвиг без дренажа, а α — коэффициент сцепления или коэффициент уменьшения с учетом конструкции и нарушения грунта.{‘}} z $ (26)

где σ ′ v — вертикальное эффективное напряжение на месте, γ ′ — эффект объемной плотности грунта рядом с сваей, z — глубина между расчетной точкой и поверхностью, и K — коэффициент бокового давления.

4.2.9 Метод горизонтального среза

HE [26] изучил положение и форму поверхности разрушения подъёмной сваи в слоистом грунте и предложил рассчитать предельную подъёмную способность методом горизонтального среза.В этом методе в грунте вокруг сваи в соответствии с поверхностью разрушения при сдвиге разделяют несколько слоев горизонтальных стержней с определенным весом. Каждый угол между поверхностью разрушения горизонтальных стержней и горизонтальной поверхностью составляет α i ( I = 1, 2,…, n ). Когда количество горизонтальных стержней достаточно велико, доступны сплошная и гладкая поверхность разрушения и предельная грузоподъемность сваи. Расчетная модель метода горизонтальных срезов представлена ​​на рисунке 6.

Рис.6 Расчетная модель горизонтального среза

Модель горизонтального стержня показана на рисунке 7. Сделаны некоторые допущения для упрощения расчетов. Например, грунт вокруг сваи является однородным изотропным, сила между стержнями не учитывается, а поверхность разрушения создается за счет осесимметричного вращения грунта и т. Д.

Рис.7 Модель горизонтального среза

Как показано на рисунке 7, N i и T i имеют следующие отношения на поверхности разрушения:

$ {{T} _ {i}} = {{N} _ {i}} \ tan \ phi + c {{l} _ {i}} $ (27)

, где поверхность разрушения длины горизонтального среза i составляет:

$ {{l} _ {i}} = \ frac {h} {\ sin {{\ alpha} _ {i}}} = \ frac {H} {n} \ frac {1} {\ sin {{\ альфа} _ {i}}} $ (28)

Согласно балансу горизонтальных и вертикальных сил горизонтальной штанги и ,

$ \ pi d {{F} _ {xi}} = 2 \ pi (\ frac {d} {2} + \ frac {{{t} _ {i}} + {{t} _ {i-1}) }} {2}) \ left ({{T} _ {i}} \ cos {{\ alpha} _ {i}} + {{N} _ {i}} \ sin {{\ alpha} _ {i }} \ right) $ (29)
$ \ begin {align} & \ pi d {{F} _ {yi}} = {{W} _ {i}} + 2 \ pi (\ frac {d} {2} + \ frac {{{t} _ {i}} + {{t} _ {i-1}}} {2}) \ left ({{T} _ {i}} \ sin {{\ alpha} _ {i}} — {{N} _ {i}} \ cos {{\ alpha} _ {i}} \ right) + \\ & \ pi {{q} _ {i}} \ left [{{\ left (\ frac {d} {2} + {{t} _ {i}} \ right)} ^ {2}} — {{ \ left (\ frac {d} {2} \ right)} ^ {2}} \ right] — \ pi {{q} _ {i-1}} \ left [{{\ left (\ frac {d} {2} + {{t} _ {i-1}} \ right)} ^ {2}} — {{\ left (\ frac {d} {2} \ right)} ^ {2}} \ right] \\ \ end {align} $ (30)

где t i — длина горизонтальной штанги i и q i — давление почвы, действующее на горизонтальную штангу i , поэтому боковое трение F yi можно вычислить.{n} {{{F} _ {yi}}} = f \ left ({{\ alpha} _ {1}}, {{\ alpha} _ {2}}, \ ldots, {{\ alpha} _ {n}} \ right) $ (31)

Чтобы сделать частную производную от P u до α i равно нулю, как выражается следующим образом:

$ P = {{P} _ {u}} + \ frac {1} {4} \ pi d \ left ({{L} _ {1}} {{\ gamma} _ {1}} + {{L } _ {2}} {{\ gamma} _ {2}} \ right) $ (32)
5 Примеры анализа

VESIC [31] провела всестороннее испытание на грузоподъемность сваи на берегу реки Огичи в 1970 году.Длина сваи L составляет 15,01 м, диаметр сваи d составляет 0,453 м, плотность грунта γ составляет 20 кН / м 3 , угол сцепления внутреннего трения c равен 20, межфазный угол трения. Общая предельная нагрузка подъемной сваи составляет 1538 кН, а результаты различных методов показаны в таблице 1:

.

Табл. 1 Расчетная стоимость всех методов

35 9125 9125 9125 9125 9125 9125 9125
Параметры p Расчетные модели Предельная нагрузка (кН)
Диаметр сваи d / м 0.453 Стандартная модель 583
Длина сваи L / м 15,01 Chattopadhyay 403
Угол внутреннего трения φ 1 Shaker 1 216
Угол трения на границе раздела 27 Модель с перевернутым усеченным конусом 1717
δ / (°)
20 Meyerhof 1225
Средняя насыпная плотность 20 Das 1225
γ / кН / м 3 Модель уравнений Коттера 1308
Эмпирическая формула a 1179
Метод горизонтального среза 1713
Результат теста 1538

Из таблицы видно, что результаты модели перевернутого усеченного конуса, модели уравнений Коттера и метода горизонтальных срезов близки к результатам теста.Отклонения расчетных значений от экспериментальных составляют 11,6%, -14,9% и 11,4%; следовательно, для расчета предельной грузоподъемности подъемной сваи можно использовать три метода.

6. Выводы

В данном исследовании обобщены расчетные модели и методы определения предельной емкости подъёмной сваи на основе исследований, проведенных местными и зарубежными учеными. Мы обсудили предпосылки, применимость, а также преимущества и недостатки каждого метода, сравнив теоретические значения со значениями теста Vesic.Ниже приведены некоторые выводы и рекомендации:

(1) Стандартная, теоретическая модель Мейерхофа и теоретическая модель Даса игнорируют собственный вес сваи. Поверхность разрушения в стандартной модели является цилиндрической, теоретическая модель Мейерхоф вводит коэффициент подъема для уменьшения бокового трения, а теоретическая модель Das учитывает степень погружения сваи. Три модели, как правило, дают небольшие результаты и подходят только для подъемных свай с меньшим соотношением сторон.Поверхность разрушения представляет собой усеченный перевернутый конус. В модели перевернутого усеченного конуса предельная грузоподъемность подъёмной сваи равна собственному весу усечённого конуса. Однако сопротивление боковому трению между сваей и грунтом не учитывается. Учитывая, что значения этого метода близки к тестовым значениям, мы можем использовать его для предварительного прогнозирования несущей способности. Основная форма повреждения — это разрушение цилиндрическим сдвигом по эмпирической формуле. Хотя собственный вес сваи и сопротивление поперечному трению включены, отклонение велико, поскольку недренированная прочность на сдвиг используется как сопротивление поперечному трению между сваей и грунтом.

(2) Поверхность разрушения в теоретической модели Чаттопадхая представляет собой искривленную поверхность, и здесь вводится коэффициент общей несущей способности A. Если учесть влияние физических параметров сваи и грунта на подъемную способность, теоретические значения близки к экспериментальным значениям. Недостатком этого метода является сложное численное интегрирование. Обычно используется, когда почва песчаная. Поверхность разрушения в теоретической модели Шанкера и модели уравнений Коттера представляет собой перевернутый конус.В теоретической модели Shanker, когда ( L / d )> 20, предельная грузоподъемность является суммой несущей способности верхнего перевернутого конуса и сопротивления длинному трению менее 0,25L. Таким образом, теоретическая модель Шенкера — это простой способ оценить предельную производительность. Модель уравнений Коттера может точно предсказать предельную производительность, что делает ее пригодной для всех типов почв. В грунте вокруг сваи делятся многочисленные турники. В методе горизонтального среза поверхность разрушения представляет собой изогнутую поверхность.Основываясь на теоретических значениях теории конечного равновесия, мы считаем значения близкими к экспериментальным значениям. Как и модель уравнений Коттера, метод горизонтальных срезов можно использовать для всех типов почв, хотя расчет сложен.

(3) Все модели, обсуждаемые в настоящем исследовании, принимают определенные допущения и рассматривают только слой почвы, поэтому отклонения действительно существуют. В практической инженерии часто используется многослойный грунт или скальная порода, и поверхность разрушения не определена.Учитывая эти факторы, мы можем оценить несущую способность, используя модель перевернутого усеченного конуса, модель уравнений Коттера и метод горизонтального среза. Наконец, предельная вместимость подъемной сваи может быть определена, если модели объединить с испытаниями статической нагрузки.

Microsoft Word — 17.TOC — Chapter 17w-Abutments.doc

% PDF-1.7 % 1 0 obj> эндобдж 21 0 obj> ручей 2019-10-24T13: 37: 29-04: 002012-02-10T15: 22: 54-05: 002019-10-24T13: 37: 29-04: 00Adobe Acrobat 9.1.2application / pdf

  • Microsoft Word — 17.TOC — Chapter 17w-Abutments.doc
  • Карл В. Ларсон
    • uuid: 02d5d037-425d-4e71-9173-857efa2aad88uid: 5391d23b-a401-4df7-9929-c3ddbb224581Adobe Acrobat 9.1.2 конечный поток эндобдж 597 0 obj> эндобдж 4938 0 obj> ручей Акробат Дистиллятор 9.0.0 (Windows) PScript5.dll Версия 5.2.22012-02-10T14: 44: 21-05: 002012-02-10T14: 44: 21-05: 00application / pdf
  • Microsoft Word — 17.04 — Абатменты Full Integral Abutments.doc
  • Карл В. Ларсон
    • uuid: a41f7aac-c76e-42e2-9d4d-b8aa6285cf18uuid: 91c0b31b-7c6b-4188-8a13-793f801f6f33 конечный поток эндобдж 4939 0 obj> ручей 2012-02-10T15: 20: 32-05: 002012-02-10T12: 32: 39-05: 002012-02-10T15: 20: 32-05: 00Adobe Acrobat 9.1.2application / pdf
  • Microsoft Word — 17.TOC — Глава 17w-Абатменты.doc
  • Карл В. Ларсон
    • uuid: d6b7adfc-cfed-4450-82a1-15fa36c277d3uuid: 9e8a45ee-d295-4401-b254-245477076e6a Adobe Acrobat 9.1.2 конечный поток эндобдж 4940 0 obj> эндобдж 4941 0 объект> эндобдж 4942 0 obj> эндобдж 4943 0 obj> эндобдж 4944 0 obj> эндобдж 4945 0 obj> эндобдж 4946 0 obj> эндобдж 4947 0 obj> эндобдж 4948 0 obj> эндобдж 4949 0 obj> эндобдж 4950 0 obj> эндобдж 4951 0 объект> эндобдж 4952 0 объект> эндобдж 4953 0 obj> эндобдж 4954 0 объект> эндобдж 4955 0 obj> эндобдж 4956 0 obj> эндобдж 4957 0 объект> эндобдж 4958 0 obj> эндобдж 4959 0 obj> эндобдж 4960 0 obj> эндобдж 4961 0 объект> эндобдж 4962 0 obj> эндобдж 4963 0 obj> эндобдж 4964 0 obj> эндобдж 4965 0 obj> эндобдж 4966 0 объект> эндобдж 4967 0 объект> эндобдж 4968 0 объект> эндобдж 4969 0 obj> эндобдж 4970 0 obj> эндобдж 4971 0 obj> эндобдж 4972 0 объект> эндобдж 4973 0 obj> эндобдж 4974 0 obj> эндобдж 4975 0 obj> эндобдж 4976 0 obj> эндобдж 4977 0 obj> эндобдж 4978 0 obj> эндобдж 4979 0 obj> эндобдж 4980 0 объект> эндобдж 4981 0 объект> эндобдж 4982 0 obj> эндобдж 4983 0 obj> эндобдж 4984 0 obj> эндобдж 4985 0 obj> эндобдж 4986 0 объект> эндобдж 4987 0 obj> эндобдж 4988 0 obj> эндобдж 4989 0 obj> эндобдж 4990 0 obj> эндобдж 4991 0 объект> эндобдж 4992 0 obj> эндобдж 4993 0 obj> эндобдж 4994 0 объект> эндобдж 4995 0 obj [4953 0 R] эндобдж 4996 0 obj [4954 0 R] эндобдж 4997 0 obj [4955 0 R] эндобдж 4998 0 obj [4956 0 R] эндобдж 4999 0 obj [4957 0 R] эндобдж 5000 0 obj [4958 0 R] эндобдж 5001 0 obj [4959 0 R] эндобдж 5002 0 obj [4960 0 R] эндобдж 5003 0 obj [4961 0 R] эндобдж 5004 0 obj [4962 0 R] эндобдж 5005 0 obj [4963 0 R] эндобдж 5006 0 obj [4964 0 R] эндобдж 5007 0 obj [4965 0 R] эндобдж 5008 0 obj [4966 0 R] эндобдж 5009 0 obj [4967 0 R] эндобдж 5010 0 obj [4968 0 R] эндобдж 5011 0 obj [4969 0 R] эндобдж 5012 0 obj [4970 0 R] эндобдж 5013 0 obj [4971 0 R] эндобдж 5014 0 obj [4972 0 R] эндобдж 5015 0 obj [4973 0 R] эндобдж 5016 0 obj [4974 0 R] эндобдж 5017 0 obj [4975 0 R] эндобдж 5018 0 obj [4976 0 R] эндобдж 5019 0 obj [4977 0 R] эндобдж 5020 0 obj [4978 0 R] эндобдж 5021 0 obj [4979 0 R] эндобдж 5022 0 obj [4980 0 R] эндобдж 5023 0 obj [4981 0 R] эндобдж 5024 0 obj [4982 0 R] эндобдж 5025 0 obj [4983 0 R] эндобдж 5026 0 obj [4984 0 R] эндобдж 5027 0 obj [4985 0 R] эндобдж 5028 0 obj [4986 0 R] эндобдж 5029 0 obj [4987 0 R] эндобдж 5030 0 obj [4988 0 R] эндобдж 5031 0 obj [4989 0 R] эндобдж 5032 0 obj [4990 0 R] эндобдж 5033 0 obj [4991 0 R] эндобдж 5034 0 obj [4992 0 R] эндобдж 5035 0 obj [4993 0 R] эндобдж 5036 0 obj> эндобдж 5037 0 obj> эндобдж 5038 0 obj> эндобдж 5039 0 obj> эндобдж 5040 0 obj> эндобдж 5041 0 объект> эндобдж 5042 0 obj> эндобдж 5043 0 obj> эндобдж 5044 0 obj> эндобдж 5045 0 obj> эндобдж 5046 0 obj> эндобдж 5047 0 obj> эндобдж 5048 0 obj> эндобдж 5049 0 obj> эндобдж 5050 0 obj> эндобдж 5051 0 объект> эндобдж 5052 0 obj> эндобдж 5053 0 obj> эндобдж 5054 0 объект> эндобдж 5055 0 obj> эндобдж 5056 0 obj> эндобдж 5057 0 obj> эндобдж 5058 0 obj> эндобдж 5059 0 объект> эндобдж 5060 0 объект> эндобдж 5061 0 объект> эндобдж 5062 0 obj> эндобдж 5063 0 obj> эндобдж 5064 0 obj> эндобдж 5065 0 obj> эндобдж 5066 0 объект> эндобдж 5067 0 объект> эндобдж 5068 0 объект> эндобдж 5069 0 obj> эндобдж 5070 0 obj> эндобдж 5071 0 obj> эндобдж 5072 0 объект> эндобдж 5073 0 obj> эндобдж 5074 0 obj> эндобдж 5075 0 obj> / Шрифт >>>>> эндобдж 5076 0 obj> эндобдж 10927 0 obj> эндобдж 10928 0 obj >>> / Аннотации 10929 0 R >> эндобдж 10929 0 obj [11023 0 R 11020 0 R 11017 0 R 11014 0 R 11011 0 R 11008 0 R 11005 0 R 11002 0 R 10999 0 R 10996 0 R 10993 0 R 10990 0 R 10987 0 R 10984 0 R 10981 0 R 10978 0 R 10975 0 R 10972 0 R 10969 0 R 10966 0 R 10963 0 R 10960 0 R 10957 0 R 10954 0 R 10951 0 R 10948 0 R 10945 0 R 10942 0 R 10939 0 R 10936 0 R 10933 0 R 10930 0 R ] эндобдж 10930 0 obj> / M (D: 20200501094608-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (NIONAHPEWDFSTFMG) >> эндобдж 10931 0 obj> эндобдж 10932 0 объект >>>>> эндобдж 10933 0 obj> / M (D: 20200501094604-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (UTQYLJRHSJXGWOBF) >> эндобдж 10934 0 obj> эндобдж 10935 0 объект> / XObject >>>>> эндобдж 10936 0 obj> / M (D: 20200501094559-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (YFUQPYAGCJZYLYHI) >> эндобдж 10937 0 obj> эндобдж 10938 0 объект >>>>> эндобдж 10939 0 obj> / M (D: 20200501094547-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (OVVHHTYSLIRDFAUM) >> эндобдж 10940 0 obj> эндобдж 10941 0 объект >>>>> эндобдж 10942 0 obj> / M (D: 20200501094544-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (NZPRGGKSQITZKVEB) >> эндобдж 10943 0 obj> эндобдж 10944 0 объект> / XObject >>>>> эндобдж 10945 0 obj> / M (D: 20200501094531-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (IWASIXVATUKLKQEV) >> эндобдж 10946 0 obj> эндобдж 10947 0 объект >>>>> эндобдж 10948 0 obj> / M (D: 20200501094526-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (LWCBQLPDAUGTQGMD) >> эндобдж 10949 0 obj> эндобдж 10950 0 объект >>>>> эндобдж 10951 0 obj> / M (D: 20200501094521-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (GDEYKPQIEFHJQDZQ) >> эндобдж 10952 0 объект> эндобдж 10953 0 объектов >>>>> эндобдж 10954 0 obj> / M (D: 20200501094517-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (LOGIKJSYGCSSSGZN) >> эндобдж 10955 0 obj> эндобдж 10956 0 объектов >>>>> эндобдж 10957 0 obj> / M (D: 20200501094512-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (GVYZZTJIIMJXVXXL) >> эндобдж 10958 0 obj> эндобдж 10959 0 объектов >>>>> эндобдж 10960 0 obj> / M (D: 20200501094508-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (YTWMIPBECPDVNWAB) >> эндобдж 10961 0 объект> эндобдж 10962 0 объект >>>>> эндобдж 10963 0 obj> / M (D: 20200501094504-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (WSXQERVWDYUVIJJQ) >> эндобдж 10964 0 obj> эндобдж 10965 0 объектов >>>>> эндобдж 10966 0 obj> / M (D: 20200501094459-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (LOJKVIXRTSCJTGPW) >> эндобдж 10967 0 obj> эндобдж 10968 0 объект> / XObject >>>>> эндобдж 10969 0 obj> / M (D: 20200501094444-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (HZRTRVYYQLGPINNL) >> эндобдж 10970 0 obj> эндобдж 10971 0 объектов >>>>> эндобдж 10972 0 obj> / M (D: 20200501094439-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (IYFRCPSEGMSUBAGE) >> эндобдж 10973 0 obj> эндобдж 10974 0 объектов >>>>> эндобдж 10975 0 obj> / M (D: 20200501094435-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (MZTRUBATZZNDVOAT) >> эндобдж 10976 0 obj> эндобдж 10977 0 объектов >>>>> эндобдж 10978 0 obj> / M (D: 20200501094430-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (OWOGTEHMLFFVBGCH) >> эндобдж 10979 0 obj> эндобдж 10980 0 объект> / XObject >>>>> эндобдж 10981 0 obj> / M (D: 20200501094425-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (PNFFFCKPKJHPPRIG) >> эндобдж 10982 0 obj> эндобдж 10983 0 объектов >>>>> эндобдж 10984 0 obj> / M (D: 20200501094420-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (NOCGGJNTDYPYWMPF) >> эндобдж 10985 0 obj> эндобдж 10986 0 объект >>>>> эндобдж 10987 0 obj> / M (D: 20200501094416-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (UPSXPRANUSPOAQMZ) >> эндобдж 10988 0 obj> эндобдж 10989 0 объектов >>>>> эндобдж 10990 0 obj> / M (D: 20200501094412-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (SXVPREXEIISCRXRD) >> эндобдж 10991 0 объект> эндобдж 10992 0 объект> / XObject >>>>> эндобдж 10993 0 obj> / M (D: 20200501094407-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (OVZYJDIDECGBVWQZ) >> эндобдж 10994 0 obj> эндобдж 10995 0 объектов >>>>> эндобдж 10996 0 obj> / M (D: 20200501094402-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (EHNRCHADEOCZQFAX) >> эндобдж 10997 0 obj> эндобдж 10998 0 объектов >>>>> эндобдж 10999 0 obj> / M (D: 20200501094357-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (DRJNUMMUSJONTHLT) >> эндобдж 11000 0 объект> эндобдж 11001 0 объектов >>>>> эндобдж 11002 0 obj> / M (D: 20200501094352-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (WOZTAICCJWEWXMMD) >> эндобдж 11003 0 объектов> эндобдж 11004 0 объектов >>>>> эндобдж 11005 0 obj> / M (D: 20200501094348-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (JKLURHDTGWDICVIK) >> эндобдж 11006 0 объект> эндобдж 11007 0 объект> / XObject >>>>> эндобдж 11008 0 obj> / M (D: 20200501094321-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (PKGVXINQSMSQZMTC) >> эндобдж 11009 0 объектов> эндобдж 11010 0 obj> эндобдж 11011 0 obj> / M (D: 20200501094343-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (CCPKOYTIBXTZNBNM) >> эндобдж 11012 0 obj> эндобдж 11013 0 объектов >>>>> эндобдж 11014 0 obj> / M (D: 20200501094336-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (NXGUVMUXJBGHCYNJ) >> эндобдж 11015 0 объект> эндобдж 11016 0 объект >>>>> эндобдж 11017 0 obj> / M (D: 20200501094331-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (QYWHYYARPXRFCAEB) >> эндобдж 11018 0 obj> эндобдж 11019 0 объектов >>>>> эндобдж 11020 0 obj> / M (D: 20200501094326-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (IASOIFHKGSIUPDMM) >> эндобдж 11021 0 объект> эндобдж 11022 0 obj> / ProcSet [/ PDF / Text] / ExtGState> / Font >>>>> эндобдж 11023 0 obj> / M (D: 20200501094317-04’00 ‘) / Border [0 0 0] / NM (OIBEXJVNTLOUXRKM) >> эндобдж 11024 0 obj> эндобдж 11025 0 obj> / CIDToGIDMap / Identity / FontDescriptor> / Subtype / CIDFontType2 / Type / Font / W 11027 0 R >>] / Encoding / Identity-H / Subtype / Type0 / ToUnicode 11026 0 R / Type / Font >> эндобдж 11026 0 obj> ручей / CIDInit / ProcSet findresource begin 12 dict begin begin cmap / CIDSystemInfo> def / CMapName / Adobe-Identity-UCS def / CMapType 2 def 1 begincodespacerange endcodespacerange 54 beginbfchar endbfchar endcmap CMapName currentdict / CMap defineresource pop end end конечный поток эндобдж 11027 0 obj [3 3277 16 16 333 17 17 277 19 19 556 20 20 556 21 21 556 22 22 556 23 23 556 24 24 556 25 25 556 26 26 556 27 27 556 28 28 556 29 29 277 36 36 666 37 37 666 38 38 722 39 39 722 40 40 666 41 41 610 42 42 777 43 43 722 44 44 277 45 45 500 47 47 556 49 49 722 50 50 777 51 51 666 53 53 722 54 54 666 55 55 610 68 68 556 69 69 556 70 70 500 71 71 556 72 72 556 73 73 277 74 74 556 75 75 556 76 76 222 78 78 500 79 79 222 80 80 833 81 81556 82 82 556 83 83 556 85 85 333 86 86 500 87 87 277 88 88 556 89 89 500 91 91 500 92 92 500 171 171 1000] эндобдж 11028 0 объект 1000 эндобдж 11029 0 obj> ручей x `? {M6% $ @ d!» r 90x_ @ 4 ^ h [* Z.IRmT ֪ gR? 3 {T} Agww ޙ g ޙ wggy}

    ACI 318 Проектирование бетонных свай

    Конструкция с одинарной сваей в соответствии с ACI 318 (2014)

    Сваи — это длинные и тонкие элементы, которые переносят нагрузки от надстройки на более глубокий грунт или на скалу с соответствующей несущей способностью. Материалы, используемые для свай, могут включать дерево, сталь и бетон. Укладка сваи в грунт может быть забита, просверлена или поддомкрачена, которые затем соединяются с заглушками свай. Для классификации типа и установки свай учитывается множество факторов, таких как условия площадки, тип почвы, передача нагрузок.В этой статье основное внимание уделяется проектированию бетонной сваи в соответствии с Американским институтом бетона (ACI) 318 — 2014.

    Модуль

    SkyCiv Foundation Design включает в себя проектирование свай в соответствии с Американским институтом бетона (ACI 318) и австралийскими стандартами (AS 2159 и 3600).

    Хотите попробовать программное обеспечение SkyCiv Foundation Design? Наш бесплатный инструмент позволяет пользователям выполнять расчеты несущей способности без загрузки или установки!

    Калькулятор проектирования фундамента

    Несущая способность сваи

    Обычно вертикальные нагрузки, прикладываемые к сваям, воспринимаются концевой опорой сваи, и сопротивление поверхностному трению развивается по всей ее длине.Предельная грузоподъемность (Q U ) должна быть представлена ​​уравнением (1). Коэффициент запаса прочности применяется для расчета допустимой грузоподъемности (Q A ).

    \ ({Q} _ {u} = {Q} _ {p} + {Q} _ {s} \) (1)

    Q U = Максимальная грузоподъемность

    Q P = Сопротивление концевого подшипника

    Q S = Сопротивление поверхностному трению

    \ ({Q} _ {A} = \ frac {{Q} _ {U}} {FOS} \) (2)

    Q A = Допустимая грузоподъемность

    FOS = коэффициент безопасности

    Для получения более подробного руководства ознакомьтесь с нашей статьей о расчете сопротивления трению кожи и несущей способности конца.

    Конструктивная прочность одинарной сваи

    Сваи также подвергаются действию осевых сил, силы сдвига и изгибающего момента, поэтому они конструктивно аналогичны колоннам. В разделе 10.5.1.1 указано, что вся факторная нагрузка не должна превышать соответствующую расчетную прочность.

    \ ({øP} _ {N} ≤ {P} _ {U} \) (3a)

    \ ({øM} _ {N} ≤ {M} _ {U} \) (3b)

    \ ({øV} _ {N} ≤ {V} _ {U} \) (3c)

    P U , M U , V U = Фактор осевого, изгибающего момента, поперечных нагрузок

    P N , M N , V N = Номинальный осевой, изгибающий момент, поперечные нагрузки

    ø = Коэффициенты снижения прочности (Таблица 1)

    Коэффициенты снижения прочности (ϕ)
    Осевой 0.65-0,90
    Изгиб 0,65–0,90
    Ножницы 0,75

    Таблица 1: Коэффициенты снижения прочности (Таблица 21.2.1, ACI 318-14)

    Прочность на сдвиг одиночной сваи (øV N )

    Номинальная прочность на сдвиг должна быть эквивалентна комбинированному вкладу прочности на сдвиг бетона и стальной арматуры.

    Прочность бетона на сдвиг (V c )

    Вклад бетона в сопротивление сдвигу рассчитывается, как показано в уравнении (4), которое определено в разделе 22.5.5.1 ACI 318-14.

    \ ({V} _ {c} = 0,17 × λ × \ sqrt {fc ’} × b × d \) (4)

    λ = коэффициент модификации бетона = 1 (бетон нормального веса, таблица 19.2.4.2)

    fc ’= Прочность бетона

    b = ширина или диаметр сваи

    d = 0,80 × глубина сваи (Раздел 22.5.2.2)

    Прочность стальных стержней на сдвиг (V s )

    Вклад арматуры на поперечный сдвиг в сопротивление сдвигу вычисляется как минимум между уравнениями (5) и (6).

    \ ({V} _ {s} = 0,066 × \ sqrt {fc ’} × b × d \) (5)

    \ ({V} _ {s} = \ frac {{A} _ {v} × {f} _ {yt} × d} {s} \) (6)

    A V = Площадь поперечных арматурных стержней

    f yt = предел текучести арматурных стержней на сдвиг

    s = Расстояние между центрами поперечных арматурных стержней

    Номинальное сопротивление сдвигу (øV N )

    Суммируя выходные данные уравнения 4-6, получаем номинальную прочность сваи на сдвиг.Коэффициент уменьшения прочности (ø) должен быть равен 0,75, как определено в таблице 22.2.1 ACI 318-14.

    \ ({øV} _ {N} = ø × ({V} _ {c} + {V} _ {s}) ≤ {øV} _ {U} \) (7)

    Осевая и изгибная способности одиночной сваи (øP N , øM N )

    Осевая и изгибная способности проверяются с помощью диаграммы взаимодействия. Эта диаграмма представляет собой визуальное представление поведения изгибных и осевых нагрузок, вызванных увеличением нагрузки от чистой точки изгиба до точки равновесия.

    Рисунок 1: Схема взаимодействия столбцов

    Диаграмма взаимодействия колонн

    Точка чистого сжатия на диаграмме — это место, где свае полностью не сжимается. В этот момент осевая нагрузка прикладывается к пластическому центру тяжести сечения, чтобы оставаться в сжатом состоянии без изгиба. Прочность сваи между точками чистого сжатия до точек разуплотнения можно рассчитать с помощью линейной интерполяции. Точка декомпрессии — это когда деформация бетона на крайнем сжимающем волокне равна 0.003, а деформация в крайнем растяжимом волокне равна нулю. Точка чистого изгиба — это точка, при которой осевая нагрузка равна нулю. Между переходом от точки декомпрессии к точке чистого изгиба достигается состояние равновесия. В этот момент деформация бетона находится на пределе ( ε c = 0,003), а внешняя деформация стали достигает предела текучести ( ε s = 0,0025). Любая комбинация осевой нагрузки и изгибающего момента за пределами диаграммы приведет к отказу.

    Максимальная номинальная осевая прочность на сжатие для конструкции (øP N )

    Расчетная осевая прочность секции должна быть ограничена только 80–85% от номинальной осевой прочности для учета случайного эксцентриситета.

    \ ({øP} _ {N} = ø × {P} _ {o} \) (8a)

    \ ({P} _ {o} = F × [0,85 × {f} _ {c} × ({A} _ {g} — {A} _ {st}) + ({f} _ {y} × {A} _ {st})] \) (8b)

    F = 0,80 (Связи)

    F = 0,85 (спираль)

    A G = Общая площадь поперечного сечения сваи

    A st = Общая площадь продольных стальных стержней

    f y = предел текучести стальных стержней

    Номинальная прочность на изгиб (øM N )

    Построение диаграммы взаимодействия для столбца включает построение ряда значений P N и M N .Значения P N должны быть эквивалентны сумме сил растяжения и сжатия, как показано на рисунках 2a и 2b, в то время как соответствующее значение M N рассчитывается путем разрешения этих сил относительно нейтральной оси. Эти силы включают в себя сжимающую силу, действующую на зону сжатия, и силы, оказываемые каждым из арматурных стержней, которые могут быть как сжимающими, так и растягивающими. Ниже предлагается общая процедура построения диаграммы взаимодействия с использованием представленных уравнений.

    Рисунок 2а: Поперечное сечение прямоугольной колонны


    Рисунок 2b: Круглое поперечное сечение колонны

    Общий порядок схемы взаимодействия колонки

    (1) Вычислите значение P o и P N (уравнения 8a и 8b).

    (2) Определите c и деформации в арматуре.

    \ (c = 0,003 × \ frac {{d} _ {1}} {0,003 + (Z + {ε} _ {y})} \) (9)

    c = глубина нейтральной оси

    ε y = Деформация стали = f y / E s

    Z = Произвольное значение (0, -0.5, -1,0, -2,5)

    Должен быть рассмотрен ряд случаев путем выбора различных положений нейтральной оси, c. Чтобы установить положение нейтральной оси, необходимо выбрать различные деформации стали путем умножения произвольного значения Z на предел текучести стали. Для Z существует широкий диапазон значений. Однако есть только четыре обязательных точки, которые следует использовать для диаграммы взаимодействия.

    • Z = 0: в этот момент деформация в крайнем слое при растяжении равна нулю. Эта точка отмечает переход от стыковки внахлест со сжатием, разрешенной на всех продольных стержнях, к стыковке внахлест с натяжением.
    • Z = -0,5: это распределение деформации влияет на длину стыка внахлест при растяжении в колонне и обычно отображается на диаграмме взаимодействия.
    • Z = -1: отмечает точку сбалансированного состояния. Это распределение деформации отмечает переход от отказов сжатия, возникающих в результате раздавливания поверхности сжатия секции, до отказов при растяжении, вызванных выходом продольной арматуры.
    • Z = -2,5: эта точка соответствует пределу контролируемой деформации, равному 0.005.

    (3) Вычислите напряжения в армирующих слоях.

    \ ({f} _ {si} = {ε} _ {si} × {E} _ {s} \) (10)

    f si = напряжение в стали

    ε si = деформация в стали

    \ ({ε} _ {si} = \ frac {c — {d} _ {i}} {c} × 0,003 \) (11)

    E s = Модуль упругости стали

    (4) Определите высоту блока напряжения сжатия, a.

    \ (a = {β} _ {1} × c \) (a ≤ h) (12)

    Для f’c ≤ 4000 фунтов на кв. Дюйм (28 МПа):

    β 1 = 0,85

    Для f’c> 4000 фунтов на кв. Дюйм (28 МПа):

    \ ({β} _ {1} = 0,85 — \ frac {0,05 × (f’c — 4000)} {1000} \) (дюймовые)

    \ ({β} _ {1} = 0,85 — \ frac {0,05 × (f’c — 28)} {7} \) (метрическая система)

    (5) Вычислить силы в бетоне и стали. {2} × \ frac {θ — sinθ cosθ} {4} \) (Круговое поперечное сечение)

    Сила сжатия в бетоне:

    \ ({C} _ {c} = (0.85 × f’c) × {A} _ {c} \) (14)

    Сила растяжения в стали (d i ≤ a ):

    \ ({F} _ {si} = {f} _ {si} × {A} _ {si} \) (15)

    Сила сжатия в стали (d i > a ):

    \ ({F} _ {si} = [{f} _ {si} — (0,85 × f’c)] × {A} _ {si} \) (16)

    (6) Рассчитайте осевую нагрузку (P N ).

    \ ({P} _ {N} = {C} _ {c} + Σ {F} _ {si} \) (17)

    (7) Рассчитайте прочность на изгиб (M N ).

    \ ({M} _ {N} = [{C} _ {c} × (\ frac {h} {2} — \ frac {a} {2})] + Σ [{F} _ {si } × (\ frac {h} {2} — {d} _ {i}) \) (18)

    (8) Вычислите значение коэффициента снижения прочности (ø).

    Как показано в таблице 1, коэффициент снижения прочности как для осевого, так и для изгиба варьируется от 0.60 до 0,90. Раздел 21.2 ACI 318-14 демонстрирует его значение для момента, осевой силы или комбинированного момента и осевой силы, как показано в таблице 2 ниже.

    Классификация Спираль Связанный
    С контролем сжатия 0,75 0,65
    Переход от сжатия к растяжению 0,75 + [50 × ( ε т — 0.003)] 0,65 + [(250/3) × ( ε т — 0,003)]
    Контроль натяжения 0,90 0,90

    Таблица 2: Коэффициенты снижения прочности для осевого, моментного или комбинированного осевого и моментного (таблица 21.2.2, ACI 318-14)

    (9) Повторите шаги 2-8 с различными значениями для Z.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *