Пастернак - Основы нового метода расчета фундаментов на упругом основании при помощи двух коэффицие

В брошюре изложены основы расчета фундаментов на упругом основании по методу двух коэффициентов постели; приведен  критический анализ литературы по данному вопросу и рассмотрены особенности методики экспериментального определения новых расчетных характеристик.

Книга рассчитана на научных работников, аспирантов и  инженеров-проектировщиков.

ВВЕДЕНИЕ

Большая жесткость железобетона на изгиб и скалывание  обусловила появление в конце прошлого века так 'Называемых  плоских фундаментов в виде отдельных лент, ленточных ростверков, массивных и ребристых плит. Большим достоинством  фундаментов этого вида является возможность при сравнительно  небольшой их высоте 'надежно передавать на небольшой глубине даже на грунты малой несущей способности значительные  распределенные и сосредоточенные нагрузки и выравнивать практически  неизбежные при отдельных фундаментах неравномерные осадки.

Такие фундаменты рассматривают обычно как лежащие на упругом основании. Однако несмотря на исключительное значение таких фундаментов для строительства гражданских и  промышленных зданий и инженерных сооружений, следует признать, что пока не существует методов расчета, отвечающих достаточно близко их действительной работе и обеспечивающих надежность  конструкции при минимальной затрате материалов. В настоящее время существуют четыре метода расчета плоских фундаментов, — в частности ленточных. Первый метод сводится к уравновешиванию внешних нагрузок и отпора грунта, который принимается распределенным в продольном и поперечном направлениях по линейному  закону (рис. 1, а). Этот простой метод легко распространить и на случаи, когда фундамент покоится на грунтах неоднородных в  горизонтальных направлениях, т. е. обладающих разными  осадочными характеристиками (рис. 1,6). Для этого достаточно  привести площадь основания ленты или плиты к одному модулю  деформации (или (коэффициенту постели) подобно тому, как это делается при расчете железобетонных сечений по рабочим стадиям или при расчете стержней на устойчивость за пределом  пропорциональности.

Второй метод (Винклера) основан на довольно  неопределенном понятии коэффициента постели. Характерная для этого метода эпюра распределения напряжений в «грунте приведена на рис, 2. Расчеты отдельных лент по этому методу в условиях  плоской пли пространственной задачи 'не отличаются друг от друга. Третий и четвертый методы рассматривают грунты на основе теории упругости изотропного твердого тела; -при этом основание рассматривается как упругое полупространство или упругая .полуплоскость.

Первые два метода обладают общим недостатком, который  заключается в том, что внешние нагрузки распределяются на грунт только в пределах площади подошвы фундамента. Это положение не отвечает наблюдениям, по которым грунт оседает, а  следовательно, напряжен и за пределами фундамента. Кроме того, в случае сосредоточенных нагрузок первый метод неэкономичен, так как приводит к сильно преувеличенным значениям изгибающих моментов; первый метод допустим в качестве первого приближения только для расчета коротких и жестких лент и плит, а также в случаях, когда само сооружение обладает  большой жесткостью (железобетонные бункеры, силосы, плотины и т. д.).

Другим серьезным недостатком второго метода является  неопределенность величины коэффициента постели, который зависит от размеров и формы пробного штампа: при одинаковой  интенсивности равномерно распределенной нагрузки коэффициент постели получается тем больше, чем меньше площадь штампа и чем больше отношение его периметра к площади подошвы. Основной причиной этой неопределенности коэффициента постели можно считать -наличие по периметру штампа разгружающих  срезывающих усилий, которые при расчете по этому методу не учитываются (рис. 3).

Методы расчета плоских фундаментов на упругом основании в виде упругой полуплоскости и упругого полупространства,  целиком разработанные советскими учеными (Г. Э. Проктор, Н. М. Герсеванов, М. И. Горбунов-Посадов, Б. Н. Жемочкин и др.), по сравнению с первыми двумя методами несомненно  прогрессивны и обладают тем преимуществом, что в соответствии с действительными свойствами грунтов учитывают распределение нагрузки и за пределами фундамента. Но эти модели  естественных «грунтов обладают в то же время и серьезными недостатками, к которым относятся следующие.

1. В упругом полупространстве при любой, даже ничтожно  малой нагрузке, в грунте по контуру фундамента возникают  теоретически бесконечно большие напряжения. Такое же явление имеет место у концов балки, лежащей на упругом основании в виде полуплоскости. С этим свойством расчетной модели нельзя мириться не только для случая обычных (сыпучих), но даже и для случая скальных грунтов. Этот серьезный -недостаток не обнаруживается в явном виде лишь вследствие невозможности строгого решения интегро - дифференциального уравнения контактной -задачи, к которому приводятся расчет ленты, лежащей на упругом полупространстве.

Однако, с другой стороны, приближенные методы решения этого уравнения приводят к преувеличенным значениям изгибающих моментов и, таким образом, к перерасходу материалов, в частности металла. Так,  например, по «методу стерженьков» (Б. Н. Жемочкин) пространственная задача  приближенно приводится к плоской, так как в  поперечном направлении распределение отпора грунта считается равномерным; это  приводит к концентрации отпора грунта только у концов ленты, а не по всему ее контуру и, таким образом, к преувеличению положительных изгибающих моментов (рис. 4).

2. В малосвязных или совсем несвязных грунтах распределение напряжений под жестким штампом, по данным отечественных и

3. Модули сжимаемости и коэффициенты Пуассона для естественных грунтов также трудно поддаются определению, как и коэффициенты постели, поскольку они также зависят от целого ряда факторов.

4. При расчете по методу упругого полупространства и упругой полуплоскости использование линий влияния невозможно, что  является одной из причин слабого распространения этого метода в практике проектирования плоских фундаментов.

Перечисленные недостатки методов, построенных на  использовании свойств упругой полуплоскости и упругого полупространства, привели к тому, что большинство  инженеров-проектировщиков продолжают рассчитывать плоские фундаменты по старым (первому и второму) методам, которые при всех своих  недостатках значительно проще и позволяют пользоваться обычным  аппаратом строительной механики.

Все вышесказанное убеждает в необходимости критического пересмотра существующих методов расчета плоских фундаментов в целях создания новых методов расчета, объединяющих в себе преимущества и одновременно страдающих недостатками  старых методов.

В настоящей работе излагаются в краткой форме основные положения нового метода расчета фундаментов на упругом  основании с двумя коэффициента-ми постели, приводятся основные дифференциальные уравнения и предлагается методика  экспериментального определения новых упругих характеристик грунтов.