Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник, страница 57

Эксцентриситет e₀ равнодействующей активных сил относительно центра тяжести сечения по подошве фундаментов ограничивается следующими пределами:

-  заложенных на нескальных грунтах - e_b ≤ 1.5ρ;

-  на скальном грунте – e_b ≤ 2.0ρ;

где ρ - радиус ядра сечения по подошве фундамента со стороны более нагруженного края сечения.

Максимальное расчетное давление по подошве фундамента определяется из выражения

                                                         (8.16)

Глубину заложения подошвы фундаментов желательно закладывать на одном уровне. При невозможности заглубления фундаментов здания или отсека на одном уровне должно выполняться условие

                                                                          (8.17)

при этом расчетное значение угла внутреннего трения грунта должно быть уменьшено при сейсмичности – 7 баллов на 2⁰, 8 баллов на 4⁰, 9 баллов на 7⁰.

Горизонтальная нагрузка, приложенная к обрезу фундамента, учитывается лишь при проверке устойчивости зданий на опрокидывание и сдвиг по подошве фундамента.

При расчете на устойчивость против сдвига коэффициент условий работы m принимается 0.9.

При опирании фундаментов сооружений на нескальные грунты учитывают упругую податливость основания, а при расчете свайных фундаментов — еще и упругую податливость свай. Расчеты такой упругой системы излагаются в курсах динамики сооружений.

При проектировании фундаментов мелкого заложения для массивных опор определение сейсмических сил значительно упрощается. Опору и фундамент по сравнению с грунтом можно рассматривать как абсолютно жесткое тело с общей массой М,

                               ,                                     (8.18)

где , , , - массы: опоры, фундамента, пролетного строения, поездной нагрузки соответственно. При определении сейсмической нагрузки, действующей вдоль моста, масса железнодорожного подвижного состава не учитывается.

Расстояние h_ц от подошвы фундамента до сосредоточенной массы в точке по вертикальной оси на высоте определится,

                                    ,              (8.19)

где  h_0., h_ф,,h_п— расстояния от подошвы фундамента до центров масс и точек приложения присоединенных масс.

Сейсмическую же силу определяют по статическому методу.

По статическому методу сейсмические силы определяют как инерционные силы, равные произведению массы на ускорение.

Рис. 8.7. Схема действия нагрузок на массивную опору моста при сейсмическом воздействии

Эти силы прикладывают в центре тяжести каждого элемента (рис. 8.7).

                                 ,                                                           (8.20)

где М – общая масса; – максимальное ускорение.

Ускорение есть , ,

Тогда сейсмическая сила будет равна: 

                                  ,                                     (8.21)

где   - коэффициент сейсмичности, величина которого определяется в зависимости от силы землетрясения в данной местности. Максимальные амплитуды ускорений основания принимаются не менее 100,200 или 400 см/с² при сейсмичности площадок строительства 7, 8 и 9 баллов соответственно [4],

- вес тела, на которое действует сейсмическая сила, кН;

        - ускорение силы тяжести, м/с².

При гибких опорах мостов расчет ведут по спектральному методу. Периоды собственных колебаний Ti и коэффициент формы деформаций hi определяют по дискретной схеме гибкого консольного стержня с упругой податливостью его основания. Опору разбивают по высоте на несколько участков, а массу каждого участка приводят к его центру тяжести. Расчетная схема опоры подобная расчетной схеме здания (см. рис. 8.4) Сейсмические силы определяют по формуле (8.7).

При расчете сооружений, воспринимающих горизонтальное давление грунта (устои мостов, подпорные стенки и др.), интенсивность этого давления с учетом сейсмического воздействия определяют по формулам:

активное давление

qac = (1 + 2kctg j)qa;                                (8.22)

пассивное давление

                                           qпс = (1 – 2kctg j)qп,                              (8.23)   

где    j - расчетный угол внутреннего трения грунта;

qa, qп – активное, пассивное давление грунта соответственно;

         к_с – коэффициент сейсмичности.

При проверке прочности оснований фундаментов расчетные сопротивления грунтов умножают на дополнительный сейсмический коэффициент условий работы, значения которого приводятся в нормах на проектирование мостов в сейсмических районах в зависимости от категории сейсмичности грунтов [19].

Фундаменты устоев мостов, а также промежуточных опор на крутых склонах, особенно при наклонном (в сторону русла) напластовании слоев грунта, необходимо рассчитывать на общую устойчивость вместе с основанием (по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения) с учетом возможного снижения внутреннего трения в грунтах при сейсмическом воздействии.

Для воздействия землетрясений на земляное полотно с расчетной сейсмичностью 7 и более баллов расчеты устойчивости откосов с учетом сейсмической силы определяются по формуле [20]:

                                                                                          (8.24)

где - коэффициент сочетания нагрузки, равный 0.9;

T – расчетное значение суммарной сдвигающей силы;

- коэффициент условий работы, равный 1;

 - коэффициент надежности определяется по таблицам в [20] в зависимости от категории железнодорожной линии ;

R – расчетное значение силы предельного сопротивления сдвигу устойчивости откоса насыпи.

Сейсмическая сила прикладываемая к призме обрушения (или к ее отсекам), определяется по формуле:

                                                                                                   (8.25)

где  - коэффициент сейсмичности, принимаемый [19];

       G – вес призмы обрушения.

Угол наклона вектора сейсмической силы к горизонту принимается наиневыгоднейшим для устойчивости – обычно парралельно поверхности смещения призмы.

8.2.2. Учет сейсмических нагрузок при проектировании