Метод послойного суммирования и метод площадей напряжений. Часть 1

Метод послойного суммирования и метод площадей напряжений (также называемый нормативным методом) — два важных метода расчета осадки фундамента, каждый из которых применим к различным инженерным задачам.

Метод послойного суммирования

Метод послойного суммирования — это теоретический метод расчета, основанный на геологической модели и параметрах механики грунтов. Он делит грунт основания на несколько тонких слоев, рассчитывает деформацию сжатия каждого слоя и суммирует деформации всех слоев, чтобы получить общую осадку.

Этот метод особенно подходит для следующих инженерных задач:

Многослойные грунтовые условия: когда основание состоит из нескольких слоев грунта с разными свойствами, метод послойного суммирования позволяет более точно моделировать деформацию сжатия каждого слоя.

Высотные здания и критически важная инфраструктура: эти проекты требуют высокой точности расчета осадки фундамента, поскольку даже небольшие различия в осадке могут существенно повлиять на структурную безопасность и функциональность здания.

Метод послойного суммирования обеспечивает более высокую точность расчета, удовлетворяя потребности этих проектов.

Кроме того, метод послойного суммирования использует отношение дополнительного напряжения к напряжению от собственного веса грунта для определения глубины сжимаемого слоя, что делает результаты расчетов более научно обоснованными и точными.

Однако следует отметить, что процесс расчета методом послойного суммирования относительно сложен и занимает много времени.

Метод площадей напряжений

Метод площадей напряжений (нормативный метод) — это метод, основанный на практическом инженерном опыте и упрощенных расчетах. Он использует ряд стандартизированных шагов и параметров для расчета осадки фундамента, что делает его применимым к более широкому кругу инженерных задач.

Этот метод в основном подходит для следующих случаев:

Обычные гражданские здания и небольшая инфраструктура: эти проекты не требуют высокой точности расчета осадки фундамента, поэтому для быстрой оценки можно использовать метод площадей напряжений.

Ограниченные вычислительные ресурсы: когда инженеры сталкиваются с ограниченным временем или вычислительными ресурсами, метод площадей напряжений обеспечивает простой и быстрый способ расчета.

Метод площадей напряжений обычно использует естественную слоистость грунта в качестве основы для расчета и применяет параметры расчета при среднем давлении для упрощения процесса.

Хотя точность этого метода немного ниже, чем у метода послойного суммирования, он по-прежнему имеет широкое практическое применение в инженерных задачах.

Таким образом, метод послойного суммирования и метод площадей напряжений имеют свои преимущества и недостатки и подходят для разных инженерных задач. На практике инженеры должны выбирать подходящий метод расчета в зависимости от конкретных требований проекта, фактических условий грунта и доступных вычислительных ресурсов.

Метод послойного суммирования и метод площадей напряжений (нормативный метод) имеют свои уникальные преимущества и недостатки при расчете осадки фундамента, которые подробно описаны ниже:

Преимущества метода послойного суммирования:

Прочная теоретическая основа: этот метод основан на принципах механики грунтов и рассчитывает общую осадку путем послойного вычисления деформации сжатия каждого слоя грунта, что делает его физически понятным и простым для понимания.

Высокая точность: благодаря использованию максимально тонких слоев для расчета, метод позволяет более точно моделировать реальные условия грунта, что обычно приводит к более высокой точности результатов.

Широкая применимость: подходит для расчета осадки в различных слоистых грунтах и при различных нагрузках, удовлетворяя потребности различных инженерных задач.

Недостатки метода послойного суммирования:

Сложность расчета: требует отдельного расчета напряжения от собственного веса грунта и дополнительного напряжения, а также определения глубины сжимаемого слоя, что делает процесс расчета относительно сложным и трудоемким.

Трудности с получением параметров: точное определение параметров грунта, отражающих реальные условия, в настоящее время затруднительно, что может привести к некоторой погрешности в результатах расчетов.

Низкая воспроизводимость: фактический процесс расчета может варьироваться в зависимости от исполнителя и отсутствует строгая основа для сравнения. Даже при одинаковых условиях разные методы расчета или разные исполнители могут получить разные результаты.

Преимущества метода площадей напряжений:

Упрощенный расчет: этот метод использует концепцию «площади напряжений» и коэффициент среднего дополнительного напряжения в слое грунта для упрощения метода послойного суммирования, что делает процесс расчета более простым и быстрым.

Использование эмпирического коэффициента: эмпирический коэффициент осадки, основанный на большом количестве данных натурных испытаний деформаций, используется для корректировки результатов расчета, повышая их точность.

Простота применения: расчет осадки фундамента обычно упрощается до серии табличных шагов расчета, что позволяет инженерам быстро выполнять расчеты.

Недостатки метода площадей напряжений:

Несколько меньшая точность: несмотря на использование эмпирического коэффициента для корректировки, точность этого метода может быть немного ниже, чем у метода послойного суммирования.

Ограниченная область применения: в основном подходит для инженерных задач, не требующих высокой точности расчета, таких как обычные гражданские здания и небольшая инфраструктура.

Таким образом, метод послойного суммирования и метод площадей напряжений имеют свои преимущества и недостатки, и на практике следует выбирать метод в зависимости от конкретных требований и условий.

Для важных проектов или задач, требующих высокой точности расчета, рекомендуется использовать метод послойного суммирования для обеспечения точности. Для обычных проектов или задач, не требующих высокой точности расчета, можно использовать метод площадей напряжений для упрощения процесса расчета и повышения эффективности работы.

При расчете осадки фундамента метод послойного суммирования и метод площадей напряжений по-разному учитывают ключевые факторы. Ниже приведен подробный анализ этих двух методов:

Ключевые факторы для метода послойного суммирования:

Разделение на слои: правильное разделение грунта на слои по толщине в зависимости от типа грунта и изменения напряжений является ключевым шагом. Разделение на слои должно учитывать сжимаемость грунта, модуль упругости, модуль сжатия и другие деформационные характеристики, а также возможные изменения уровня грунтовых вод и объемного веса грунта. Правильное разделение на слои обеспечивает точность результатов расчета.

Определение дополнительного напряжения и напряжения от собственного веса грунта: необходимо точно определить дополнительное напряжение под подошвой фундамента, которое обычно рассчитывается как разность между давлением под подошвой фундамента и напряжением от собственного веса грунта. Также необходимо учитывать стабильное состояние слоя грунта под действием напряжения от собственного веса и прирост дополнительного напряжения, вызванный нагрузкой от здания. Точное определение этих напряжений является основой для расчета осадки фундамента.

Параметры деформации грунта: параметры деформации грунта, такие как модуль сжатия, напрямую влияют на результаты расчета. Эти параметры обычно получают путем лабораторных испытаний на сжатие с боковым ограничением или полевых испытаний под нагрузкой, предоставляя важные данные для метода послойного суммирования.

Расчетная глубина: определение подходящей расчетной глубины также является ключевым фактором. Обычно глубина, на которой отношение дополнительного напряжения к напряжению от собственного веса грунта меньше определенного значения (например, 0.2), принимается за расчетную глубину. Необходимо убедиться, что расчетная глубина достаточна для охвата слоев грунта, в которых происходит основная осадка.

Ключевые факторы для метода площадей напряжений:

Естественная слоистость грунта: разделение грунта на слои в соответствии с естественной слоистостью является основным шагом метода площадей напряжений. При разделении на слои следует учитывать однородность и непрерывность грунта для обеспечения точности расчета.

Коэффициент среднего дополнительного напряжения: вводится понятие коэффициента среднего дополнительного напряжения для упрощения процесса расчета. Этот коэффициент отражает средний эффект кривой дополнительного напряжения от центра подошвы фундамента до подошвы каждого слоя грунта и является важным параметром для расчета осадки фундамента.

Площадь дополнительного напряжения: при расчете по формуле метода послойного суммирования необходимо учитывать площадь дополнительного напряжения для каждого слоя грунта. Это включает в себя обоснованные предположения о форме распределения напряжений и точное применение метода расчета.

Корректировка эмпирического коэффициента: для соответствия расчетного значения осадки фундамента измеренному значению обычно используется эмпирический коэффициент для корректировки результатов расчета. Эти эмпирические коэффициенты определяются на основе региональных данных наблюдений за осадкой и инженерного опыта.

Контроль глубины сжимаемого слоя: в методе площадей напряжений также необходимо определить подходящую глубину сжимаемого слоя. Обычно в качестве критерия контроля используется относительная деформация для обеспечения разумности результатов расчета.

Таким образом, как метод послойного суммирования, так и метод площадей напряжений учитывают множество ключевых факторов при расчете осадки фундамента. На практике следует всесторонне учитывать конкретные условия проекта, геологические условия и доступность данных, выбирать подходящий метод расчета и обеспечивать точность параметров расчета.

При расчете осадки фундамента метод послойного суммирования и метод площадей напряжений используют разные подходы к разделению грунта на слои:

Разделение грунта на слои в методе послойного суммирования:

Основной принцип: разумное разделение грунта на слои в зависимости от типа грунта и изменения напряжений. Теоретически, пока существует дополнительное напряжение, будет происходить соответствующее сжатие, но дополнительное напряжение на большой глубине очень мало и им можно пренебречь. Поэтому необходимо определить разумную расчетную глубину осадки фундамента (т. е. сжимаемый слой). Кроме того, границы слоев грунта и уровень грунтовых вод являются обязательными границами раздела слоев.

Толщина слоя: чем меньше толщина слоя грунта, тем точнее будет аппроксимация кривой прямой линией (на основе принципов интегрального исчисления). По опыту, толщина слоя обычно не должна превышать 0,4 ширины фундамента (b), что повышает точность расчета. Однако чрезмерное количество слоев увеличивает объем вычислений, поэтому необходим компромисс.

Конкретные шаги: сначала определяется расчетная глубина осадки фундамента, а затем в пределах этой глубины выполняется разделение на слои. Толщина каждого слоя должна определяться в соответствии с вышеуказанными принципами и опытом, а также учитывать различные границы слоев грунта и уровень грунтовых вод.

Разделение грунта на слои в методе площадей напряжений:

Разделение по естественной слоистости: этот метод обычно использует естественную слоистость грунта для разделения на слои, что более соответствует реальным условиям.

Введение коэффициента среднего дополнительного напряжения: для упрощения расчета метод площадей напряжений вводит понятие коэффициента среднего дополнительного напряжения. Этот коэффициент учитывает эффект площади кривой дополнительного напряжения от центра подошвы фундамента до подошвы каждого слоя грунта, что упрощает расчет осадки каждого слоя.

Критерий контроля относительной деформации: при определении диапазона глубины сжимаемого слоя метод площадей напряжений использует относительную деформацию в качестве критерия контроля. Это означает, что необходимо учитывать деформационные характеристики грунта для определения подходящей глубины сжимаемого слоя.

Таким образом, метод послойного суммирования и метод площадей напряжений имеют разные особенности в разделении грунта на слои. Метод послойного суммирования больше внимания уделяет изменению типа грунта и распределению напряжений, в то время как метод площадей напряжений больше ориентирован на использование естественной слоистости грунта и коэффициента среднего дополнительного напряжения для упрощения процесса расчета. На практике следует выбирать подходящий метод расчета в зависимости от конкретных условий.

Основные принципы разделения грунта на слои для метода послойного суммирования и метода площадей напряжений следующие:

Принципы разделения грунта на слои для метода послойного суммирования:

Основано на типе грунта и изменении напряжений: метод послойного суммирования делает акцент на разумном разделении грунта на слои в соответствии с естественной слоистостью грунта и изменением дополнительного напряжения в основании. Это делается для обеспечения точности расчета и отражения реальной осадки фундамента.

Конкретные критерии разделения на слои: обычно 0,4 ширины фундамента (b) принимается за верхний предел толщины слоя, при этом границы естественных слоев грунта и уровень грунтовых вод должны быть границами раздела слоев.