ГЛАВА 6. УСИЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ БАШЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ПОДПОРНЫХ СТЕН
6.1. Оценка устойчивости против опрокидывания башенных сооружений (ч. 1)
Отклонение от вертикали башенных сооружений происходит обычно в результате развития неравномерных осадок грунтового основания в течение некоторого времени (сутки, месяцы, годы). Поэтому оценка устойчивости башенных сооружений на грунтовом основании, проявляющем реологические свойства, складывается из двух задач: 1) оценки мгновенной устойчивости и 2) оценки устойчивости в течение времени. Мгновенная устойчивость еще не является достаточным условием нормальной эксплуатации сооружения, достаточным будет лишь условие его устойчивости в течение всего срока эксплуатации.
Фактор времени играет существенную роль в явлении потери устойчивости жесткого башенного сооружения на водонасыщенном глинистом основании. В результате развития осадок основания каждое отклоненное положение равновесия (некоторое значение крена) сооружения при постоянных нагрузках можно считать устойчивым для соответствующего момента времени. Однако, если рассматривать в целом весь период существования сооружения, то может оказаться, что сооружение теряет устойчивость. Такую потерю устойчивости будем называть "длительной потерей устойчивых форм равновесия" (ДПУФР). Длительная потеря устойчивости системы основание — сооружение сопровождается неравномерными осадками основания вследствие высокого приложения нагрузки. Потеря устойчивости грунтового основания при этом, как правило, не наблюдается.
С целью экспериментального обоснования условия длительной устойчивости были проведены специальные натурные и лабораторные исследования [82], которые показали, что в качестве критерия устойчивости против опрокидывания башенного сооружения на водонасыщенном глинистом грунте следует принимать коэффициент устойчивости Ку в виде отношения жесткости грунтового основания к вириалу сил тяжести сооружения Vt в заданный момент времени t.
Действующий по подошве фундамента вириал определяется как произведение веса сооружения Q на высоту lц.т. его приложения от подошвы фундамента. Жесткость основания принимается как произведение коэффициента постели при неравномерном сжатии Сφ на момент инерции подошвы фундамента I. Тогда
(6.1)Для произвольной модели основания и различных нагрузок, действующих на сооружение, коэффициент устойчивости может быть определен через деформированное состояние системы в виде:
(6.2)где eн — эксцентриситет нагрузки относительно центра подошвы фундамента до проявления осадок основания (рис. 6.1); et0 — эксцентриситет нагрузки в момент времени t, определяемый относительно центра Ц всей подошвы фундамента (рис. 6.1, б).
В течение всего периода эксплуатации башенное сооружение подвергается действию случайных нагрузок. Как правило, это кратковременные горизонтальные воздействия. Для сохранения устойчивости, сооружения при таких воздействиях необходимо обеспечить устойчивость всех форм равновесия в заданном положении. Исследованию вопроса потери всех форм равновесия башенного сооружения на грунтовом основании посвящены работы Я.Б. Львина, А.Р. Ржаницина, Г.К. Клейна, И.В. Гавриченковой, Б.П. Гармуса и др. В работе [83] можно найти достаточно простую и надежную методику расчета. Авторы справедливо отмечают, что при потере устойчивости всех форм равновесия (ПУВФР) влияние вириалов незначительно и им можно пренебречь по сравнению с влиянием осевых сжимающих сил и опрокидывающих моментов. Наши инструментальные наблюдения также показывают, что при ветровом воздействии положение фундамента сооружения не изменяется. Это говорит о том, что мгновенная жесткость грунтового основания достаточно велика и не влияет на устойчивость сооружения, поэтому в первом приближении при оценке ПУВФР осадки сооружения можно не учитывать, а коэффициент устойчивости всех форм равновесия принять в виде
(6.3)где епр — предельный эксцентриситет нагрузки; е — фактический эксцентриситет.
В результате длительной потери устойчивых форм равновесия происходит изменение положения сооружения и это сказывается на величине критической нагрузки, соответствующей ПУВФР, коэффициент мгновенной устойчивости Koу по мере увеличения наклона сооружения уменьшается (рис. 6.2) вследствие увеличения начального эксцентриситета приложения мгновенной нагрузки.
