6.1. Оценка устойчивости против опрокидывания башенных сооружений (ч. 2)

Кратковременное горизонтальное воздействие в течение периода эксплуатации сооружения является величиной случайной, поэтому оно характеризуется вероятностью р1. Вероятность условия Koу = 1 в этом случае также будет р. По истечении критического времени вероятность р достигает единичного значения даже при отсутствии горизонтальных сил, т.е. сооружение опрокидывается только от действия вириала. Значение коэффициента Kty в момент времени, когда Koу = 1, следует считать коэффициентом запаса m. В практических расчетах коэффициент запаса следует задавать, исходя из требуемой надежности сооружения.

При кратковременном действии горизонтальной нагрузки возможен отрыв части подошвы фундамента от основания. Предельным будем считать такое состояние фундамента, когда давление по площади контакта с основанием имеет равномерную эпюру и достигает предельного значения (рис. 6.3).

R = Q/Fк,
(6.4)

где Fк — площадь контакта фундамента с основанием.

Расчет потери устойчивости дымовой трубы высотой 45 м на водонасыщенном лессовом основании
Рис. 6.3. К расчету потери устойчивости дымовой трубы высотой 45 м на водонасыщенном лессовом основании

В качестве предельного значения R можно принять расчетное давление на основание [19].

Для обеспечения расчетов устойчивости фундаментов с круглой подошвой в случае ее неполного контакта с основанием может использоваться табл. 6.1, в которой приведены зависимости геометрических характеристик сечения от относительной ширины контакта ак/а с основанием (см. рис. 6.3).

Таблица 6.1. К расчету устойчивости фундамента с круглой подошвой

aк/a Fк/a2 Ic/a е/а α, град
2,0 3,14 0 0,250 180
1,8 2,98 0,048 0,306 143
1,6 2,68 0,126 0,370 127
1,4 2,35 0,218 0,440 114
1,2 1,97 0,319 0,513 102
1,0 1,57 0,424 0,579 90
0,8 1,17 0,534 0,668 79
0,6 0,79 0,648 0,749 66
0,4 0,45 0,763 0,831 53
0,2 0,16 0,881 0,914 37

Использование предлагаемой методики расчета устойчивости проиллюстрируем примером из практики. Так, в результате водонасыщения грунтов основания дымовая труба высотой 45 м получила крен 20 мм/м и среднюю осадку 180 мм. Предельная величина крена, допускаемая СНиП для данного сооружения, составляет 5 мм/м, а предельная средняя осадка — 400 мм. Скорость средней осадки фундамента S по истечении 13 мес. после аварийного замачивания составила 0,909 мм/мес.

Собственный вес дымовой трубы с учетом веса грунта на обрезах фундамента составил Q = 9,26 МН. По подошве фундамента действуют моменты от ветровой нагрузки: статический МС = 1,73 МН·м и динамический МД = 2,58 МН·м. Среднее давление на грунт под подошвой фундамента σ = 0,163 МПа. Центр тяжести сооружения (с учетом веса грунта на обрезах фундамента) расположен на высоте lц.т. = 13,3 м от подошвы фундамента. Подошва фундамента имеет круглое очертание и площадь F = 56,72 м2.

Грунтовое основание дымовой трубы представлено слоями лессовидных суглинков различной сжимаемости. Уровень грунтовых вод в период изысканий находился на глубине 7,9 м.

Коэффициент длительной устойчивости дымовой трубы на грунтовом основании в момент времени t может быть определен в виде

Kty = I/StFlц.т.
(6.5)

где St — средняя осадка фундамента в заданный момент времени.

Учитывая значение осадки в момент времени t = 13 мес вычислим К13у = 1,89.

Коэффициент мгновенной устойчивости в заданный момент времени определим как

,
(6.6)

или через коэффициент Кtу в виде

.
(6.7)

Значение предельного эксцентриситета епр можно рассчитать с помощью табл. 6.1. Учитывая, что

Fк/a2 = Q/R2a = 2,05,
(6.8)

находим

yc/a = eпр/a = 0,3.
(6.9)

Значение ен находим через величину К13у и крен сооружения в тот же момент времени (i13 = 21,5 мм/м)

.
(6.10)

Прогноз устойчивости дымовой трубы выполняется на основе линейной экстраполяции коэффициента устойчивости Кty. Для этого определим скорость изменения коэффициента длительной устойчивости в момент времени t = 13 мес. с момента аварийного замачивания. На этот момент времени известна скорость средней осадки фундамента. Путем диффенцирования выражения (6.5) найдем

.
(6.11)

Подставляя значения входящих величин, определим, что  = 0,0095 1/мес. Решая алгебраическое уравнение

(6.12)

относительно Δtкр, определим оставшийся интервал времени, в течение которого можно эксплуатировать дымовую трубу, т.е.

.
(6.13)

Подставляя в равенство (6.13) численные значения входящих в формулу величин, получим Δtкр = 72,6 мес.

Таким образом, с момента аварийного замачивания грунтов основания дымовая труба может эксплуатироваться не более критического времени

Tкр = t + Δtкр = 13 + 72,6 = 85,6 мес ≈ 7 лет.

Дальнейшая эксплуатация дымовой трубы возможна при условии повышения прочности основания (например, осуществление водопонижения) или снижения давления на основания путем увеличения размеров подошвы фундамента.

Швец В.Б., Феклин В.И., Гинзбург Л.К. Усиление и реконструкция фундаментов