Что такое коэффициент постели
Перейти к содержимому

Что такое коэффициент постели

  • автор:

Коэффициенты постели

Для однородного в плане многослойного основания, состоящего из конечного числа слоев, каждый из которых является линейно-деформируемым и постоянным по толщине (hi), коэффициенты жесткости основания могут быть определены по методике, предложенной М.И. Горбуновым-Посадовым, В.З. Власовым и П.Л. Пастернаком. В программе предусмотрены два режима вычисления коэффициентов — по модели Пастернака и по модели слоистого полупространства. В обоих случаях определяются коэффициенты постели C1 (коэффициент сжатия) и C2 (коэффициент сдвига).

При расчете используются приведенные модули деформации.

Податливость грунтового основания (и коэффициенты постели) выражаются через модуль деформации грунта, если нагрузка на основание действует длительное время и неупругая часть осадки грунта успевает реализоваться. При кратковременных динамических нагрузках податливость основания определяется модулем упругости грунта. В программе наименование соответствущей колонки (модуль деформации) не меняется и пользователь должен сам на основании типа нагрузки принять решение об использовании модуля упругости или модуля деформации.

Поскольку эти модули могут иметь различные значения в зависимости от допущений, принимаемых в отношении боковых деформаций или напряжений, приведем реализованные в программе зависимости.

Для каждого слоя приведенный модуль деформации

где E0 — модуль деформации, ν — коэффициент Пуассона.

Обозначим через \( H=\sum\limits_^n > \) полную толщину многослойного основания, тогда в случае модели Пастернака

где E ( z ), G ( z ) — соответственно приведенные модули деформации и сдвига на глубине Z .

Для модели слоистого полупространства приняты следующие зависимости:

коэффициент затухания осадок для k слоя грунта \[ \gamma_ =\frac <4\left( <1-2\nu_> \right)> \left( <1-\nu_> \right)^>, \]

где А — фактическая площадь опирания сооружения;

Тогда коэффициенты постели соответственно равны

Подготовка данных и расчет

Вид модели выбирается в одноименном выпадающем списке. Характеристики слоев грунта вводятся в таблице в порядке возрастания глубины. Если используется модель слоистого полупространства, то дополнительно к характеристикам грунта задается площадь опирания сооружения. Значения коэффициентов выдаются в соответствующих полях после нажатия кнопки Вычислить .

Таблица коэффициентов постели

Доброе время суток! Меня интересует таблица коэффициентов постели для различных типов грунтов. Ели ли в обще такая? Если есть, то подскажите где её можно найти?

Просмотров: 42750

негодяй со стажем

Регистрация: 26.10.2009
Сообщений: 2,434
такой таблицы нет
Регистрация: 14.06.2010
Сообщений: 28
Может я не правильно сформулировал вопрос, но я имел ввиду подобную таблицу..

негодяй со стажем

Регистрация: 26.10.2009
Сообщений: 2,434

Подобные таблицы носят ориентировочный характер, проектировать на их основе — тыкать пальцем в небо..
Если уж очень хочется — считаю для применения необходимо использовать (рассчитывать конструкцию на..) среднее, max и min значения приведенные в табл.

Последний раз редактировалось olf_, 21.06.2010 в 10:20 .
Регистрация: 24.12.2008
Сообщений: 2,588

На самом деле нахождение любого коэффициента постели это тыкать пальцем в небо. Поднимал я как-то вопрос по этим коэффициентам, т.к. в Лире и в приложениях СКАД-а выходили разные коэффициенты постели, причём разница была в 2 раза и толком никто не дал ответ какой из них нужно брать.

Сообщений: n/a

Даже мне, темному, известно, что коэффициент постели зависит от очень многих факторов и таблица просто неприменима!

Регистрация: 25.12.2005
Сообщений: 13,627

Таблица вполне применима и мы подобной таблицей пользовались лет 25 назад (когда не было еще модулей вычасления Кпостели в расчетных программах). Естественно, не для определения осадки, например, плиты, а для определения армирования этой плиты. Брали среднее значение из таблицы. Вылизывать Кпостели для такого расчета совершенно ни к чему.

Сообщений: n/a

Ессно, раньше и небо было голубее )))) Не спорю, для каких-то вещей при отсутствии возможности и необходимости вылизывать решения можно применять, но сейчас, когда все можно сделать более точно(хотя и это не факт), имеет смысл рассчитывать в программах.

Проектирование зданий и частей зданий

Регистрация: 12.06.2007
Екатеринбург
Сообщений: 3,042
Сообщение от olf_
такой таблицы нет

Есть такая таблица.

Естественно цифири в таблице носят ориентировочный характер.
Удобно по ним проверять порядок цифр и, например, глянуть коэффициент постели для скального грунта.

Таблицу можно глянуть в Download в следующем источнике
Справочник проектировщика
(Расчетно-теоретический).
т2. ред. Уманского, 1973
табл. 19.6 стр. 307

Ещё есть в
Фесик С.П.
Справочник по сопротивлению материалов

__________________
«Точно знают, только когда мало знают. Вместе со знанием растет сомнение». Иоганн Вольфганг Гете

Последний раз редактировалось Armin, 24.06.2010 в 09:01 .

Определение коэффициента постели при расчете конструкции кругового сечения в упругой среде Текст научной статьи по специальности «Физика»

Из решения контактной задачи о взаимодействии при поступательном перемещении абсолютно твердого кругового цилиндра с упругой средой выведена формула для определения коэффициентов постели основания в упругой стадии деформирования грунтов , которая в явном виде учитывает их деформационные характеристики модуль упругости и коэффициент Пуассона.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Миляев Александр Сергеевич

Контактные задачи для упругого неоднородного тела с цилиндрической шахтой

Численно-аналитическое решение уравнения Прандтля для твердых тел с согласованными контактными поверхностями

Приложение модели двухслойной пластинки с неполной системой связей к расчету плитно-свайных фундаментов

Взаимодействие задавливаемой сваи с однородными неоднородным основанием с учетом нелинейных и реологических свойств грунтов

Разрыв оболочки на цилиндре
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Determination of Soil Reaction Coefficient when Calculating Structure of Circular Cross-section in Elastic Medium

Based on the contact task solution regarding interaction of absolutely hard circular cylinder with elastic medium under the cylinder translational displacement the formula is derived for determining soil reaction coefficients in the elastic stage of soil deformation that takes into account its deformational characteristics elasticity module and Poisson’s ratio.

Текст научной работы на тему «Определение коэффициента постели при расчете конструкции кругового сечения в упругой среде»

ЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ

УДК 539.3+624.04 А.С. Миляев

Миляев Александр Сергеевич родился в 1936 г., окончил в 1959 г. Ленинградское высшее военное инженерно-техническое училище ВМФ, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительной механики С.-Петер- бург-ской государственной лесотехнической академии. Имеет более 60 научных работ в области механики деформируемого твердого тела, в том числе механики силового взаимодействия конструкций и сооружений с грунтом при статических и динамических нагрузках.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОСТЕЛИ ПРИ РАСЧЕТЕ КОНСТРУКЦИИ КРУГОВОГО СЕЧЕНИЯ В УПРУГОЙ СРЕДЕ

Из решения контактной задачи о взаимодействии при поступательном перемещении абсолютно твердого кругового цилиндра с упругой средой выведена формула для определения коэффициентов постели основания в упругой стадии деформирования грунтов, которая в явном виде учитывает их деформационные характеристики -модуль упругости и коэффициент Пуассона.

Ключевые слова: упругая среда, конструкции кругового сечения, коэффициент постели, деформирование, грунт.

Надежность инженерных конструкций, взаимодействующих с грунтом и рассчитываемых на модели «балка на упругом основании» (свайные опоры мостов, причальные сооружения на высоких свайных ростверках, трубы в насыпях для отвода воды, обделки автодорожных тоннелей и т.п.), существенно зависит от точности определения коэффициента постели. В практических расчетах подобного рода этот коэффициент выбирают по аналогии из широкого диапазона табличных величин [4] или определяют из опытов.

Например, в приложении 1 к СНИИПам [4] коэффициент постели Kbed определяют по формуле

Kbed = Kpr z/gc , (1)

где Kpr — коэффициент пропорциональности, кН/м4 , принимают в зависимости от вида грунта, окружающего сваю, по табл. 1 приложения 1 [4]; z — глубина расположения сечения сваи в грунте, м; gc — коэффициент условий работы, принимают равным 1 или 3.

Коэффициенты Крг (в табл. 1 приложения 1 [4]) получены эмпирически [1] и лежат в диапазонах [(4 . 7) , . (50 . 100)] • 103 кН/м4. Эти коэффициенты не зависят от модуля деформации Е и коэффициента Пуассона V, что создает трудности при выборе Крг для грунтов, не указанных в работе [4], хотя деформационные свойства оснований сооружений принято характеризовать при помощи Е и V.

В данной статье выведена формула для определения коэффициентов постели основания в упругой стадии деформирования грунтов, которая в явном виде учитывает их деформационные характеристики.

Для моделирования реакции грунта используем линейно-деформируемую среду (упругое тело), характеризуемую модулем деформации и коэффициентом Пуассона. Конструкцию считаем абсолютно твердым

круговым цилиндром (рис. 1). Принимаем, что цилиндр при смещении и £0) вниз, в направлении оси 0х, контактирует с упругим телом не по всему контуру Ь, а только в его нижней половине, поскольку в точках верхней половины контура должны возникать растягивающие напряжения, вызывающие разрыв контактных связей цилиндра с грунтом.

Полагаем, что круговой цилиндр имеет гладкую боковую поверхность и медленно перемещается перпендикулярно своей оси на величину и£0), вызывая реакцию силы сопротивления ~ со стороны упругой среды.

Определим напряженно-деформированное состояние (НДС) упругого тела, т. е. найдем зависимость нормальных сг, се и касательных хге напряжений от координат точек тела (г, е) и главный вектор Ях сил

Рис. 1. Расчетная схема с элементарным участком сектора

сопротивления, обусловленных поступательным перемещением цилиндра U(X0> •

Rx =-b J(ar cos9-хю sin 9)Rd9, (2)

где b — длина участка образующей цилиндра.

Поскольку боковая поверхность цилиндра — гладкая, то в каждой точке (R, 9) на контактной поверхности цилиндра с упругой средой (на нижней половине) отличной от нуля будет только радиальная составляющая перемещений Uf^ (тангенциальная составляющая Ue(0) равна нулю). На верхней половине контура должны быть равны нулю нормальные ar и касательные xr9 напряжения: cr(R, 9) = xr9(R, 9) = 0.

Таким образом, в каждой контактной точке (R, 9) упругого тела на нижней половине контура имеют место смещения U(0^ и U(0^. Следовательно

U(0) = UX0) cos9; UX0) = Uf) cos9; С~Х0) = U(0 cos2 9; Uf = U(0) cos2 9 = 0.

Примем, что в точках верхней половины контура вертикальные перемещения равны нулю. Тогда граничные условия в перемещениях будут иметь следующий вид:

1 + 1(е2г9+ e-2г9) 2

В результате фиксации в точках верхней половины контура возникают напряжения, главный вектор которых будет действовать в направлении, противоположном главному вектору напряжений в точках нижней половины контура. Результирующий главный вектор напряжений можно будет определить как разность:

~Х = — Rx,dwn+R~x,up= — b J (a r cos 9) Rd9 + b J (a r cos 9-x ю sin 9)Rd9 . (4)

В выражении (4) учтено, что на нижней половине контура L касательные напряжения равны нулю, а направление обхода контура положительно.

Полагаем, что НДС упругой среды вдали от полости не изменяется в результате перемещения цилиндра, а также не возникает жесткого перемещения или поворота упругого тела в целом.

Напряженное состояние упругой среды определяется комплексными потенциалами ф(г), y(z) [3], через которые выражают напряжения ar, a9, xr9 в каждой точке упругой среды вне круговой полости радиусом R.

Для определения комплексных потенциалов ф(г) и y(z) применим метод, разработанный Н. И. Мусхелишвили [3].

На плоскости х0у введем комплексную переменную z = x + iy = re1 и область | z | > R на плоскости z отобразим на область | > 1 на вспомогательной плоскости Ц:

где R — радиус полости, положительное действительное число;

ц — комплексная переменная, ц = ре .

Отображение (5) является конформным преобразованием подобия

| z | > R |; arg z = arg Ц ; а = 9. (6)

В области | z | > R функции 9(z), y(z) считаем голоморфными. Граничное условие поставленной задачи на плоскости Ц запишем в

КЧ#) — ^ ф7« — ^(t) = IGÜ^ (t), (7)

где G — модуль сдвига, G = E/(2 (1 + v)); к — параметр, к = 3 — 4v;

t — дуговая переменная на окружности у единичного радиуса (|ц| = 1 ), t = е19.

С учетом соотношений ш(Ц) = RC,, ш'(Ц) = R, ш'(Ц) = R граничное условие задачи (7) преобразуем следующим образом:

K^t) — t^t) — y(t) = GU(X0) (l + 0,5 (t2 +1 -2 )) . (8)

Умножив каждый член уравнения (8) на ——d— и проинтегриро-

вав по дуге у окружности |ц| = 1, получим выражение для ф(Ц) в форме интегралов типа Коши:

-кф0=GUXLl(l+0,5(t2 +1-2ь. (9)

2ni у t — Ц 2ni у t — Ц

По теореме Коши и ее следствию 2-й интеграл в правой части (9) равен нулю и потенциал ф(Ц) определяется только смещением точек контура:

фЙ)=-GUZ JLt(l + 2 +t2))(t>. (io)

Поскольку функция Ц — голоморфная в области |ц| < 1, интеграл от второго слагаемого справа в (10) при |ц| >1 равен нулю. Интеграл от первого слагаемого справа в (10) определим непосредственно:

где у — пределы от—до — .

Функцию ф(С) выразим в виде

GU(0) Г 1 1 С + я/2^

Для определения у(С) вместо граничного условия (8) используем его сопряженное выражение:

кф0 -1 ф'(0-у(О = GU(V (1 + 0,5(t-2 + t2)). (13)

Умножим все члены (13) на —

и проинтегрируем по дуге у

(1 + 0,5 (t2 +1 ~2 ))dt

В формуле (14) первый справа интеграл равен

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

GU(0) Г гк, С + я /2 к *

Умножив каждый член граничного условия (13) на -— и проин-

тегрировав по дуге у, в нашем случае (отсутствие перемещений на бесконечно удаленной границе) для у(да) получим

Просуммировав (15)-(17), найдем

Располагая потенциалами ф(С) (12) и у(С) (18), напряжения аг, сте, тю в любой точке (r, 0) упругого тела вне круговой полости можно определить следующим образом. Введем вспомогательную функцию

Q = [егеф»(С) + е2гУ(С)]/Д. (19)

Напряжения выразим через Q: а = Яе[2ф'(С)/^ — П(С)]; ае = Яе[2ф'(С)/^ + Q(Q]; ire = Im [Q(Q]. (20) Распределение напряжений аг по нижней части контура полости радиусом R = 3,5 м при смещении жесткого цилиндра на величину Ux(0) = 1 м и значениях модуля упругости E = 10 МПа и коэффициента Пуассона v = 0,25 представлено на рис. 2.

Рис. 2. Распределение напряжений стг по нижней половине контура L

-U»— ■чЫ) -0,5 0 -20 0,5 1,0, ■^6,рад

В формулах (12), (18)—(20) заменим переменную ^ = z/R и положим на контуре z = Re!0. Подставив выражения напряжений cr, се, xre (20) на контуре L в формулу для главного вектора Rx (4), получим

Rx,d™ = b — Uf J(ar cose)de , (21)

R~x,Up = — ь—иХ0) r cos e-T re sin e)de . (22)

Числовые значения интегралов в правой части (21) и (22) соответственно равны 1,794 и 0,0013. Следовательно, теоретическое выражение для коэффициента постели

Kh =-= 1,793 — = 0,2247-w-г. (23)

bDUf 4к ‘ (1 + v)(3 — 4v)

Верификация формулы (23) для коэффициентов постели была выполнена двумя способами для 17 типов грунтов Выборгского района г. С.-Петербурга с известными модулями деформации Е и коэффициентами Пуассона v: сравнением с коэффициентами пропорциональности Kpr из табл. 1 приложения 1 [4] и численным решением контактной задачи о взаимодействии жесткого кругового цилиндра с упругой средой при его поступательном перемещении.

Из табл. 1 приложения 1 [4] видно, что Kbed/z — постоянная для данного типа грунтов величина; обозначим ее буквой C0. Тогда числовые значения коэффициентов пропорциональности Kpr во всех случаях, кроме многорядного расположения свай в фундаменте с низким ростверком, опирающимся на грунт, можно определить по формуле

Kpr = gC = 3C0. (24)

Полагая в (24) C0 = Kth, для коэффициента пропорциональности получим Kpr = 3Kth. Значения теоретических коэффициентов постели 3Kth лежат в диапазоне (2,80 . 31,25)-103 кН/м4 .

Сравнивая числовые значения 3Kth с числовыми значениями Kpr в табл. 1 приложения [4], видим, что Kth для грунтов, характеризуемых пара-

метрами E и v, либо попадают в интервалы изменения Kpr/3 из табл. 1 приложения [4], либо близки к нижней границе этих интервалов.

Учитывая эмпирический («грубо ориентировочный» [1]) характер числовых значений Kpr из табл. 1 приложения [4], можно сделать вывод об удовлетворительном соответствии Kth опытным данным.

Для численного решения была построена конечно-элементная модель (КЭ-модель) кругового цилиндра большой жесткости (E = 300 ТПа, v = 0,15) радиусом R = 3,55 м в упругом цилиндрическом кольце (внутренний радиус R = 3,55 м, внешний радиусом Rb = 37,00 м), закрепленном по внешнему контуру. Значения E и v упругого цилиндрического кольца соответствовали деформационным свойствам 17 типов грунтов Выборгского района г. С.-Петербурга до глубины 70 м (задачу решали для расчета обделки метрополитена [2]).

Модуль деформации слоя грунта толщиной 15 см, прилегающего к верхней половине контура L жесткого цилиндра, принимали равным 125 Па с тем, чтобы исключить влияние растягивающих напряжений в верхней половине контура L на главный вектор R . Для внутреннего цилиндра, нагруженного собственным весом, определяли главный вектор R и смещения Ux,fem.

Коэффициенты постели Kfem для КЭ-модели рассчитывали по формуле Kfem = Rx /(b2R Uxfem). Значения Kfem сравнивали с теоретическими Kth . Относительная ошибка не превышала 7 %.

На рис. 3 изображены графики зависимости теоретических Kth (2) и рассчитанных по КЭ-модели Kfem (1) коэффициентов постели от параметра par = G/к для 17 типов грунтов Выборгского района С.-Петербурга. Как видно из рис. 3, коэффициенты постели Kfem линейно зависят от параметра G/к, численные значения Kth дают нижнюю границу Kfem, отличаясь от них в среднем на 7 % (в запас прочности).

Расхождение между Kth и Kfem объясняется тем, что в КЭ-модели перемещения вследствие ограниченности числа степеней свободы модели меньше, чем в решенной задаче.

Таким образом, нами выведена формула (23) для определения коэффициентов постели Kth оснований для смещающихся в нескальных грунтах

Рис. 3. Коэффициенты постели грун тов: 1 — рассчитанные по КЭ-модели 2 — теоретические

0 10 20 30 40 par

круговых цилиндров, которая в явном виде учитывает деформационные характеристики грунтов — модуль деформации и коэффициент Пуассона. Эта формула, снимая неопределенности, связанные с идентификацией грунтов, позволяет повысить точность расчетов на продольно-поперечный изгиб свайных опор мостов, причальных сооружений на высоких свайных ростверках, обделок тоннелей, подземных трубопроводов и других инженерных конструкций, взаимодействующих с грунтом, находящимся в упругой стадии деформирования.

1. Завриев, К. С. Расчеты фундаментов мостовых опор глубокого заложения [Текст] / К.С. Завриев, Г.С. Шпиро. — М.: Транспорт, 1970. — 215 с.

2. Миляев, А.С. Надежность гидроизоляции тоннеля С.-Петербургского метрополитена на участке «Лесная» — «Площадь мужества» [Текст] / А.С. Миляев //Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности и методы их решения: тр. V Междунар. конф., 14-17 окт. 2003 г. — СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. — С. 316-330.

3. Мусхелишвили, Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости [Текст] / Н.И. Мусхелишвили. — М.: Наука, 1966. — 707 с.

4. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты [Текст]. — М., 1996. — 46 с.

Determination of Soil Reaction Coefficient when Calculating Structure of Circular Cross-section in Elastic Medium

Based on the contact task solution regarding interaction of absolutely hard circular cylinder with elastic medium under the cylinder translational displacement the formula is derived for determining soil reaction coefficients in the elastic stage of soil deformation that takes into account its deformational characteristics — elasticity module and Poisson’s ratio.

Коэффициент постели грунта (понятие и средние значения)

Коэффициент постели грунта (K, C) (или коэффициент жесткости грунта) — это коэффициент равный отношению давления приложенного к какой-либо точке (элементу) поверхности основания (P), к осадке (s) возникающей от этого давления в этой же точке.

В данном случае работа грунта основана на классической модели основания Винклера.

  • P — давления приложенное к поверхности грунта;
  • s- осадка в точке приложения давления;
  • К — коэффициент постели (иногда обозначают С).

Единицы измерения коэффициента постели грунта: кН/м 3 , тс/м 3 , кгс/м3.

Классической модель грунтового основания Винклера состоит из ряда не связанных между собой упругих пружин, закрепленных на абсолютно жестком основании.

Согласно данной модели работы основания, грунт лишен распределительной способности , то есть деформации соседних с приложенной нагрузкой участков поверхности грунта отсутствуют (в реальности — присутствуют).

Смысл коэффициента постели (упрощенно):

Коэффициент постели определяет величину усилия в кН (кгс, тс), которое необходимо приложить к 1 м 2 поверхности грунтового основания, чтобы осадка грунтового основания составила 1 м.

Средние значения коэффициента постели грунтов

Согласно справочнику проектировщика под ред. Уманского А.А:

Наименование грунта кН/м 3
мин. макс.
Крупнообломочный грунт 50 000 100 000
Песок крупный и средней крупности 30 000 50 000
Песок мелкий 20 000 40 000
Песок пылеватый 10 000 15 000
Глина твердая 100 000 200 000
Глинистые грунты пластичные 10 000 40 000
Песчаник 800 000 2 500 000
Известняк 400 000 800 000

Согласно справочному пособию по сопротивлению материалов под. ред. Рудицына:

Наименование грунта кН/м 3
мин. макс.
Песок свеженасыпанный 1 000 5 000
Глина мокрая, размягченная 1 000 5 000
Песок слежавшийся 5 000 50 000
Гравий насыпной 5 000 50 000
Глина влажная 5 000 50 000
Песок плотно слежавшийся 50 000 100 000
Гравий плотно слежавшийся 50 000 100 000
Щебень 50 000 100 000
Глина малой влажности 50 000 100 000
Грунт песчано-глинистый, уплотненный искусственно 100 000 200 000
Глина твердая 100 000 200 000
Известняк 200 000 1 000 000
Песчаник 200 000 1 000 000
Мерзлый грунт 200 000 1 000 000
Твердый скальный грунт 1 000 000 15 000 000

Согласно учебнику «Основания, фундаменты и подземные сооружения» под.ред. Сорочана Е.А (для расчета подпорных стен):

Наименование грунта кН/м 3
Глинистые грунты
Текучепластичные глины и суглинки 1 000
Мягкопластичные суглинки, супеси и глины 2 000
Тугопластичные суглинки, супеси и глины, 4 000
Твердые суглинки, супеси и глины 6 000
Песчаные грунты
Пылеватые и рыхлые пески 2 000
Пески мелкие и средние 4 000
Крупные пески 6 000
Пески гравелистые 10 000
Грунты крупнообломочные 10 000

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *