double arrow

Основы проектирования и контроля состояния фундаментов и опор


При изготовлении и приемке новых фундаментов под оборудование, а также при анализе возможности использования фундаментов, на которых ранее (например, до реконструкции цеха) уже было установлено оборудование, которое подлежит замене или модернизации, может возникнуть необходимость в проверке их соответствия определенным требованиям: допустимым геометрическим, высотным отклонениям их элементов; устойчивости к опрокидыванию и скольжению; устойчивости против резонанса и вибрации (рис. 1.1.).

При проектировании фундаментов определяют их размеры в плане (опорную площадь основания), координаты расположения колодцев под анкерные болты, уступов, каналов и т.п. под конструктивные элементы оборудования, трубопроводы и др., общую высоту и высоту заглубления фундамента в грунте.

Опорную площадь основания фундамента определяют предварительно с учетом размеров оборудования в плане и окончательно - с учетом нагрузки на грунт и категории грунта.

Соответствие опорной площади основания нового или существующего фундамента F общей нагрузке на грунт, равной [ 3 ]

G=Gф +Gо+GM=GO(1+K)+GM (1.1)

проверяется по зависимости:

F ³ G/р, (1.2)

где G, GФ, GO, GM - соответственно, общая нагрузка на грунт, вес фундамента, оборудования, материалов и сырья; К - коэффициент соотношения весов фундамента и оборудования, принимаемый равным 0,6-1,5 для оборудования со статической и 2,0-3,0 - с динамической нагрузкой; р - допускаемое удельное давление на грунт, определяемое по таблице 1.2. [ 4 ].

Рис. 1.1. Расчетная схема монолитного фундамента

Таблица 1.2. Допускаемое давление на грунт

Вид грунта Допускаемое давление на грунт р, МПа (кгс/см2)
Песок мелкий сухой плотный 0,35 (3,5)
Песок мелкий влажный плотный 0.2-0,3 (2-3)
Супесок сухой средней плотности 0,2 (2,0)
Супесок влажный средней плотности 0,15 (1.5)
Глина в пластическом состоянии 0,1-0,25 (1,0-2.5)

Соответствие действительной высоты фундамента (hд) требуемой (hТ) проверяют путем их сравнения, причем последнюю определяют по формуле:

hТ = GФ/Fg ³ hд , (1.3.)

где g - удельный вес материала фундамента; GФ=GO × К - согласно формуле (1.1).

Проверка фундаментов на устойчивость выполняется путем сравнения расчетного КУР и допустимого КУД коэффициентов устойчивости, т.е.

КУР ³ КУД. (1.4.)

При этом значение КУД ³ 1,8 -2,0.

Расчетный коэффициент устойчивости определяется по выражению [3]

Кур = , (1.5)

где Мук, Мok - соответственно моменты устойчивости и опрокидывания фундамента относительно его k-го ребра (рис. 1.1), равные

Мук = 0,5 (SPz + Gф) ; (1.6)

Мok = Мj + SPj × h , (1.7)

где - длина ребра m, перпендикулярного k-му ребру; SPz, SPi соответственно, суммарные усилия, воспринимаемые фундаментом со стороны оборудования в направлении вертикальной оси Z и оси, перпендикулярной k-му ребру фундамента; МJ - крутящий момент, действующий на фундамент со стороны оборудования относительно оси, параллельной k-му ребру.




Проверку фундамента против скольжения определяют путем сопоставления силы РУД, удерживающей его от скольжения по грунту, и силы РСД, стремящейся сдвинуть его, по условию:

Руд ³Рсд × Ксд, (1.8.)

где Ксд - коэффициент запаса на сдвиг фундамента, принимаемый в пределах 2,0-2,5; Руд - сила, удерживающая фундамент от скольжения, равная:

Руд = ( SPz + Gф) צ , (1.9.)

где Pz - сила, сдвигающая фундамент, равная равнодействующей всех усилий, действующих в плоскостях, параллельных плоскости сдвига; ¦- коэффициент трения подошвы фундамента по грунту, принимаемый для сухого грунта равным 0,5, для мокрого - 0,3, а при наличии вибрации фундамента - 0,2.

Устойчивость фундаментов против резонанса проверяется путем расчета и сопоставления частот колебаний, возбуждаемых оборудованием (вынужденных колебаний) ¦в и частот собственных колебаний ¦с станины, фундамента и грунта, на котором он установлен. Частоты вынужденных и собственных колебаний должны отличаться более, чем в 2,5 раза [ 5 ].

С целью снижения величины и частоты динамических сил, передаваемых виброактивной системой (машиной) на другую, защищаемую от вибрации систему, оборудование подлежит виброизоляции посредством виброизоляторов. На практике получили распространение следующие виброизоляторы:



а) в виде отдельных опор: пружинные виброизоляторы, основным рабочим элементом которых являются одна или несколько стальных винтовых цилиндрических или конических пружин (параллельно с пружинами иногда устанавливают демпферы колебаний); резиновые или резинометаллические виброизоляторы, основным рабочим элементом которых является резиновое тело, нередко имеющее сложную форму; пневматические виброизоляторы, обычно регулируемые; виброизоляторы из тонкой прессованной стальной проволоки (“металлическая резина”);

б) в виде слоя упругого материала, укладываемого между машиной и фундаментом;

в) в виде пола на упругом основании - обычно применяется при установке оборудования на перекрытиях зданий.

Для оценки эффективности виброизоляции используются различные критерии, наиболее важный из которых называют виброизоляцией (ВИ). Для гармонического процесса колебаний этот критерий определяется соотношением [5]:

ВИ = 10 lg, (1.10)

В выражении (1.10) Vфж и Vфв представляют собой: при установке машины на виброизоляторах - амплитуды колебательной скорости фундамента машины в характерных точках (или усредненные по нему) соответственно при жестком креплении машины и через виброизоляторы; при применении пола на упругом основании - средние значения колебательной скорости несущей плиты перекрытия при жестком креплении машины к ней и при жесткой установке машины на полу на упругом основании; при одновременном применении пола на упругом основании и виброизоляторов - средние значения колебательной скорости несущей плиты перекрытия при жестком креплении машины к ней и после установки машины на виброизоляторах и полу на упругом основании.

При “абсолютно жестком” фундаменте, когда Vфв=Vфж=0, виброизоляцию определяют также соотношением:

ВИ = 10 lg , (1.11)

где Fфж и Fфв - амплитуды динамических сил, передаваемых на фундамент при жесткой и виброизолированной установке машины на него.

Используют также методы расчета, а затем сравнения, критерия виброизоляции через импедансы машины, фундамента, виброизоляции и характеристические коэффициенты четырехполюсника (машины, виброизоляторы, элементы, представимые массами рассматриваются как механические четырехполюсники) [ 5 ].

Размеры колодцев (отверстий) под фундаментные (анкерные) болты должны соответствовать типу болтов и условию их прочного закрепления в фундаменте. При определении глубины колодца можно руководствоваться следующими данными [ 2 ]: нижняя точка болта должна находится от подошвы фундамента на расстоянии не менее 100-150 мм; глубина заделки в бетон болта прямого примерно должна быть равной 20-30 его диаметрам, болта изогнутого (с крюком на конце) равной 15-20 диаметрам, съемного болта с анкерными плитами - (400-500) мм.

Перед началом монтажа фундаменты должны отвечать определенным требованиям, нормам точности.

Сдачу (приемку) стройготовности фундаментов, эстакад и т.п. под монтаж осуществляют в соответствии с правилами СНиП 3.05.05-84 “Технологическое оборудование и технологические трубопроводы”, а также в соответствии с требованиями СНиП 3.01.03-84 “Геодезические работы в строительстве”.

Так, фундаменты под оборудование, устанавливаемое без последующей подливки раствором, должны сооружаться на полную проектную отметку и сдаваться под монтаж с выверенной поверхностью, а с подливкой раствором - на 50-80 мм ниже проектной отметки опорной поверхности или выступающей части монтируемых изделий.

Допустимые отклонения элементов фундаментов от проектных значений представлены в табл. 1.3 -1.5.

Таблица 1.3.

Допустимые отклонения элементов монтажных бетонных и железобетонных фундаментов, мм

Наименование показателя, отклонения Допуск
Верхних поверхностей от горизонтали на всю плоскость ± 20
Местные отклонения бетонной поверхности от проектного положения при проверке рейкой длиной 2 м, кроме опорных поверхностей ± 5
Вертикальных поверхностей от вертикали и линий их пересечения по всей высоте ± 20
Высотных отметок закладных частей, служащих опорами для колонн или сборных элементов ± 5
Осей фундаментных болтов, расположенных: внутри контура опоры монтируемого элемента вне контура опоры монтируемого элемента  
Высотных отметок верхних торцов забетонированных фундаментных болтов +20

Таблица 1.4.

Допустимые отклонения элементов сборных железобетонных фундаментов и оснований, мм

Наименование показателя, отклонения Допуск
Высотных отметок верхних опорных поверхностей элементов фундаментов от проектных -10
Высотных отметок дна стаканов фундаментов от проектных -20
Осей фундаментных болтов и стаканов фундаментов относительно разбивочных осей

Таблица 1.5.

Допустимые отклонения элементов фундаментов под технологические металлоконструкции и положения анкерных болтов, мм

Наименование показателя, отклонения Допуск
Установочных поверхностей на фундаменте, возведенном до проектной отметки: по высоте по уклону на 1 м     ±5
Верхней поверхности выверенной и подлитой стальной плиты: по высоте по уклону на 1,5 м   ±1,5
Осей фундаментных болтов, расположенных: внутри контура опоры монтируемого элемента вне контура опоры монтируемого элемента    
Высотных отметок торцов фундаментных болтов +20
Длины резьбы фундаментных болтов +30

При проектировании трассы трубопроводов рассчитывают расстояния между опорами под трубопроводы. При этом трубопровод, лежащий на свободных опорах, рассматривается как неразрезанная балка, максимальный изгибающий момент (М) которой определяется по выражению

М= , (1.12)

где q - удельная нагрузка на единицу длины трубопровода, учитывающая вес самого трубопровода, транспортируемой среды и термоизоляции, Н/мм; - расстояние между опорами, мм.

Подставляя в уравнение прочности при изгибе трубы значение изгибающего момента (1.12), определяют максимальное расстояние между опорами:

= , мм, (1.13)

где W - момент сопротивления поперечного сечения трубы, мм3; [s]изг - допускаемое напряжение на изгиб от собственного веса ([s]изг £ 50 Н/мм2 для стальных труб).

Заказать ✍️ написание учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Сейчас читают про: