РАЗДЕЛ 2
Аналитические исследования фундаментных плит башенных копров
2.1 Методика аналитических исследований устойчивости фундаментов башенных копров
При строительстве многих рудных шахт Кривбасса, для увеличения жесткости основания, использовалось свайное поле. Это было обусловлено существующими в то время нормами проектирования и строительства ответственных сооружений, в частности, таких как башенные копры. Но в условиях грунтов Кривбасса возникает вопрос об исключении свайного основания и изменения конструктивных параметров фундаментных плит, что приведёт к значительному экономическому эффекту.
Работа фундаментов башенных копров в отличие от обычных сооружений башенного типа имеет ярко выраженные специфические особенности:
прежде всего, на работу фундамента оказывает влияние его конструкция, которая в поперечном сечении имеет прямоугольный или круглый вырез для шахтного ствола;
наличие целого ряда нагрузок, возникающих в силу специфики работы шахтной подъемной установки;
требования к сохранению достаточно строгой вертикальности и горизонтальности основных рабочих площадок и их конструктивных элементов [83].
Конструкция фундамента зависит от характеристики грунтов основания, на котором он расположен, конструкции стен, формы копра в плане и конструкции шейки ствола.
При определении размеров в плане фундаментной плиты наиболее часто в качестве первого основного критерия устойчивости башенного копра принимается его допустимый крен который нормируется существующими строительными нормами и правилами [84]. Допустимый крен копра (?) характеризует работу фундаментной плиты данного размера в плане на естественном или искусственном основании, в зависимости от модуля деформации грунта Е [84]. Согласно СНиП 2.02.01-83 допустимый крен составляет [?]=0.004м. Площадь фундамента является переменной величиной функции допустимого крена копра ??f(Sф) и зависит от действия силовых факторов (собственный вес копра, ветровая нагрузка, экстренная нагрузка и т.д.).
В нашем случае для определения конструктивных параметров фундаментных плит башенных копров рудных шахт Кривбасса использовалась следующая схема представленная на рис. 2.1. Данная схема представляет следующее взаимодействие и упрощение:
* нагрузка передаваемая каркасом, в местах заделки колонн в плиту, рассматривается как сосредоточенная сила Fz ;
* фундаментная плита принята абсолютно жесткой и линейно-деформируемой, а также рассматривается как полубесконечное тело;
* основание представлено винклеровской моделью.
Крен копра определяется по формуле [83]:
, (2.1)
где in - наклон основания от неравномерных просадок в результате наличия
горных выработок, принимаемый равным наклону поверхности на участке сооружения и определяемый маркшейдерскими расчетами согласно [86]
iг, iG, ie - наклоны копра и его фундамента в результате действия моментных
нагрузок.
Моментные нагрузки от горизонтальных сил Мг, от эксцентрично приложенных вертикальных сил Ме и от отклонения центра тяжести копра при его наклоне МG определяются по формулам
Мг=Thг; Ме=Ge; МG=Ghc, (2.2)
где Т - равнодействующая нормативных горизонтальных нагрузок ,Т;
hг - расстояние от точки приложения силы Т до подошвы фундамента, м;
G - равнодействующая нормативных вертикальных нагрузок, Т;
е - эксцентриситет приложения равнодействующей G;
hc- расстояние от центра тяжести массы башни до подошвы фунда-
мента, м.
Суммарная моментная нагрузка М, передаваемая на основание, определяется по формуле
М= Мг+ Ме+ Ghc???????????????????????????????????????????????
Наклоны iг, iG и ie для прямоугольной фундаментной плиты с прямоугольным вырезом, расположенным симметрично относительно оси через центр фундамента, определяются соответственно по формулам:
(2.4)
где С - коэффициент сжатия грунта основания, определяемый по формуле
, (2.5)
где Е - модуль деформации основания;
?с0- коэффициент условий работы грунтов основания, учитывающий ха-
рактер динамических нагрузок от оборудования;
?с1- коэффициент условий работы грунтов основания, учитывающий во-
зможность возникновения длительных деформаций при действии
динамических нагрузок [83];
? - коэффициент Пуассона грунта;
L - наружная сторона фундамента;
L' - сторона выреза в фундаменте;
W - безразмерный коэффициент, определяемый по табл. 2.1 [83]
Таблица 2.1
Безразмерный коэффициент W определяемый по отношению стороны выреза в фундаменте к наружной стороне фундамента
00.040.160.360.641W0.50.530.530.530.55?
?- отношение стороны выреза к наружной стороне фундаментной пли-
ты;
А' - безразмерный коэффициент зависящий от формы фундамента и
выреза, а также модуля упругости к модулю общей деформации
грунта [83];
n - коэффициент формы подошвы фундамента, определяемый по
табл.2.2
Таблица 2.2
Коэффициент формы подошвы фундамента n в зависимости от отношения наружных сторон плиты ?
?12310n0.951.31.532.25
Допустимый крен башенного копра не должен превышать нормативного значения, которое определяется нормами проектирования и является одним из ограничений, накладываемых на математическую модель системы "фундамент-основание" [84]
. (2.6)
Вторым основным критерием является высота фундаментной плиты, которая обратно пропорциональна главным напряжениям (?), возникающим в фундаментной плите от действия нагрузки. При проектировании башенных копров в расчет принимаются следующие нагрузки: собственный вес, рабочие, ветровые и экстренные [84; 86].
Нагрузки от собственного веса в каждом конкретном случа