말뚝 기초의 침하 계산 방법의 비교 분석

Melnikov Viktor Alekseevich 1, Alekseev Nikolay Sergeevich 2, Ionov Konstantin Igorevich 3
1 고등 전문 교육을 위한 연방 정부 예산 교육 기관 상트페테르부르크 주립 폴리테크닉 대학교 박사, 부교수
2 고등 전문 교육을 위한 연방 정부 예산 교육 기관 상트페테르부르크 주립 폴리테크닉 대학교, 석사 과정
3 고등 전문 교육을 위한 연방 정부 예산 교육 기관 상트페테르부르크 주립 폴리테크닉 대학교, 석사 과정

주석
이 기사에서는 규제 문서인 SNiP 2.02.03.-85 "파일 기초" 및 업데이트 버전 SP 24.13330.2011 "파일 기초"에 설명된 파일 기초의 침하를 계산하는 다양한 방법에 대해 설명합니다. 끝이 뾰족한 정사각형 단면의 기둥형 철근 콘크리트 말뚝에 대한 계산이 이루어졌습니다. 굽힘 모멘트가 없는 중심 충격을 하중으로 간주합니다. 말뚝 그룹으로 구성된 말뚝 기초의 침하를 계산하는 새로운 방법이 고려됩니다. 얻은 결과를 분석하고 이를 바탕으로 결론을 도출했습니다.

강수량 기초 계산 방법의 비교 분석

Melnikov Victor Alekseevich 1 , Alekseev Nikolai Sergeyevich 2 , Ionov Konstantin Igorevich 3
1 VPO 스트리트 상트페테르부르크 주립 폴리테크닉 대학교 박사, 부교수
2 VPO 스트리트 상트페테르부르크 주립 폴리테크닉 대학교, 학부
3 VPO 스트리트 상트페테르부르크 주립 폴리테크닉 대학교, 학부

추상적인
이 기사에서는 규정(SNIP 2.02.03.-85 "파일 기초" 및 SP 24.13330.2011 "파일 기초"의 업데이트 버전)에 설명된 퇴적물 더미 기초를 계산하는 다양한 방법에 대해 설명합니다. 기둥 모양, 끝이 뾰족한 정사각형 단면의 콘크리트 말뚝을 매달기 위한 계산입니다. 하중은 굽힘 모멘트 없이 중앙 충격을 받았습니다. 말뚝 그룹으로 구성된 강우말뚝 기초를 계산하는 새로운 방법. 결과는 결론을 토대로 분석됩니다.

기사에 대한 참고문헌 링크:
Melnikov V.A., Alekseev N.S., Ionov K.I. 말뚝 기초의 침하 계산 방법 비교 분석 // 현대 과학 연구 및 혁신. 2015. 9호. 1부 [전자자료]..09.2017).

1. 소개

현재 기초 개발 단계에서 주요 임무 중 하나는 설계 솔루션의 효율성을 높이고 경제적으로 건전하고 경쟁력 있는 솔루션을 개발하는 것입니다.

현재, 물에 포화된 약한 토양에 대한 건설이 추진력을 얻고 있으며, 건축업자들은 이전에 지질학자들이 구조물 건설에 수익성이 없다고 인식한 부지를 사용하고 있습니다.

어려운 엔지니어링 및 지질 조건에서는 파일 옵션이 유일한 기초 유형인 경우가 많습니다. 말뚝 기초는 기초 토양이 큰 제방, 미사 퇴적물, 유체 및 유동 소성 상태의 응집성 토양 등으로 표현되는 경우에 사용됩니다. .

건물의 지하 부분을 건설하는 비용은 총 비용의 최대 25%이므로 보다 경제적이고 산업용 파일 기초를 사용하면 이러한 수치를 줄일 수 있습니다.

말뚝 기초의 효율성을 높이기 위한 가장 중요한 준비 사항은 설계 단계에서 기초 침하 결정을 향상시키는 것입니다.

지반에 있는 파일 작업의 복잡성으로 인해 계산 신뢰성에 대한 수학적으로 엄격한 이론을 만드는 것이 불가능합니다. 따라서 다양한 공학적 계산 방법이 사용됩니다. 말뚝 기초 설계 분야에서 현재 사용되는 규범 문헌에는 정보가 부족하고 모호한 결과를 얻을 수 있습니다.

본 연구의 목적은 주어진 지질조건 하에서 골조형 건물의 말뚝 기초 침하량을 계산한 결과를 비교하는 것이다. SNiP 2.02.03.-85 "말뚝 기초" 및 SP 24.13330.2011 "말뚝 기초"(업데이트판)에서 침하 계산에 대한 다양한 이론적 접근법의 영향을 식별하기 위해 건물 매개변수와 지질 단면은 동일한 것으로 가정됩니다. .

2. 말뚝 지지력 계산
토양의 특성과 주어진 구조물의 토양 기초를 구성하는 층의 두께는 표 1에 나와 있습니다.

1 번 테이블

	토양 이름	층 두께
	옥토

계산은 두 가지 한계 상태 그룹에 대해 수행됩니다. 기둥형 철근 콘크리트 말뚝, 기둥 모양, 끝이 뾰족한 정사각형 단면을 고려합니다. 이 경우 단면 치수는 40 x 40 cm, 파일 길이는 13 m입니다.

1) 지지력 기준 - 파일 재료 및 그릴 재료의 강도 (설계 하중의 주요 조합 기준)
2) 변형에 의해 - 수직 하중(표준 하중의 주요 조합에 대해)으로 인한 말뚝 기초 및 말뚝 기초의 침하에 의해.

기초 내부 및 외부 말뚝은 다음 조건에 따라 기초 지반의 지지력을 기준으로 계산되어야 합니다.

여기서 N은 말뚝에 전달되는 설계 하중(가장 불리한 조합으로 기초에 작용하는 설계 하중으로부터 발생하는 종방향 힘)입니다.

Fd - 단일 말뚝 바닥의 계산된 지지력, 이하 말뚝의 지지력이라 함.
- 파일 기초를 사용할 때 토양 조건의 균일 성 증가를 고려한 작업 조건 계수는 클러스터 파일의 경우 1.15와 같습니다.
- 구조물의 목적(책임)에 대한 신뢰성 계수는 ​​1.15와 같습니다.
- 말뚝의 지지력은 계산에 의해 결정되므로 신뢰도 계수를 1.4로 사용합니다.
부하 용량 F디 , 굴착 없이 구동되고 압축 하중 하에서 작동되는 매달린 구동 파일은 다음 공식에 따라 파일 하단과 측면 표면에서 계산된 기초 토양의 저항력의 합으로 결정되어야 합니다.

(2)

어디서 c - 지반의 파일 작동 조건 계수, 허용됨 c = 1;
아르 자형- 표(표 7.2)에 따라 계산된 파일 하단 아래의 토양 저항 계산: R = 5360 kPa;
ㅏ- 지상 더미의 지지 면적, m 2 , 파일의 단면적과 동일한 것으로 간주됩니다.ㅏ=0.16m2;
유- 파일 단면의 외부 둘레, m:유=1.6m;
에프나- 깊이에 따라 표 (표 7.3)에 따라 취한 파일 측면의 기초 토양 i 번째 층의 저항력시간나그리고 이 깊이의 토양 유형;
시간나- i번째 토양 균질 부분의 중간점 침수 깊이;
시간나- 파일의 측면과 접촉하는 i 번째 토양층의 두께, m;
CR , CF- 계산된 토양 저항에 대한 말뚝 구동 방법의 영향을 고려하여 말뚝 하단과 측면 각각의 토양 작동 조건 계수(표 7.4):.
정의해보자 에프나 그리고 표 2에 결과를 요약합니다.
표 2

	시간나, 중	시간나, 중	에프나, kPa
		10,0
		11,5	67,1
		12,5	68,5

공식 (2.2)에 따르면:
굽힘 순간이 없습니다. 말뚝 기초는 중앙 하중 조건에서 작동합니다. 그런 다음 하나의 파일로 전달되는 하중은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

(3)

대체 N공식 1에 다음과 같은 결과를 얻습니다.

더미 수는 6이라고 가정합니다.

파일 배치는 다음 조건에 따라 상호 영향을 고려하여 수행됩니다.
인접한 두 파일의 축 사이의 거리:

어디 디– 파일 단면의 선형 치수;
가장 바깥쪽 파일의 축에서 그릴 가장자리까지의 거리:

그러면 그릴의 최종 치수는 다음과 같습니다.

3. 말뚝 기초 침하량 계산.

변형을 기반으로 한 말뚝 및 말뚝 기초 계산은 건물 침하가 최대 허용 값을 초과하지 않아야 한다는 조건을 기반으로 이루어져야 합니다.

s ≤ s유, (4)

어디 에스- 계산에 의해 결정된 말뚝, 말뚝 기초 및 구조(침하, 이동, 말뚝 침하의 상대적 차이, 말뚝 기초 등)의 접합 변형;
에스유- SNiP의 지침에 따라 설정된 파일 바닥, 파일 기초 및 구조의 결합 변형 한계값입니다.조건부 기초로 말뚝 기초 정착 조건부로 기초 정산을 계산하는 것은 SNiP 2.02.03-85에서 정산을 결정하는 유일한 방법입니다. 층별 합산 방법은 구조물의 하중의 영향을받는 토양의 침하가 평균값과 같은 두께의 토양 기본 층의 침하의 합으로 결정된다는 것입니다. 유효 응력과 토양을 특징짓는 계수의 평균값을 큰 오류 없이 계산할 수 있습니다.

초안 결정은 다음 순서로 이루어집니다.
1. 건물 자체 중량으로 응력 분포 다이어그램을 구성합니다.

(5)

어디 - 조건부 기초 내의 스트레스;
- 조건부 기초의 높이를 넘어서는 스트레스;

2. 추가 응력의 다이어그램을 구성합니다.

우리는 다음과 같은 표현을 사용합니다.

(6)

여기서 α – 기초 기초의 모양과 좌표에 따른 계수.
p - 기초 바닥의 평균 압력 값.

3. 압축 가능 영역 H 값의 그래픽 결정сж = 4.84m (그림 2)

4. 해당 지역의 평균 압력 값을 그래픽으로 결정 -.

5. 다음 공식을 사용하여 각 층의 침하량을 결정합니다.

(6)

무차원 계수는 0.8과 같습니다.
- i 번째 토양층의 평균 응력 값
- i번째 층의 두께;
- i번째 층의 변형 계수.

활성 압축 영역의 깊이는 토양 두께의 변형(주어진 치수의 기초 침하를 계산할 때)을 무시할 수 있는 깊이에 해당합니다.

그림 1. 압축 영역의 깊이 결정

7. 조건 (4)에 따라 결과 정산 값을 확인합니다.

S=3.7cm 수 = 8cm, – 조건이 충족됩니다.

이 방법의 가장 큰 단점은 수풀에 있는 말뚝의 상호 영향을 고려하지 않는다는 것입니다.

SP 24.13330.2011에 따른 파일 부시 침하 계산
2011년에는 SNiP 2.02.03.-85의 업데이트되고 조화된 버전이 출판되었습니다. 이 규제 문서와 유사하게 유럽 표준 EN 1997-1:2004 (E) "유로코드 7": 지반 공학 설계 - 파트 1: 일반 규칙이 채택되었습니다.
추가된 사항 중 하나는 말뚝 기초의 침하를 계산하는 새로운 방법이었습니다. 단일 말뚝의 침하량은 SP 50-102-2003의 부록과 같이 전단 계수를 고려하여 결정되며, 말뚝 그룹의 침하량을 결정하는 새로운 방법이 제시됩니다. 적용 가능성의 한계도 도입되었습니다. 소규모 그룹(n≤25)의 퇴적물과 큰 더미 밭은 다르게 결정됩니다.

작은 그룹의 파일의 침하를 계산할 때 상호 영향을 고려해야 합니다. 파일 사이의 하중 분포가 알려진 n 파일 그룹에서 i 번째 파일의 침하 계산은 다음 공식에 따라 수행됩니다.

(7)

어디 에스(N) - 단일 더미의 정착;
δ ij- 사이의 거리에 따라 계산된 계수나일과 제이번째 더미;
제이- 쌓였어.
힐 확장 없이 단일 파일의 정착은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

어디 NN= 0.967MN;
- 공식에 의해 결정되는 계수:

(9)

여기서 = 0.17 ln(k ν G 1 l/G 2 디)- 절대적으로 단단한 말뚝에 해당하는 계수;
= 0,17 에(케이 ν 1 l/d)- 특성을 가진 균질 염기의 경우 동일한 계수G 1 및 ;
= EA/G 1 엘 2 - 파일의 상대적 강성;
E.A.- 파일 샤프트의 압축 강성, MN;
- 배럴의 압축으로 인한 침하 증가를 특징으로 하는 매개변수이며 다음 공식에 의해 결정됩니다.

(10)

어디 케이 ν , 케이 ν 1 - 공식에 의해 결정되는 계수:
중.

4. 결론

수행된 계산 연구를 통해 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다.

SP에 따라 계산된 말뚝 기초의 침하는 SNiP에 따라 계산된 침하보다 덜 중요합니다. 이를 통해 보다 안정적인 구조의 프레임형 건물 설계가 가능해졌습니다.

합작 투자에 따른 계산을 통해 합리적인 설계 솔루션을 사용하여 비용 절감도 가능합니다.

그러나 이러한 비교 계산은 특정 지질학적 조건에 유효하다는 점에 유의해야 합니다.

5. 결론

얻은 결과는 측면과 팁 모두에 의해 하중 지지 능력이 제공되는 베이스 그룹과 관련이 있다는 점에 유의해야 합니다. 이러한 기초에서 말뚝 작동에 대한 일반적인 일정이 그림 1에 나와 있습니다. 3(곡선 I).

그림 3. 일반적인 파일 작업 일정

약한 토양 기초에서 말뚝의 하중 지지 능력은 측면 표면(곡선 II)의 작업에 의해 결정됩니다. 그래프의 한계점은 말뚝의 최대 하중을 명확하게 정의합니다.

대부분의 경우 말뚝의 성능은 첫 번째 유형과 두 번째 유형의 곡선 사이에 위치한 그래프로 특징 지어집니다.

유형 I 곡선을 사용하면 말뚝의 최대 저항값을 찾는 것이 거의 불가능합니다. 그리고 하중 지지력을 결정하는 문제는 순전히 이론적입니다. 왜냐하면 서비스 가능성은 최대 하중이 적용되기 오래 전에 발생하는 변형에 의해 제한되기 때문입니다.

반면, 장기간 하중을 받는 말뚝의 침하량은 단기 정적 시험 중 동일한 하중의 작용으로 인한 침하량보다 몇 배 더 높을 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 최종 침하량을 계산할 때에는 장기하중 실험을 통해 알아낸 지반의 변형계수와 강도특성을 활용할 필요가 있다.

서지

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