Фундаменты основных зданий и сооружений атомных и тепловых электрост

циента постели. Основной недостаток расчетной модели — безынерционность основания, однако при правильно назначен­ ных показателях жесткости основания (ct- и £,) метод обеспе­ чивает удовлетворительное согласование расчетных результа­ тов с данными измерений.

В случае рамных фундаментов турбоагрегатов мощностью N ^ 135 МВт расчет на вертикальные колебания обычно не производится, поскольку наибольшие амплитуды характерны для горизонтально-крутильных колебаний верхней плиты. В соответствии с действующим СНиП 2.02.07—85 для этих

Ах, Лф — амплитуда горизонтальных колебаний центра тяже­ сти верхней плиты и амплитуда вращательных колебаний верхней плиты относительно вертикальной оси, проходящей через ее центр тяжести, вычисляемые по формулам

рота центра тяжести верхней плиты при статическом действии

Sx, S* — коэффициенты жесткости конструкции фундамента с учетом упругости основания в горизонтальном направлении, перпендикулярном оси вала машины, и при повороте в гори­ зонтальной плоскости; Хх, — круговые частоты собственных горизонтальных и вращательных колебаний системы «ма­ шина— фундамент» относительно вертикальной оси, прохо­ дящей через центр тяжести верхней плиты; $'х, — коэффи­ циенты относительного демпфирования системы «машина — фундамент — основание».

Горизонтальную составляющую расчетной динамической нагрузки следует определять как Рг = п •г\ Ргн, где п и ц— коэффициенты перегрузки и динамичности, принимаемые по указаниям СНиП; Ргн— величина нормативной динами­ ческой нагрузки, принимается по данным задания на проек­

шины, верхней плиты, продольных балок^ригелей рам и 30%

.массы всех колонн (стоек) фундамента; 0ф— момент инерции

массы тп относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести верхней плиты, допускается определять 0ф по

«формуле 0ф = 0,1тп/2, где / — длина верхней плиты. Коэффициенты относительного демпфирования оп­

ределяют по зависимостям

тельного демпфирования для горизонтальных, вращательных

-является расчет на вертикальные колебания [32]. Современ­ ные мощные (N = 500 МВт и более) турбоагрегаты устанав­ ливаются, как правило, на высоте 10— 15 м от пола первого этажа машинного отделения главного корпуса АЭС или ТЭС. В эксплуатационных режимах колонны (стойки) рамных «фундаментов этих турбоагрегатов выполняют виброизоляцию нижней (фундаментной) плиты, и ее колебаниями на грунто­ вом основании обычно пренебрегают. Это позволяет принять расчетную схему рамного фундамента в виде пространствен­ ной стержневой рамы с вертикальными стержнями ({колонны фундамента), жестко защемленными снизу.

Более точным, но и более сложным является учет изгибных колебаний нижней фундаментной плиты. В этом случае в качестве модели грунтового основания применяют модель Винклера (коэффициента постели), реже — модель упругой полуплоскости или упругого слоистого основания. Расчеты с использованием перечисленных моделей удается осущест­ вить только на мощных ЭВМ.

В тех случаях, когда необходимо существенно снизить ди­ намическое воздействие на грунт (например, для оснований из водонасыщенных неуплотненных песков), рекомендуется применять виброизолированные рамные фундаменты [32]. Они могут применяться для турбоагрегатов с п = 3000 и

вило 53. Сваи в рассматриваемом фундаменте выполнялись* с помощью установки Беното. Применение свай обеспечило надежное выполнение требований по ограничению деформа­ ций фундамента как в продольном, так и в поперечном на­ правлениях и практически исключало его прогиб и разные осадки турбины и конденсаторов. Заметим, что для ограни­ чения напряжений в компенсаторах разность осадок турбины и конденсаторов не должна превышать 7 мм.

Фундамент турбоагрегата имеет длину 41 м и состоит иа нижней плиты, которая в турбинной части выполнена в виде-

Рис. 21. Фундамент тихоходного турбоагрегата Ново­

короба, а в генераторной — плоская. На короб опираются по­ стаменты, предназначенные для размещения на них ЦВД,. ЦСД, ЦНД турбины. Постаменты, на которые опираются подшипники, имеют сквозные колодцы для пропуска масло­ проводов. В районе генератора и возбудителя фундамент вы­ полнен в виде конструкции, сочетающей массивные и рамные элементы.

В настоящее время свайные фундаменты под машины, в том числе и под турбоагрегаты, находят все более широкое применение, особенно в связи с необходимостью строитель-

•ства на сильносжимаемых слабых грунтах, использование ко­ торых в качестве естественного основания может привести к недопустимым осадкам и перекосам фундамента. Свайные фундаменты следует также применять, если при проектиро­ вании мелкозаложенного фундамента не удается выполнить ;условия р ^ ycoyciR и А ^ Лд или в случаях, когда стеснен­ ность площадки не допускает размещения фундамента на естественном основании. Широкое применение находят свай­ ные фундаменты на вечномерзлых грунтах, где они для ма­ шин с динамическими нагрузками часто являются един­ ственно возможными.

В свайных фундаментах турбоагрегатов допускается при­ менение свай любых типов. В связи с относительно неболь­ шими нагрузками в свайных фундаментах из висячих свай расстояния между осями свай рекомендуется принимать от •5с? до Юс? (с? — диаметр или меньший размер стороны по­ перечного сечения свай), а сами сваи — короткими.

Общее количество свай в фундаменте назначают исходя из действия на них расчетных статических нагрузок. При этом несущая способность висячих свай и свай-стоек опреде­ ляется с учетом их работы и грунтов основания в условиях

Расчет свайных фундаментов машин на колебания в соот­ ветствии с указаниями норм проектирования рекомендуется производить так же, как и фундаментов на естественном ос­ новании, при использовании приведенных характеристик масс и жесткостей, учитывающих, кроме масс машин и жесткости верхнего строения фундамента, массу свай и их взаимодей­ ствие с грунтом основания. Коэффициенты жесткости kz> kx, Л9э kty следует назначить такими же, как для фундамента мелкого заложения (нижней плиты рамного фундамента), принимая в качестве такового ростверк свайного фундамента. Коэффициент относительного демпфирования \г для свайных фундаментов рекомендуется принимать равным 0,2 для уста­ новившихся колебаний и 0,6 — для неустановившихся коле­ баний. Для определения коэффициентов жесткости и относи­ тельного демпфирования используются приведенные выше зависимости. Формулы для определения приведенных харак­ теристик свайного фундамента и соответствующие указания по их расчету имеются в нормах проектирования [29] и здесь не приводятся.

проектировании фундаментов возможность достижения пре­ дельных величин деформаций в полной мере не используется, что вызывает неоправданно большие размеры фундаментов в плане (например, в случае фундаментов колонн главных корпусов АЭС и ТЭС и др.) и одновременно оставляет чрез­ мерно излишние резервы несущей способности оснований. Следовательно, условием (31) целесообразно размеры фун­ даментов не ограничивать, определяя их только из условия

5 ^ Su.

Однозначное проектирование фундаментов по деформа­ циям (5^ su) и расчет оснований, в том числе и при давле­ ниях р > /?, связаны с определением деформаций 5 для упру­ го-пластической стадии работы оснований, характеризуемой появлением в них развитых (гтах > 0,256) областей предель­ ного напряженного состояния грунта. Расчет напряженнодеформированного состояния (н.-д.с.) в этом случае стано­ вится возможным при реализации решений, обеспечивающих получение результатов при нагрузках, далеко выходящих за границы применения модели л.-д.с. К настоящему времени развит целый ряд таких решений — в их основе лежат, как правило, представления того или иного раздела теории пла­ стичности (деформационной теории пластичности, теории пла­ стического течения и др.).

Поскольку в основе условия р ^ R лежит ограничение размеров областей предельного напряженного состояния грунта, то снять это ограничение и тем самым избавиться от условия р ^ R позволяют решения, учитывающие наличие в основании одновременно областей допредельного и предель­ ного напряженных состояний при любом возможном соотно­ шении между их размерами. Возможность выделения в ос­ новании указанных областей и учет их взаимодействия в не­ обходимой мере реализуются, в частности, при решении за­ дачи, получившей в механике грунтов название смешанной задачи теорий упругости и пластичности.

Разработка решения смешанной задачи была осуществ­ лена в 1974— 1976 гг. автором [3, 4] с использованием в об­ ластях допредельного и предельного напряженных состояний соответственно моделей л.-д.с. и идеально-пластической среды (и.-п.с.), т. е. на основе представления грунта в целом мо­ делью упруго-идеально-пластической среды (у.-и.-п.с.). Ре­ шение смешанной задачи для грунта как сплошной среды должно удовлетворять в областях допредельного и предель­ ного напряженного состояния (в «упругих» и «пластических» областях) одним и тем же уравнениям равновесия, геометри­ ческим соотношениям, но различным в них физическим урав­ нениям и условию текучести (предельного равновесия) при­ нятого вида в пластических областях. В «упругих» областях

остаточные деформации, характерные для многих грунтов даже при малом уровне нагрузки, присоединяются к обра­

симости обобщенного закона Гука с использованием модуля общей деформации Е и коэффициента Пуассона грунта v:

В «пластических» областях помимо «упругих» развиваются

Заметим, что при всей условности деления деформаций на «упругие» и пластические существенным является то обстоя­ тельство, что разрушение грунтовых массивов и прогресси­ рующее их деформирование возможны только за счет раз­ вития в них областей предельного напряженного состояния и развития в этих областях в дополнение «к «упругим» ге пла­ стических деформаций ер. Появление остаточных (пластиче­ ских— по терминологии теории пластичности) деформаций

вобластях допредельного состояния при отсутствии в целом

вгрунтовом массиве областей предельного состояния вызвать разрушение этого массива не может, аналогично тому, как нельзя разрушить грунт как сплошную среду в компрессион­ ном приборе.

Взависимости (33) «упругие» деформации {Аге} опреде­ ляются выражением (32), а для деформаций {Дер} принима­ ются зависимости теории пластического течения в виде

где F — так называемый пластический потенциал, назначае­ мый по данным экспериментов; ДА, — малый положительный скалярный множитель.

Помимо (34) в пластических областях выполняется ус­ ловие

уравнения, применяемые в пластических областях вместо уравнений (32). Они имеют вид

Значительные математические трудности не позволяют дать аналитическое решение смешанной задачи для практи­ ческих случаев оснований, однако с необходимой точностью приближенное решение указанной задачи в настоящее время осуществляется численными методами на ЭВМ. В частности, успешно используются метод конечных элементов (МКЭ) и процедура шагового нагружения. Шаговый метод предпола­ гает разбиение интервала нагружения на ступени (шаги) и в разработанных программах реализован в варианте пере­ менных шагов по нагрузке или заданным смещениям при определении их величины из условия перевода одного или группы конечных элементов в предельное состояние.

Разработка решения смешанной задачи и его воплощение в программах для ЭВМ позволили выполнить большой ком­ плекс расчетных исследований оснований. В исследованиях, в частности, выявлена значительная зависимость осадок од­ нородного упруго-пластического основания, в отличие от ли- нейно-деформируемого («упругого»), от величины угла внут­ реннего трения ф грунта, обусловливающего возрастание со­ противления грунта сдвигу с ростом нормальных напряжений.