Основи проектування та контролю фундаментів та опор
При виготовленні та прийманні нових фундаментів під обладнання, а також при аналізі можливості використання фундаментів, на яких раніше (наприклад, до реконструкції цеху) вже було встановлено обладнання, яке підлягає заміні або модернізації, може виникнути необхідність перевірки їх відповідності певним вимогам, наприклад, допустимим геометричним. , Висотним відхиленням їх елементів; стійкості до перекидання та ковзання; стійкості проти резонансу та вібрації.
При проектуванні фундаментів визначають їх розміри у плані (опорну площу основи) (рис. 4.3), координати розташування колодязів під анкерні болти, уступів, каналів тощо під конструктивні елементи обладнання, трубопроводи та ін., загальну висоту та висоту заглиблення фундаменту у ґрунті.
Мал. 4.3. Розрахункова схема при проектуванні фундаменту
Відповідність опорної площі основи нового або існуючого фундаменту / "загальним навантаженням на ґрунт, що дорівнює
, (4.1)
перевіряється за залежністю:
де G, Gф, Go, GM - відповідно загальне навантаження на грунт, вага фундаменту, обладнання, матеріалів та сировини; К-коефіцієнт співвідношення ваг фундаменту та обладнання, що приймається рівним 0,6-1,5 для обладнання зі статичним і 2,0-3,0 динамічним навантаженням; р - допустимий питомий тиск на ґрунт, що визначається за табл. 4.2.
Допустимий тиск на ґрунт
Відповідність дійсної висоти фундаменту (hд) необхідної (hт) перевіряють шляхом їх порівняння, причому (hт) визначають за формулою
де - Питома вага матеріалу фундаменту; Gф = Go × К- згідно з формулою (4.1).
Перевірка фундаментів на стійкість виконується шляхом порівняння розрахункового Кур і допустимого Куд коефіцієнтів стійкості, тобто.
При цьому значення Куд > 1,8-2,0.
Розрахунковий коефіцієнт стійкості визначається за виразом
де Мук, Мок - відповідно моменти стійкості та перекидання фундаменту щодо його k-го ребра (див. рис. 4.1), рівні
де lm - Довжина ребра m, перпендикулярного k-му ребру; — відповідно, сумарні зусилля, що сприймаються фундаментом з боку обладнання у напрямку вертикальної осі Z та осі, перпендикулярної k-му ребру фундаменту; Мj - крутний момент, що діє на фундамент з боку обладнання щодо осі, паралельної k-му ребру.
Перевірку фундаменту проти ковзання визначають шляхом зіставлення сили Руд, що утримує його від ковзання по ґрунту, і сили Рсд, що прагне зрушити його за умовою:
де Ксд - коефіцієнт запасу на зсув фундаменту, що приймається в межах 2,0-2,5; Руд - сила, що утримує фундамент від ковзання, рівна:
де Pz - сила, що зсуває фундамент, рівна рівнодіє всіх зусиль, що діють у площинах, паралельних площині зсуву; f-коефіцієнт тертя підошви фундаменту по грунту, що приймається для сухого грунту рівним 0,5, мокрого - 0,3, а за наявності вібрації фундаменту - 0,2.
Стійкість фундаментів проти резонансу перевіряється шляхом розрахунку та зіставлення частот коливань, що збуджуються обладнанням (вимушених коливань) fв та частот власних коливань fc станини, фундаменту та ґрунту, на якому він встановлений. Частоти вимушених та власних коливань повинні відрізнятися більш ніж у 2,5 рази.
З метою зниження величини і частоти динамічних сил, що передаються віброактивною системою (машиною) на іншу систему, що захищається від вібрації, обладнання підлягає віброізоляції за допомогою віброізоляторів. На практиці отрималипоширення такі віброізолятори;
а) у вигляді окремих опор: пружинні віброізолятори, основним робочим елементом яких є одна або кілька сталевих гвинтових циліндричних або конічних пружин (паралельно з пружинами інколи встановлюють демпфери коливань); гумові або гумометалеві віброізолятори, основним робочим елементом яких є гумове тіло, що нерідко має складну форму; пневматичні віброізолятори, які зазвичай регулюються; віброізолятори з тонкого пресованого сталевого дроту («металева гума»);
б) шару пружного матеріалу, що укладається між машиною та фундаментом;
в) підлоги на пружній основі - зазвичай застосовується при встановленні обладнання на перекриттях будівель.
Для оцінки ефективності віброізоляції використовуються різні критерії, найважливіший із яких називають віброізоляцією (ВІ). Для гармонійного процесу коливань цей критерій визначається співвідношенням:
У виразі (4.10) Vфж і Vфв є: при встановленні машини на віброізоляторах - амплітуди коливальної швидкості фундаменту машини в характерних точках (або усереднені по ньому) відповідно при жорсткому кріпленні машини і через віброізолятори; при застосуванні підлоги на пружній основі - середні значення коливальної швидкості несучої плити перекриття при жорсткому кріпленні машини до неї і при жорсткій установці машини на підлозі на пружній основі; при одночасному застосуванні підлоги на пружній підставі та віброізоляторів – середні значення коливальної швидкості несучої плити перекриття при жорсткому кріпленні машини до неї та після встановлення машини на віброізоляторах та підлозі на пружній підставі.
При «абсолютно жорсткому» фундаменті, коли Vфв = Vфж = 0, віброізоляцію визначають такожспіввідношенням:
де Fфж Fфв - амплітуди динамічних сил, що передаються на фундамент при жорсткій і віброізольованій установці машини на нього.
Використовують також методи розрахунку, а потім порівняння, критерію віброізоляції через імпеданси машини, фундаменту, віброізоляції та характеристичні коефіцієнти чотириполюсника (машини, віброізолятори, елементи, представлені масами, розглядаються як механічні чотириполюсники).
Розміри колодязів (отворів) під фундаментні (анкерні) болти повинні відповідати типу болтів та умові їхнього міцного закріплення в фундаменті.
При визначенні глибини колодязя можна керуватися такими даними: нижня точка болта повинна бути від підошви фундаменту на відстані не менше 100-150 мм; глибина загортання в бетон болта прямого приблизно повинна дорівнювати 20-30 його діаметрам, болта вигнутого (з гаком на кінці) дорівнює 15-20 діаметрам, знімного болта з анкерними плитами - 400-500 мм.
Перед початком монтажу фундаменти повинні відповідати певним вимогам, нормам точності для встановлення та кріплення на них обладнання. Точність закладання фундаментних болтів визначається настановним кресленням рами гальмівного стенда для розмітки колодязів під фундаментні болти (рис. 4.4).
Мал. 4.4. Настановне креслення гальмівного стенду
Допустимі відхилення елементів фундаментів від проектних значень представлені в табл. 4.3-4.5.
Розрізняють два способи встановлення обладнання на фундамент - без підливки розчином та з підливкою розчином.
Так, фундаменти під обладнання, яке встановлюється без подальшої підливки розчином, повинні споруджуватися на повну проектну позначку і здаватися під монтаж з вивіреною поверхнею.
Спосіб встановленняобладнання на фундамент «з підливкою розчином» полягає в тому, що обладнання попередньо виставляється над основним фундаментом на тимчасових монтажних опорах, вивіряється на горизонтальність і вертикальність,
Допустимі відхилення елементів збірних залізобетонних