سیویل اجرا | مرجع فایل، آموزش و مقالات مهندسی عمران | سیویل اجرا | مرجع فایل، آموزش، پروژه، مقالات مهندسی عمران، نکات اجرایی ساختمان، منابع آزمون نظام مهندسی و اخبار صنعت ساخت و ساز ایران
محاسبه‌گر ظرفیت باربری پی سطحی
فرم ترزاقی با ضرایب FHWA/AASHTOمحاسبه ظرفیت نهایی و مجاز خالص و ناخالص پی
این ابزار ظرفیت باربری برشی پی نواری یا مستطیلی را برای بار قائم،
مرکزی، سطح افقی و خاک همگن محاسبه می‌کند. پارامترهای مقاومت و
وزن مخصوص باید از گزارش معتبر ژئوتکنیک برداشت شوند.
۰۱
هندسه و مبنای محاسبه پی
ابعاد پی، عمق استقرار و روش اعمال ضریب ایمنی
m
m
m
FS
برای پی نواری، ظرفیت بار مجاز به‌صورت بار خطی بر هر متر طول
پی نیز محاسبه می‌شود.
۰۲
مشخصات مقاومتی خاک
پارامترهای مقاومت برشی و وزن مخصوص مؤثر خاک
kPa
degree
kN/m³
kN/m³
وزن مخصوص بالای تراز پی برای محاسبه سربار
q = γ × Df
و وزن مخصوص زیر پی برای جمله
Nγ
استفاده می‌شود. در حضور آب زیرزمینی باید مقادیر مؤثر یا
شناوری مناسب براساس شرایط واقعی پروژه وارد شوند.
پارامترهای تنش مؤثر
c′ و φ′
را با وزن مخصوص مؤثر و پارامترهای تحلیل تنش کل را با شرایط
زهکشی‌نشده سازگار وارد کنید. اختلاط پارامترهای دو روش می‌تواند
خروجی غیرواقعی ایجاد کند.
ظرفیت باربری مجاز ناخالص
۰ kPa
بار مجاز محاسبه نشده است
۰ kPa
ظرفیت نهایی ناخالص
۰ kPa
ظرفیت نهایی خالص
۰ kPa
ظرفیت مجاز ناخالص
۰ kPa
ظرفیت مجاز خالص
ضرایب و اجزای محاسبه
نوع پی
−
فشار سربار q
−
ضریب Nc
−
ضریب Nq
−
ضریب Nγ
−
ضریب شکل sc
−
ضریب شکل sq
−
ضریب شکل sγ
−
ضریب ایمنی
−
مبنای ظرفیت مجاز
−
۰ kPa
سهم چسبندگی
۰ kPa
سهم سربار
۰ kPa
سهم وزن خاک زیر پی
رابطه استفاده‌شده:
qult = cNcsc + qNqsq + 0.5γBNγsγ
این خروجی فقط گسیختگی برشی را بررسی می‌کند. ظرفیت مجاز نهایی
باید با کنترل نشست کلی و تفاضلی، لایه‌بندی خاک، سطح آب، خروج از
مرکزیت، بار مایل، لغزش و نتایج گزارش ژئوتکنیک مقایسه شود.
راهنمای محاسبه ظرفیت باربری پی سطحی
ظرفیت نهایی و مجازآموزش محاسبه ظرفیت خالص و ناخالص پی نواری و مستطیلی
۱ معرفی ابزار
این ابزار ظرفیت باربری برشی پی سطحی را با استفاده از فرم عمومی رابطه ترزاقی، ضرایب باربری و ضرایب شکل محاسبه می‌کند. خروجی شامل ظرفیت نهایی و مجاز خالص و ناخالص و همچنین بار مجاز کل پی است.
ظرفیت نهایی
فشار متناظر با گسیختگی برشی خاک
ظرفیت مجاز
ظرفیت حاصل پس از اعمال ضریب ایمنی
بار مجاز پی
تبدیل فشار مجاز به بار خطی یا بار کل
ابزار فقط ظرفیت باربری ناشی از گسیختگی برشی را محاسبه
می‌کند. ظرفیت مجاز واقعی ممکن است توسط نشست کلی یا تفاضلی
کنترل شود.
۲ مراحل استفاده
۱
انتخاب شکل پی
مشخص کنید پی به‌صورت نواری یا مستطیلی و مربعی محاسبه
می‌شود.
۲
ورود ابعاد مؤثر پی
عرض، طول و عمق استقرار مؤثر پی را برحسب متر وارد کنید.
۳
ورود مشخصات مقاومتی خاک
مقادیر چسبندگی، زاویه اصطکاک داخلی و وزن مخصوص خاک را
از گزارش ژئوتکنیک وارد نمایید.
۴
تعیین ضریب ایمنی
ضریب ایمنی مورد استفاده برای محاسبه ظرفیت مجاز را وارد
کنید.
۵
انتخاب روش اعمال ضریب ایمنی
روش خالص یا روش ناخالص را مطابق مبنای طراحی پروژه انتخاب
کنید.
۶
انتخاب واحد نمایش
نتیجه را به کیلوپاسکال، تن‌نیرو بر مترمربع یا
کیلوگرم‌نیرو بر سانتی‌مترمربع مشاهده کنید.
۷
محاسبه و کنترل نتایج
ظرفیت‌های خالص و ناخالص، ضرایب باربری و سهم هر جمله را
بررسی کنید.
۳ ابعاد و شکل پی
| ورودی | تعریف | واحد |
|---|---|---|
| عرض مؤثر B | کوچک‌ترین بعد مؤثر سطح زیر پی | m |
| طول مؤثر L | بعد بزرگ‌تر پی مستطیلی؛ در پی مربعی برابر B است | m |
| عمق استقرار Df | فاصله قائم سطح زمین تا تراز زیر پی | m |
| پی نواری | محاسبه برای یک متر طول پی و بدون ضریب شکل | بار خطی |
| پی مستطیلی | محاسبه با نسبت B به L و اعمال ضرایب شکل | بار کل |
در ابزار فرض شده است که
L ≥ B
است. در صورت وجود خروج از مرکزیت، باید از ابعاد مؤثر اصلاح‌شده
استفاده شود.
۴ پارامترهای خاک
| پارامتر | توضیح | واحد |
|---|---|---|
| چسبندگی c | پارامتر چسبندگی متناسب با نوع تحلیل و شرایط زهکشی | kPa |
| زاویه اصطکاک φ | زاویه اصطکاک داخلی خاک براساس آزمایش‌های ژئوتکنیکی | degree |
| وزن مخصوص بالای پی | وزن مخصوص مؤثر خاک برای محاسبه فشار سربار | kN/m³ |
| وزن مخصوص زیر پی | وزن مخصوص مؤثر خاک در جمله وابسته به عرض پی | kN/m³ |
مقادیر
c
و
φ
نباید از تخمین عمومی نوع خاک انتخاب شوند. استفاده از نتایج
گزارش ژئوتکنیک و سازگاری پارامترها با تحلیل تنش مؤثر یا تنش
کل ضروری است.
۵ فشار سربار
فشار سربار در تراز زیر پی از وزن خاک موجود بالای تراز پی محاسبه می‌شود.
فشار سربار
q = γبالای پی × Df
در حضور سطح آب زیرزمینی، وزن مخصوص مؤثر یا شناوری باید
متناسب با موقعیت آب و شرایط لایه‌های خاک وارد شود.
۶ ضرایب ظرفیت باربری
ضریب Nq
Nq = e^(π tanφ) × tan²(۴۵° + φ ÷ ۲)
ضریب Nc
Nc = (Nq − ۱) ÷ tanφ
ضریب Nγ مورد استفاده ابزار
Nγ = ۲ × (Nq + ۱) × tanφ
برای حالت
φ = ۰
ابزار به‌صورت مستقیم از
Nq = ۱،
Nc = ۵٫۱۴
و
Nγ = ۰
استفاده می‌کند تا تقسیم بر صفر رخ ندهد.
۷ ضرایب شکل پی
برای پی نواری تمام ضرایب شکل برابر یک هستند. در پی مستطیلی، ضرایب براساس نسبت عرض به طول محاسبه می‌شوند.
ضریب شکل جمله چسبندگی
sc = ۱ + (B ÷ L) × (Nq ÷ Nc)
ضریب شکل جمله سربار
sq = ۱ + (B ÷ L) × tanφ
ضریب شکل جمله وزن خاک
sγ = ۱ − ۰٫۴ × (B ÷ L)
در حالت
φ = ۰
برای پی مستطیلی، ابزار از
sc = ۱ + B ÷ ۵L
و مقادیر
sq = sγ = ۱
استفاده می‌کند.
۸ رابطه ظرفیت باربری نهایی
ظرفیت باربری نهایی ناخالص
qult,gross = cNcsc + qNqsq + ۰٫۵γBNγsγ
ظرفیت باربری نهایی خالص
qult,net = qult,gross − q
| جمله | مفهوم |
|---|---|
| cNcsc | سهم مقاومت ناشی از چسبندگی خاک |
| qNqsq | سهم فشار سربار خاک در تراز پی |
| ۰٫۵γBNγsγ | سهم وزن خاک زیر پی و عرض پی |
۹ ظرفیت مجاز و ضریب ایمنی
ابزار دو روش برای اعمال ضریب ایمنی در اختیار کاربر قرار می‌دهد. روش انتخابی باید در گزارش محاسبات و مقایسه با گزارش ژئوتکنیک مشخص باشد.
روش خالص
qallow,net = qult,net ÷ FS
qallow,gross = q + qallow,net
روش ناخالص
qallow,gross = qult,gross ÷ FS
qallow,net = qallow,gross − q
ضریب ایمنی در ابزار مقدار ثابت و اجباری ندارد. مقدار مناسب
باید براساس مبنای طراحی، کیفیت اطلاعات خاک، نوع بارگذاری و
نظر مهندس ژئوتکنیک تعیین شود.
۱۰ بار مجاز پی
پی نواری
بار مجاز خطی = qallow,gross × B
پی مستطیلی یا مربعی
بار مجاز کل = qallow,gross × B × L
بار مجاز محاسبه‌شده ظرفیت فشاری سطح زیر پی است و شامل کنترل
لغزش، واژگونی، برش پانچ، خمش پی و توزیع واقعی تنش نیست.
۱۱ واحدهای خروجی
| واحد | رابطه تبدیل | توضیح |
|---|---|---|
| kPa | ۱ kPa = ۱ kN/m² | واحد پایه محاسبات ابزار |
| kN/m² | دقیقاً معادل kPa | همان مقدار بدون تبدیل عددی |
| tf/m² | kPa ÷ ۹٫۸۰۶۶۵ | تن‌نیرو بر مترمربع |
| kgf/cm² | kPa ÷ ۹۸٫۰۶۶۵ | واحد رایج قدیمی فشار |
تبدیل
kPa
به
kN/m²
نباید با ضرب یا تقسیم بر ۱۰۰۰ انجام شود؛ این دو واحد دقیقاً
یکسان‌اند.
۱۲ اطلاعات خروجی
ظرفیت باربری نهایی ناخالص
ظرفیت باربری نهایی خالص
ظرفیت باربری مجاز ناخالص
ظرفیت باربری مجاز خالص
فشار سربار در تراز زیر پی
ضریب باربری چسبندگی
ضریب باربری سربار
ضریب باربری وزن خاک
ضرایب شکل پی
ضریب و روش ایمنی
بار مجاز خطی یا کل پی
امکان کپی گزارش محاسبه
۱۳ مثال روند ورود اطلاعات
نمونه پی نواری
فرض کنید عرض پی ۱٫۵ متر و عمق استقرار آن ۱٫۲ متر است. مقادیر c، φ و وزن مخصوص خاک باید مستقیماً از گزارش ژئوتکنیک وارد شوند. سپس ضریب ایمنی و روش خالص یا ناخالص انتخاب می‌شود.
اعداد مثال فقط برای توضیح نحوه ورود هندسه هستند و نباید
به‌عنوان مشخصات عمومی یا استاندارد خاک استفاده شوند.
۱۴ فرض‌های محاسبه
- پی سطحی روی خاک نسبتاً همگن قرار دارد.
- سطح زیر پی و سطح زمین افقی فرض شده‌اند.
- بار قائم و مرکزی به پی وارد می‌شود.
- خروج از مرکزیت و لنگر در رابطه پایه منظور نشده‌اند.
- پارامترهای مقاومت خاک در محدوده گسیختگی نماینده شرایط واقعی هستند.
- اثر سطح آب از طریق وزن مخصوص مؤثر وارد می‌شود.
- لایه ضعیف یا قوی زیر پی به‌صورت مستقل مدل نشده است.
- ضرایب شیب بار، شیب زمین و عمق پیشرفته اعمال نمی‌شوند.
۱۵ کنترل‌های ضروری طراحی
- ظرفیت مجاز گزارش ژئوتکنیک را با نتیجه ابزار مقایسه کنید.
- نشست آنی، تحکیمی و تفاضلی را جداگانه کنترل کنید.
- اثر لایه‌بندی خاک و وجود لایه ضعیف در عمق را بررسی نمایید.
- سطح آب زیرزمینی و تغییرات فصلی آن را در نظر بگیرید.
- در بار خارج از مرکز، ابعاد مؤثر سطح تماس را اصلاح کنید.
- بارهای مایل، زلزله و اثر نیروهای افقی را جداگانه بررسی کنید.
- لغزش، واژگونی و بلندشدگی پی را کنترل نمایید.
- طراحی سازه‌ای پی شامل خمش، برش یک‌طرفه و پانچ جداگانه انجام شود.
- تنش زیر پی با ظرفیت مجاز کنترل‌کننده، یعنی کمینه ظرفیت برشی و ظرفیت ناشی از نشست، مقایسه شود.
- برای پی‌های مجاور، اثر تداخل نواحی تنش و نشست بررسی شود.
۱۶ موارد خارج از محدوده ابزار
- محاسبه نشست و زمان تحکیم
- پی روی خاک لایه‌ای یا خاک بهسازی‌شده
- پی نزدیک شیب، گود یا دیوار حائل
- بار مایل یا خارج از مرکز
- پی حلقوی، چندضلعی یا هندسه‌های نامنظم
- ظرفیت باربری لرزه‌ای
- کنترل روانگرایی
- طراحی سازه‌ای و آرماتورگذاری پی
- کنترل اندرکنش خاک و سازه
- جایگزینی گزارش ژئوتکنیک پروژه