Распределение напряжений по подошве фундамента (изобары, распоры, сдвиги)
Напряжения, возникающие по подошве фундамента, являются силами взаимодействия между сооружением и его основанием. С одной стороны их можно рассматривать как нагрузку, передающуюся от сооружения на основание, и тогда закон изменения этой нагрузки имеет существенное значение для расчета напряжений и деформаций в основании. С другой стороны их рассматривают как реактивные силы, представляющие собой воздействие основания на сооружение. В этом случае закон распределения реактивных сил имеет большое практическое значение при расчете фундаментов по прочности и деформациям. В связи с этим важно оценить, как жесткость фундамента сказывается на распределении контактных давлений и давлений в массиве грунта.
Если фундамент абсолютно жесткий, то все точки его площади подошвы будут иметь при центральной нагрузке одну и ту же вертикальную деформацию.
Характер эпюры контактных давлений для жестких круглого и полосового штампов будет иметь вид, приведенный на схеме.
Концентрация напряжений у краев штампа в целом мало
мало влияет на полную осад ку, так как в массиве грунта
распространяется лишь на небольшую глубину от подош-
вы штампа. На схеме пунктиром показана эпюра с учетом
реальных свойств грунта (ползучесть скелета, изменение
Рxy модуля деформации с глубиной.
При практических расчетах допускается пренебрегать
концентрацией напряжений у краев штампа и выполнять расчет на основе формул центрального и внецентренного сжатия. Вид эпюр контактных давлений при центральном и внецентренном загружении жесткого штампа:
N N
Y
Pmin
P Pmax
Действующие по подошве штампа давления определяются по формулам:
; 
± 
, где
А, Iх – площади и момент инерции площади подошвы штампа.
При определении эпюры контактного давления штампа необходимо учитывать его изгибную деформцию. В зависимости от жесткости распределительной конструкции контактное давление может иметь очертание от седлообразного до параболического.
Для гибких фундаментных балок гибкость учитывается по формуле:  , где Ео– модуль деформируемости грунта основания; Е – модуль деформируемости балки; h1и l – высота и полудлина балки. |
Г=5
Г=0
Г=1
Помимо гибкости на форму эпюры контактных давлений влияют глубина заложения штампа, величина внешней нагрузки, обуславливающей развитие пластических деформаций в грунте, а следовательно, и от прочностных свойств грунта.
Изобары – это линии равных напряжений. К ним относятся изобары – лини равных 
, распоры – линии равных 
и сдвиги – линии равных τ.
| 0,9p 0,3p 0,2p |
р p
2b b b 2b b 2b
| 0,3p 0,2p 0,1p |
0,5p
0000 b
1,5b
b
p
0,2p b 1,5b
b
| 2b |
Анализ этих эпюр позволяет сделать выводы:
1. Грунт, расположенный внутри области, ограниченной изобарой 0,1Р практически обеспечивает восприятие внешней нагрузки. Эта область рассматривается как основание сооружения, т.е. можно считать, что основание ограничено глубиной до 6 b.
2. Напряженно-деформируемое состояние грунта имеет место за пределами прикладываемой нагрузки.
3. Области предельных состояний формируются под угловыми точками прикладываемой нагрузки, поскольку в этих точках касательные напряжения достигают предельных значений.
| Изобары в грунте под абсолютно жесткие фундаменты. Концентрация давления у краев жестких фундаментов сказывается на распределении напряжений в массиве грунта лишь на небольшую глубину от подошвы, и общая «луковица» лишь незначительно изменяется. Общая осадка фундаментов мало зависит от их жесткости. |
0,6
0,55
0,50
0,4