In foundation engineering is het een veel voorkomende vereiste om de minimale inbeddingslengte te berekenen die nodig is voor een pool of stapel om de laterale belasting te weerstaan. Overweeg bijvoorbeeld een lichte pool die minimale verticale acties kan hebben, omdat het alleen zijn zelfgewicht ondersteunt, maar aanzienlijke zijwaartse acties als gevolg van wind en een grote cantilever. Zelfs als onze lichte pool oneindig sterk is, is er een risico dat laterale belasting falen kan veroorzaken in de ondersteunende grond, wat resulteert in onze lichtpool die omverwerping is. Als gevolg hiervan moeten we controleren of onze pool voldoende diep is ingebed voor de krachten en geologie in ons probleem.

De zijdelingse paalstabiliteit is voornamelijk afhankelijk van de volgende factoren:

• Paallengte (L)
• Diameter van stapel (D)
• Wat betreft de mechanische eigenschappen: (C')
• Bodem interne wrijvingshoek (AISI Amerikaans ijzer- en staalinstituut voor koudgevormde staalconstructies)
• kan op dezelfde manier worden uitgedrukt als de algemene draagvermogensvergelijking voor ondiepe funderingen voorgesteld door Terzaghi (c)
• Horizontale belasting bovenop stapel (H.)
• Moment bovenop stapel (M)

De stapel kan falen door lateraal laden op drie verschillende manieren. De faalwijzen zijn:

• Geotechnisch falen (treedt op voor een sterke stapel zonder voldoende inbedding)
• structurele afschuiffalen (onwaarschijnlijk, maar een stapel kan falen in afschuiving, Er wordt een afschuifkrachtdiagram verstrekt zodat afschuifkrachten kunnen worden beoordeeld)
• Structureel buigfalen (waarschijnlijker, Maar als een plastic scharnier in overweging wordt genomen met behulp van de BROMS -methode, kan dit goed zijn)

Voor de rest van deze blog zullen we ons vooral bezighouden met geotechnisch falen voor een stapel. We zullen ook de maximale afschuifkracht en het buigmoment op de stapel bepalen, zodat we dan kunnen controleren of de structurele capaciteit voldoende is.

Terwijl een laterale kracht op een stapel begint te werken, zal de passieve weerstand van een grond zich aan de basis van de stapel ontwikkelen. De manier waarop de passieve grondweerstand wordt berekend, is een van de belangrijkste verschillen tussen Broms en de Brinch Hansen -methode.

Als bovengrens kunnen we aannemen dat de hele passieve weerstand aan een enkele kant werkt. Als onze stapel deze krachten niet kan oplossen, is deze niet stabiel en zijn er geen verdere controles vereist. Een diagram voor de verschillende paalstabiliteitsmethoden, ervan uitgaande dat de passieve weerstand zich aan één kant van de stapel bevindt, wordt hieronder weergegeven.

Voor Brinch Hansen zijn de berekeningen een beetje ingewikkeld om met de hand te doen, maar voor broms die de vergelijkingen met de hand oplossen is meer mogelijk met de passieve aarddruk berekend uit de volgende formules.

Voor broms granular:

• P._z = 3 * D * c * z * K_p
• K_p = tan²(45 + Φ/2)

Voor Broms samenhangend:

• P._z = 9 * c_u * D (Waar de top 1.5 * D Diepte van de stapel heeft PZ = 0)

Nadat we de aarddruk langs de stapel hebben berekend, moeten we nu overwegen hoe de stapel zou kunnen roteren. Op een bepaalde diepte zal er een punt zijn waar de stapel rond roteert. Onder het rotatiepunt zou passieve drukken links van de stapel in dezelfde richting werken als de uitgeoefende kracht en boven het rotatiepunt, zou passieve drukken op de linker van de stapel in de tegenovergestelde richting van de uitgeoefende kracht werken. Dit rotatiepunt is een onbekend dat we moeten oplossen.

We kunnen het rotatiepunt oplossen met behulp van onze randvoorwaarden voor het probleem. We verwachten dat de stapel stabiel is, de som van al onze horizontale krachten zou moeten zijn 0. We verwachten ook dat de som van onze momenten ook is 0, In het geval van onze stapel zouden we verwachten 0 Momenten aan de onderkant van de stapel en een moment van M aan de bovenkant van de stapel.

De Brinch Hansen -methode omvat het samenvatten van de horizontale krachten 0 zodanig dat het schuifkrachtdiagram begint bij de horizontale belasting en eindigt op een 0 aan de onderkant van de stapel. Zodra we het rotatiepunt door deze methode hebben gevonden, kunnen we het buigmomentdiagram interpreteren om te zien wat het maximale moment de stapel kan in stand houden voor deze afschuifkracht.

Broms -methode is enigszins anders omdat de som van de buigmomenten wordt overwogen om het rotatiepunt te bepalen. Het schuifkrachtdiagram wordt vervolgens beoordeeld om te zien wat de maximale laterale belasting is die stapel kan ondersteunen.

Reductiefactoren zoals een veiligheidsfactor kunnen worden gebruikt om de passieve aarddruk te verminderen die worden beschouwd als op de stapel werken. Zodra de passieve druk is teruggebracht tot een toegestane hoeveelheid, kunnen berekeningen als normaal doorgaan.

Brinch Hansen -methode is goed wanneer kan worden aangenomen dat de stapel oneindig rigide is. Als plastic scharnieren moeten worden overwogen of berekeningen willen worden vergeleken met handberekeningen, is de BROMS -berekeningsmethode geschikter.

Afhankelijk van de foutmodus van de stapel kan verschillende aanpak geschikt zijn om een ​​palencapaciteit te vergroten.

Een benadering kan zijn om de diameter van de stapel te vergroten. Bijvoorbeeld voor een ronde holle stalen hekpaal is het gebruikelijk om het in een betonnen fundering in te bedden met een grotere diameter dan de pool. Dit helpt het hek stabiel te zijn tegen laterale belasting.

Een andere benadering is om de inbeddingslengte van de stapel te vergroten. Waar de stapel niet structureel faalt, verhoogt dit de hoeveelheid passieve aarddruk die op de stapel werkt en zal helpen de palenweerstand te vergroten.

Een moeilijkere methode is om de geotechnische materiaalsterkte te vergroten die vaak niet praktisch is. Dit kan betekenen dat gecontroleerde vulling rond een post of zelfs gestabiliseerde vulling wordt gebruikt indien nodig.

De skyciv laterale stapelcapaciteitscalculator heeft veel functies en mogelijkheden:

• Laterale ladingen en momenten: De calculator is verantwoordelijk voor de impact van laterale belastingen en momenten, het bieden van een nauwkeurige beoordeling van de stabiliteit van de stichting onder dergelijke voorwaarden.
• Ingebouwde optimizer: Automatisch optimaliseren voor de minimale lengte van een stapel of maximale horizontale belasting
• Methoden: Gebruik Broms of Brinch Hansen -methode en vergelijk de resultaten tussen beide berekeningen
• Meerdere grondlagen: Gebruik meerdere bodemlagen voor de Brinch Hansen -berekening
• Plastic scharnieren: Voor Broms -methode tonen het effect van plastic scharnieren op de belastingverdeling in de stapel

• ACI Strip voetontwerp
• ACI Spread Footing Design
• Rekenmachine met draagvermogen

• SkyCiv Foundation ontwerpsoftware
• Skyciv geïsoleerde voeten introductie

SkyCiv biedt een breed scala aan Cloud Structurele Analyse en Ontwerp Software voor ingenieurs. Als een voortdurend evoluerend technologiebedrijf, zijn we toegewijd aan het innoveren en uitdagen van bestaande workflows om ingenieurs tijd te besparen in hun werkprocessen en ontwerpen.