WYKŁAD 2,3

Charakterystyka fundamentów pod maszyny: Wymagania: 1.fundament musi być odpowiednio sztywny i wytrzymały(wymiary, mat.konstrukcyjne, kl.betonu,stal); 2.powinien być tak zaprojektowany i wykonany aby amplitudy drgań wzbudzonych(działań sił dynamicznych-maszyn) były dostatecznie małe:(*ze względu na eksploatacje maszyny-producent; *wpływ na ludzi(szkoły,szpitale); *sąsiednie urządzenia i konstrukcje budowlane); 3.powinien mieć wystarczającą powierzchnię podstawy aby naciski na grunt mieściły się w warunkach granicznych(normowych) oraz aby osiadania były nieznaczne i równomierne; Podział fundamentów:1)fundamenty blokowe;2)fund.skrzyniowe(maszyny udarowe);3)fund.ramowe: -ramy portalowe(można wyodrębnić słup i płytę); -ramy ściany(fund.ścianowe);4)konstukcje wsporcze np.wielokondygnacyjne ramy,podesty,5)Stropy obciążone maszynami; Rodzaje maszyn: a). maszyny o działaniu nieudarowym(*obrotowe np. silniki,wentylatory,turbogeneratory;*posuwisto zwrotne); b). maszyny o działaniu udarowym(młoty i prasy mechanicznym); Ponadto maszyny dzieli się na: -w zależności od obrotów (mało-,średnio-, szybko obrotowe); - w zależności od znaczenia gospodarczego; Fundamenty blokowe: 1)charakteryzują się znaczną sztywnością-pozwala na pominięcie w obliczeniach dynamicznych odkształceń samej konstrukcji i traktowanie fund.jako sztywnej bryły opartej na podłożu grunt.(sprężystym)-model fund.blokowego. 2)wymiary i wysokość fund.blokowych określa się na podstawie wymagań technologicznych,gabarytów maszyn i warunków gruntowych. ZAŁOŻENIA DO OBLICZEŃ FUNDAMENTU: 1) Techniczna charakterystyka maszyny (nazwa, typ, moc, liczba obrotów lub uderzeń, masa części wirujących) 2) Rysunki dyspozycyjne fundamentu z zaznaczeniem wartości i miejsc przyłożenia obciążeń statycznych i dynamicznych (otwory na przymocowanie) 3)Rysunki fundamentów, kanałów i obiektów przylegających do fundamentów. 4)Inne wymagania dotyczące sztywności i odkształcalności dotyczących fundamentu(technologiczne). Założenia technologiczne powinny być uzupełnione: a) danymi geotechnicznymi ; b)danymi o budynku, w którym maszyna ma być ustawiona ; c)danymi o wrażliwości na drgania otoczenia maszyny (ludzi, budynki, obiekty) ; d)innymi danymi. DYNAMICZNA CHARAKTERYSTYKA MASZYN: Maszyny można podzielić na dwie grupy: 1)Maszyny o ustalonym ruchu okresowo-zmiennym (maszyny o działaniu nieudarowym (obrotowe, korbowe, tłokowe); 2) Maszyny o nieustalonym ruchu zmiennym nieregularnym (głównie maszyny udarowe). PODZIAŁ MASZYN W ZALEŻNOŚCI OD: a)prędkości ruchu (prędkości obrotowej): 1)mała- n_m do 500 ; 2)średnia- n_m powyżej 500 do 1500; 3)duża- n_m powyżej 1500 do 5000; 4)bardzo duża- n_m powyżej 5000 b)kategorie dynamiczności: 1)małe I ; 2)średnie II ; 3)duże III ; 4)bardzo duże IV c)funkcja gospodarcza: 1)małe IV ; 2)średnie III ; 3)duże II ; 4)bardzo duże I. OBCIĄŻENIA MASZYNAMI: ZASADY WYZNACZANIA OBCIĄŻEŃ DYNAMICZNYCH: Rozróżnia się 2 grupy obciążeń: 1) Stałe: ciężar własny fund.; ciężar gruntu(spoczywającego na fund); ciężar maszyn i pomocniczych urządzeń na fundamencie. 2)Zmienne- siły wyrażające dynamiczne działanie maszyny (np. części wirujące lub spadające, moment zwarcia, nierównomierne nagrzanie i inne). OBCIĄŻENIE DYNAMICZNE OBLICZENIOWE (P_d) P_d = P_d^′ • γ_f • ν • α_z • γ_n P_d^′-charakterystyczna wartość siły wzbudzającej; γ_f-wsp. obciążenia; ν-wsp. dynamiczny; α_z-wsp. zmęczenia materiału; γ_n-wsp. konsekwencji zniszczenia maszyny. Charakterystyczne obciążenie dynamiczne (siły wzbudzające) dla wybranych maszyn : 1)Maszyny obrotowe (silniki elektryczne, pompy odśrodkowe, wentylatory, klimatyzatory) a)do 500 obr/min- P_d’=0,1G_w [kN]; b)500 do 750 obr/min- P_d’=0,15G_w [kN]; c)powyżej 750 obr/min- P_d’=0,2G_w [kN]; G_w-ciężar części wirujących. 2) turbogeneratory: P_d = 0, 2G_w [kN] Silniki i generatory elektryczne – MOMENT ZWARCIA: M_z=9,55(W/n_m)k ; W-nominalna moc maszyny; n_m-liczba obr/min; k-wsp. dla maszyn: (asynchronicznych k=5; dla synchronicznych k=8, prądu stałego k=10; turbogeneratorów k=15) Fundamenty blokowe: 1)stanowiące pełny blok 2)stanowiące skrzynię (pod maszyny udarowe) RYS.(skrzynia) KSZTAŁTOWANIE FUNDAMENTU BLOKOWEGO: 1)górna część-wg rys. dyspozycyjnego 2) głębokość posadowienia-wg rys dyspozycyjnych, wartości obciążeń dynamicznych, głębokości posadowienia sąsiednich fundamentów, warunków geotechnicznych, głębokości zaleganie nośnych warstw 3) kształt podstawy w rzucie poziomym-powinien być projektowany jako prostokąt tak, żeby środek ciężkości całego układu(ciężar fundamentu, maszyny, urządzeń i instalacji oraz gruntu) leżał na linii pionowej przechodzącej przez środek ciężkości podstawy fundamentu (pełne wycentrowanie) . W przypadku sąsiedztwa istniejących fundamentów (uniemożliwiających pełne wycentrowanie)dopuszcza się mimośród nieprzekraczający 3% długości boku podstawy w kierunku przesunięcia (mimośrodu) 4) Odstępy śrub fundamentowych od krawędzi fundamentu-powinny wynosić co najmniej 100mm dla śrub≤M36 i 150mm dla śrub większych 5)materiały konstrukcyjne-BETON min B25,STAL A0 i AI oraz AII i AIII pod warunkiem sprawdzenia zarysowania. Zbrojenie układane gęsto i małe średnice prętów.

WYKŁAD 4

Dynamiczne współczynniki podłoża: Znajomość dynamicznych współczynników podłoża gruntowego jest niezbędna do zaprojektowania fundamentu. Wielkościami charakterystycznymi gruntu są przede wszystkim dynamiczne współczynniki podłoża: C_z – współczynnik sprężystego równomiernego ugięcia gruntu przy pionowym równomiernym nacisku. $C_{z} = C_{a}\left\lbrack 1 - 2(a + b)/(*F)\ \right\rbrack*\sqrt{p/20}\ \left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack$; Cᵩ – współczynnik sprężystego nierównomiernego ugięcia gruntu (przy działaniu momentu wywołującego obrót fundamentu względem jednej z głównych osi poziomych) $C_{\varphi} = C_{o}\left\lbrack 1 - 2(a + 3b)/(*F)\ \right\rbrack*\sqrt{p/20}\ \left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack;\ $C_x – współczynnik sprężystego równomiernego przesuwu (przy równomiernym poziomym naprężeniu) $C_{x} = 0,7*C_{z}\ \left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack;\ $C_ψ – współczynnik sprężystego nierównomiernego przesuwu (przy działaniu momentu wywołującego obrót fundamentu względem osi pionowej) $C_{\psi} = 1,1*C_{z}\ \left\lbrack \frac{\text{kN}}{m^{3}} \right\rbrack\ $gdzie: *C₀ – wartość współczynnika podłoża wg. normy lub (skryptu tabela 4.1.) *p – statyczny nacisk fundamentu na grunt od obciążeń charakterystycznych (ciężar własny fundamentu, maszyn, urządzeń dodatkowych, gruntu) [kN/m²] *Δ – współczynnik korekcyjny Δ=1m^-1 *F=ab – pole podstawy fundamentu [m²]; a – wymiar boku podstawy w kierunku drgań [m] b – wymiar boku podstawy prostopadły do kierunku drgań [m] Uwaga: Dla fundamentów pod młoty oraz precyzyjne obrabiarki (należące do I kategorii dynamicznej) wartości otrzymane z podanych wzorów należy zwiększyć x3.Dynamiczne sztywności podłoża gruntowego: Do obliczenia częstotliwości drgań własnych i amplitud drgań wymuszonych fundamentu na sprężystym podłożu gruntowym, niezbędna jest znajomość dynamicznych sztywności podłoża gruntowego. Wzory normowe: *ugięcie pionowe podstawy fundamentu (przy równomiernym nacisku) $\text{\ \ }K_{z} = C_{z}*F\ \left\lbrack \frac{\text{kN}}{m} \right\rbrack$; *obrót podstawy fundamentu względem osi poziomej prostopadłej do płaszczyzny drgań (przy nierównomiernym nacisku pionowym) $K_{\varphi}^{\text{xz}} = C_{\varphi}^{\text{xz}}*J_{Y}\ \left\lbrack \frac{\text{kN}}{m} \right\rbrack\ \ ;\ \ K_{\varphi}^{\text{yz}} = C_{\varphi}^{\text{yz}}*J_{x}\ \left\lbrack kN*m \right\rbrack$ *przesuw poziomy fundamentu w kierunku osi x lub y (równomierny) $K_{x} = K_{y} = C_{x}*F\ \left\lbrack \frac{\text{kN}}{m} \right\rbrack\ $*obrót podstawy fundamentu względem osi pionowej (przy nierównomiernym nacisku) K_ψ = C_ψ * J_z [kN*m]  gdzie: *Jz=Jx+Jy – biegunowy moment bezwładności podstawy fundamentu *Jx, Jy – momenty bezwładności podstawy fundamentu względem osi x i y przechodzących przez środek ciężkości Stan graniczny podłoża gruntowego: Nacisk jednostkowy na grunt przekazywany od fundamentu pod maszyny należy sprawdzać zgodnie z wymaganiami w normach: PN-81/B-03020; EC7; PN-80/B-03040 według wzorów: q_rs ≤ m_m * m * q_f  ;   q_r, max ≤ 1, 2 * m_m * m * q_f gdzie: *q_rs – średni nacisk na podłoże gruntowe wywołany obciążeniem obliczeniowym; *q_r,max – największe obliczeniowe jednostkowe naciski na podłoże gruntowe; *m_m – współczynnik warunku pracy maszyny (uwzględniający charakter i rodzaj obciążenia) według normy lub skryptu (tabela 4.3); *m – współczynnik korekcyjny według normy gruntowej; q_f – obliczeniowy opór jednostkowy podłoża pod fundamentem według normy gruntowej; Tłumienie drgań w gruncie: Przy obliczeniach dynamicznych fundamentów znajdujących się w warunkach rezonansu lub zbliżonych do stanu rezonansu (strefa rezonansowa +/- 20% - n=n_m lub a=a_m) należy uwzględnić wpływ tłumienia drgań przez podłoże gruntowe. W warunkach pracy poza strefa rezonansu nie uwzględnia się tłumienia gruntu. Współczynnik tłumienia drgań w gruncie γ można określić następująco: γ = Φ * ω gdzie: *Φ – współczynnik charakteryzujący właściwości tłumiące gruntu dla drgań pionowych (dla poziomych przyjmujemy jak dla pionowych ale ze współczynnikiem zmniejszającym 0,25) *ω – częstotliwość kątowa drgań wymuszonych fundamentu [rad/s]; dla maszyn nieudarowych jest to częstotliwość kątowa drgań wzbudzających maszyny a dla młotów (maszyny udarowe) częstotliwość pionowych drgań własnych fundamentu. Rozchodzenie się drgań w gruncie: Na wskutek sił wzbudzających (dynamicznych) maszyny przekazywanych na fundament a następnie na podłoże gruntowe – powstają w gruncie (ośrodku sprężystym) drgania które mogą rozchodzić się nawet na znaczne odległości. Amplituda: $r = a\_ 0*\rho\ ;\ \rho = \lbrack\sqrt{(r\_ 0/r)} - 0,4(r\_ 0/r - (r\_ 0\hat{}2)/r\_ 2\ )\rbrack\ \ ;\ a\_ r\ \ \lbrack m\rbrack\ \ \ ;a\_ 0\ \ \lbrack m\rbrack\ \ ;r\_ 0 = \sqrt{(F/\pi)}\ \ \lbrack m\rbrack\ \ ;F - p.\ podst.\ \ $Zakres obliczeń projektowanych bloków fundamentowych pod maszyny obrotowe (nie udarowe) obliczenie masy układu drgającego (fundamentu i maszyny), położenie jego środka ciężkości, oraz sprawdzenie warunków centrowania układu *obliczenie nacisku statycznego maszyn i fundamentu na grunt, oraz sprawdzenie warunków posadowienia. Określenie cech sprężystych (dynamicznych) gruntu; *obliczenie częstotliwości drgań własnych bloku fundamentowego oraz sprawdzenie występowania stanów rezonansowych *obliczenie wartości amplitud drgań wymuszonych fundamentu oraz porównanie je z wartościami dopuszczalnymi; *obliczenie poszczególnych elementów fundamentu według stanu granicznego nośności (SGN), lub przyjęcie konstrukcyjnego zbrojenia fundamentu (między innymi z uwagi na skurcz) *obliczenie zakotwienia w fundamencie Uwaga: Zaleca się aby tak projektować fundament pod maszynę aby częstotliwości drgań własnych fundamentu różniły się od częstotliwości siły wzbudzającej maszyny o co najmniej 20-30% (strefy poza rezonansowe)

WYKŁAD 5,6

Zasady wyznaczania dopuszczalnych amplitud drgań (stan graniczny drgań): ustala się ze względu na: a). Użytkowanie (eksploatację) maszyny; b). Zakłócenia powodowane w otoczeniu maszyny (np. ludzi, inne urządzenia, konstrukcje); c). Wpływ na obiekty budowlane (konstrukcje).

Stany graniczne połączeń: W projektowaniu połączeń należy sprawdzać: 1). Nośność kotwi (zakotwienia) na rozciąganie (wyrwanie),

2). Nośność betonu (podlewki) na docisk podstawy lub części osadzonej w fundamencie, 3). Nośność części podstawy i ich połączeń (dotyczy słupów, wieży, kominów), 4). Nośność ze względu na opór tarcia podstawy po powierzchni fundamentu (w przypadku, gdy siłę poprzeczną przenosi się przez tarcie, np. przesuw); Rodzaje kotw i zakotwień: a). Fajkowe – przenoszące siły podłużne (wyrywające) przez przyczepność do betonu długości ,,l_a”, b). Płytkowe – przenoszące siły podłużne przez docisk płytki do betonu, c). Z belkami kotwiącymi – przenoszącymi siły podłużne przez docisk belki do betonu,d). Rozporowe – przenoszące siły przez tarcie i docisk do betonu, np. hilti, e). Wklejane – przenoszące siły przez przyczepność kleju i docisk do betonu Zalecenia konstrukcyjne dotyczące zbrojenia fundamentów blokowych pod maszyny nieudarowe: 1) *gdy siła wzbudzająca P_d≤0,5kN, *objętość bloku fund. V_b≤20m³, *stosunek długości do wysokości (l_f/h_f ≤ 4, 0  zbroi się konstrukcyjnie). Pręty ϕ8 ÷ 12mm rozmieszcza się co 15 ÷ 20cm. Zbrojenie to układa się wokół wycięć i otworów oraz w miejscach osłabionych. 2) gdy P_d>0, 5kN i V_b≤20m³ *Zbrojenie jak w punkcie 1 oraz dodatkowo siatki ϕ12 ÷ 16mm/20 ÷ 30cm układa się w płaszczyznach wiechu i spodu fundamentu 3) gdy P_d>0, 5kN i V_b>20m³ zbrojenie jak w p. 2 oraz dodatkowo zbroi się wszystkie pozostałe pow. bloku siatkami ϕ10 ÷ 16mm/30 ÷ 40cm. Również należy stosować przestrzenne zbrojenie ϕ10 ÷ 16mm co 60 ÷ 80cm 4) gdy P_d>0, 5kN o dużych objętościach V_b np. urządzenia walcownicze w hutach zbroi się konstrukcyjnie (jeżeli obl. w miejscach osłabionych nie wymagają większego zbrojenia) siatkami o oczkach 20 ÷ 25cm w płaszczyźnie wierzchu i spodu fundamentu p. 2 a średnica zależnie od długości fundamentu l_f ≤ 20 −  ⌀16; l_f > 20 − ⌀20 5) fundamenty jak w p. 4 ale wydłużone w rzucie tj. gdy l_f/h_f ≥ 2, 0 – miejsca narażone na uderzenie oraz silne nagrzanie (temp. t ≥ 100^oC) powinny być zbrojone dodatkowo ϕ12 ÷ 12mm/10x10cm (3 lub 4 warstwy siatek) 6) zbrojenie pod obrabiarki do metalu, gdy ciężar maszyny przekracza G_w ≥ 120kN oraz występuje obciążenie dynamiczne – zbrojenie spodu i wierzchu fundamentu wykonuje się na podstawie obliczeń - jak w p. 3 7) Zbrojenie fundamentu o kształcie nieregularnym (występy i wcięcia) oraz wydłużonych (l_f/h_f≥5) lub szerokich (b_f/h_f≥5) oraz posadowionych na nierównomiernie zagęszczonych gruncie – powinny być wykonane na podstawie obliczeń

WYKŁAD 8,9,10

Blok podkowadłowy żelbetowy: Zalecenie konstrukcyjne: 1). kowadło umieszcza się na podkładach sprężystych(z drewna, gumy transportowej);

2). podkładki podkowadłowe – zabezpieczone przed wilgocią, olejami, smarami;3). blok podkowadłowy umieszcza się w ż. skrzyni osłaniającej wibroizolator;4). blok podkowadłowy wykonanie →beton wibrowany kl. C20/25 lub C/25/30 (skrzynia C15/20 lub C20/25);5). Zbrojenie:

a) część górna – min. 3 warstwy siatki z prętów ⌀12 − 16 o oczkach 100x100 mm;b) zbrojenie dolnej płaszczyzny – zbrojenie na podstawie obliczeń – min. 1 warstwa siatki z p. ⌀16 − 20 /150x200;c) ścianka wnęki na kowadło, górna płaszczyzna, powierzchnie zewnętrzne, część bloku otaczająca wnękę na kowadło – zbrojenie:⌀12 − ⌀16/200x200 ;d) zbrojenie przestrzenne -:⌀12 − ⌀16 w rozstawie co 60 cm – układane w 3 kierunkach;

e) zbrojenie ukośne – stosuje się wyjątkowo. Zastosowanie: - przejęcie naprężenia wywołanego rozciąganiem w przypadku niemożności zwiększenie bloku fundamentowego. 6). Betonowanie bloku powinno odbywać się bez przerw roboczych i z zastosowaniem wibrowania;7). Grubość bloku żelbetowego pod kowadło zależy od masy części spadającej h_k = 1 ÷ 3 (Q₀ > 10 Mg ). Zakres obliczeń projektowych fundamentu pod młoty – posadowionych bezpośrednio na gruncie:a). sprawdzenie nacisku statycznego na grunt;b). sprawdzenie położenia środka ciężkości układu w stosunku do środka ciężkości podstawy fundamentu (wycentrowani) – środki ciężkości powinny znajdować się na osi bijaka c). sprawdzanie amplitud drgań wymuszonych;d). sprawdzanie nacisku na podkładkę podkowadlową;e). sprawdzanie naprężeń od obciążeń wielokrotnie zmiennych;

f). obliczanie zbrojenia w dolnej płycie, bocznych ścianach i bloku pod kowadłem;g). sprawdzanie wpływu drgań na otoczenie.

Fundamenty blokowe pod młoty na wibroizolacji: Zakres obliczeń: a). Ustalenie dopuszczalnych amplitud drgań bloku oraz skrzyni osłaniającej, z uwzględnieniem wpływu na otoczenie;b). Ustalenie sztywności i nośności dla uzyskania wymaganej częstotliwości;c). określenie potrzebnej masy bloku;d). dobór wibroizolacji;e). sprawdzenie częstotliwości drgań własnych, amplitud wymuszonych i wsp. Tłumienia wibroizolacji;f). ustalenie wymiarów skrzyni osłaniającej;g). sprawdzenie amplitud drgań skrzyni osłaniającej;h). ustalenie zbrojenia bloku podkowadłowego i skrzyni (zgodnie z PN); Wibroizolację projektuje się wg. ogólnych zasad PN i literatury a wymagane tłumienie zapewnia się przez zastosowanie dodatkowych klocków gumowych, tłumików z lepka cieczą, resorów piórowych itp.FUNDAMENTY RAMOWE: Stosuje się głównie pod turbogeneratory (w elektrowniach) oraz turbosprężarki (szybko obrotowe). Wysokość ich może dochodzić do 20 m. Materiały konstrukcyjne:1) beton co najmniej klasy C20/25 lub C25/30; 2) stal zbrojeniowa powszechnego użytku;Konstrukcja ramy: 1) żelbetowe monolityczne, rzadziej prefabrykowane; 2) spotyka się również stalowe lub mieszane (z wyjątkiem płyty dolnej);Wymiary i kształt: a) górna część - muszą być dostosowane do maszyny lub zespołu maszyn; b) dolna część – projektuje się ze względu na warunki geotechniczne(posadowienie) – pełna płyta, ruszt, itp; Wycentrowanie – wypadkowa wszystkich obciążeń zewnętrznych konstrukcji i ciężarów powinna przechodzić przez środek podstawy płyty dolnej; Wymagania konstrukcyjne: 1) dolna część fundamentu w postaci płyty (min grubości 60 cm) posadowienie bezpośrednio na gruncie, na palach, skrzynia pusta lub wypełniona; 2) zbrojenie - określa się na podstawie obliczeń stanu granicznego nośności lub konstrukcyjnie (ze względu na minimalny stopień zbrojenia oraz przeciwskurczowe); 3) płyta górna - składa się zwykle z belek poprzecznych i podłużnych ze wspornikami; - kształt tych belek wynika ze względów technologicznych; - zbrojenie belek projektuje się na ogólnych zasadach (stosuje się strzemiona zamknięte); - stosuje się zbrojenie bocznych powierzchni z uwagi na nierównomierne nagrzanie, skręcanie i działania sił poziomych dynamicznych; 4) słupy - zbrojenie należy projektować o symetrycznym układzie prętów - ściany należy zbroić dwustronnie - otwory i wycięcia o wymiarze powyżej 20 cm powinny być zbrojone prętami przeciwskurczowymi. Stalowe fundamenty ramowe – zwykle wykonuje się słupy, górną płytę, obliczenia i wymagania konstrukcyjne obejmują nośność elementów, węzłów, połączenia itp.