Равномерно распределенная нагрузка

При равномерно распределенной нагрузке интегрируют вышеприведенные выражения при P_y = P = const. В этом случае главными направлениями, т.е. направлениями, в которых действуют наибольшие и наименьшие нормальные напряжения, будут направления, расположенные по биссектрисе "углов видимости" и им перпендикулярные (рис.3.16). Углом видимости a называют угол, образованный прямыми, соединяющими рассматриваемую точку М с краями полосной нагрузки.

Значения главных напряжений получим из выражений (3.27), полагая в них b=0:

. (3.30)

Эти формулы часто используют при оценке напряженного состояния (особенно предельного) в основаниях сооружений.

На величинах главных напряжений как полуосях можно построить эллипсы напряжений, наглядно характеризующие напряженное состояние грунта под равномерно распределенной нагрузкой, приложенной по полосе. Распределение (расположение) эллипсов напряжений при действии местной равномерно распределенной нагрузки в условиях плоской задачи показано на рис.3.17.

Рис.3.17. Эллипсы напряжений при действии равномерно распределенной нагрузки в условиях плоской задачи

По формулам (3.28) можно определить s_z, s_y и t_yz во всех точках сечения, перпендикулярного продольной оси нагрузки. Если соединить точки с одинаковыми значениями каждой из этих величин, то получим линии равных напряжений. На рис.3.18 изображены линии одинаковых вертикальных напряжений s_z, называемые изобарами, горизонтальных напряжений s_y, называемые распорами, и касательных напряжений t_zx, называемые сдвигами.

Эти кривые были построены Д.Е.Польшиным методами теории упругости для нагрузки, равномерно распределенной по полосе шириной b, бесконечно простирающейся в направлении, перпендикулярном чертежу. Кривые показывают, что влияние сжимающих напряжений s_z интенсивностью 0,1 внешней нагрузки Р сказывается на глубине около 6b, тогда как горизонтальные напряжения s_y и касательные t распространяются при той же интенсивности 0,1Р на значительно меньшую глубину (1,5 - 2,0)b. Аналогичные очертания будут иметь криволинейные поверхности равных напряжений для случая пространственной задачи.

Рис.3.18. Линии равных напряжений в линейно деформируемом массиве:

а – для s_z (изобары); б – для s_y (распор); в – для t (сдвига)

Влияние ширины загруженной полосы сказывается на глубине распространения напряжений. Например, для фундамента шириной 1 м, передающего на основание нагрузку интенсивностью Р, напряжение 0,1Р будет на глубине 6 м от подошвы, а для фундамента шириной 2 м, при той же интенсивности нагрузки, – на глубине 12 м (рис.3.19). При наличии в подстилающих слоях более слабых грунтов это может существенно повлиять на деформацию сооружения.