Особливості взаємодії водонасичених основ, що мають властивість повзучості з будинками і спорудами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури.

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук.

Спеціальність 05.23.02 - основи та фундаменти.

Особливості взаємодії водонасичених основ, що мають властивість повзучості, з будинками і спорудами

Шаповал Андрій Володимирович

Днепропетровск 2007

Загальна характеристика роботи

фундамент споруда плитний ґрунтовий

Актуальність теми. В зв'язку з переходом до ринкових відносин у загальному обсязі капітального будівництва значно знизилася кількість серійних будинків. Саме тому натурне випробування серійних будинків стало економічно недоцільним та значно збільшилась роль достовірності теоретичного прогнозу напружено-деформованого стану будинків, виконаних за індивідуальними проектами. Оскільки на напружено - деформований стан будівель і споруд суттєво впливають реологічні властивості їх основ, проблема сумісного розрахунку систем “основа - фундамент - споруда” з врахуванням фактору часу є досить актуальною.

В літературі є значна кількість робіт, в яких експериментально досліджено процес зміни (навіть до руйнування) напружено - деформованого стану (НДС) будинків та споруд внаслідок реологічних процесів, що протікають в основі.

З літературних джерел також відомо, що внаслідок розповсюдження високих технологій проблемою є прогноз напружено-деформованого стану системи “основа - фундамент - споруда” з врахуванням фактору часу. Ця проблема має місце при визначенні часу планової центрівки валопроводів турбоагрегатів електростанцій великої потужності, часу поточного коректування положення шляхів радіальних кранів реакторних відділень АЕС, часу рихтування положення фундаментів, де змонтовано прецизійне верстатне обладнання (наприклад таке як металообробні центри, промислові роботи, тощо).

При цьому викладені в нормативній літературі методи розрахунку фундаментів по другій групі граничних станів базуються на використанні моделі основи у вигляді пружного ізотропного середовища, яке принципово не може бути використано щодо прогнозування розвитку деформацій основи фундаментів в часі, а отже, і щодо прогнозу зміни в часі напружено-деформованого стану над фундаментної будівлі.

Викладене дозволяє зробити висновок щодо того, що проблема прогнозу напружено-деформованого стану системи “основа - фундамент - споруда” з врахуванням реологічних властивостей ґрунту є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано у відповідності до науково-дослідницької тематики кафедри “Основи та фундаменти” Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за темами “Розробка нових методів розрахунку основ та ефективних конструкцій фундаментів в регіональних умовах Середнього Придніпров'я” (номер держрегістрації 0103U003113) за тематичним планом Міністерства освіти та науки України та “Удосконалення методів розрахунку основ та фундаментів на слабких водонасичених і просадкових ґрунтах (номер держрегістрації 0106U002025).

Мета та задачі досліджень. Метою роботи є розробка методики спільного розрахунку напружено - деформованого стану системи “водонасичена основа - фундамент - споруда” з врахуванням повзучості ґрунтового скелету.

Для досягнення цієї мети було розв'язано такі задачі:

- проведені експериментальні дослідження поведінки системи “основа - фундамент - споруда” на водонасиченій ґрунтовій основі, скелет якої має властивості повзучості;

- виконано аналіз результатів спостережень за поведінкою будинків та споруд, які збудовано на водонасиченій ґрунтовій основі;

- розроблені теоретичні положення методики розрахунку системи “основа - фундамент - споруда” на водонасиченій ґрунтовій основі (в тому числі з врахуванням повзучості ґрунту) на інтервалі часу ;

- розроблені практичні рекомендації та пакети прикладних програм, призначених для розрахунку НДС системи “основа - фундамент - споруда” на водонасиченій ґрунтовій основі з врахуванням його реологічних властивостей на інтервалі часу .

Об'єкт досліджень - система “водонасичена ґрунтова основа, що має властивість повзучості - фундамент (або фундаменти) - надфундаментна конструкція”.

Предмет досліджень - зміна у часі напружено - деформованого стану системи “водонасичена ґрунтова основа, що має властивість повзучості - фундамент (або фундаменти) - надфундаментна конструкція”.

Методи дослідження:

- стандартні лабораторні методи визначення властивостей ґрунтів;

- стандартні методи визначення деформацій фундаментів;

- лабораторні методи визначення реологічних властивостей ґрунтів;

- методи визначення напружено - деформованого стану надфундаментної будівлі на основі рішень теорії пружності;

- аналітичні та чисельні методи розв'язання модельних задач;

- чисельні методи визначення напружено - деформованого стану системи “водонасичена ґрунтова основа, що має властивість повзучості - фундамент (або фундаменти) - надфундаментна конструкція”.

Наукова новизна отриманих результатів:

- отримані експериментальні дані щодо зміни в часі напружено - деформованого стану системи “водонасичена ґрунтова основа, що має властивість повзучості - фундаменти - надфундаментна конструкція”;

- в межах моделі пружного лінійного ізотропного середовища досліджено закономірності формування осадкової вирви при дії на фундамент з прямокутною формою підошви вертикального, горизонтального та моментного навантажень;

- в межах моделей водо - та неводонасиченої основи, ґрунтовий скелет якої має властивість повзучості, отримано функції впливу для граничних чотирикутних елементів матриці піддатливості;

- такі самі результати отримано для граничного елементу трикутної форми та граничного елементу у вигляді невірного чотирикутника;

- в загальному вигляді в межах теорій взаємопов'язаної фільтраційної консолідації, спадкової повзучості та старіння отримано системи канонічних рівнянь методу переміщень, які дозволяють визначати напружено-деформований стан системи “водонасичена ґрунтова основа - фундамент - споруда” з врахуванням повзучості ґрунтового скелету основи;

- ці результати узагальнено на випадки моделей ґрунтової основи у вигляді водонасиченого пружного ізотропного середовища, Винклера - Фусса та Пастернака;

- для опису процесу фільтраційної консолідації в межах моделей Винклера - Фусса та Пастернака запропоновано використовувати ядра рівнянь Вольтерра другого роду, які параметрично залежать від координат точки, в якій визначається осідання центру -го граничного елементу та координат, конфігурації та розмірів -го граничного елементу, а також величини та характеру зміни в часі діючого на нього навантаження;

- розглянуто методи розв'язання отриманих нами систем рівнянь з використанням операційного методу (точніше однобічного перетворення Лапласа в часі), чисельних методів та метода ітерації;

- встановлено, що отримані в межах теорій спадкової повзучості (точне розв'язання) та старіння (наближене розв'язання) результати розрахунку НДС системи “водонасичена основа - фундамент - споруда” з постійним в часі зовнішнім навантаженням різняться не більш ніж на 1%;

- розроблено методику розрахунку напружено-деформованого стану системи “водонасичена основа - фундамент - споруда” з врахуванням повзучості ґрунтового скелету, текстурних властивостей ґрунтової товщі (її неоднорідності в плані та по глибині) на інтервалі часу .

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено практичні рекомендації щодо розрахунку напружено-деформованого стану системи “водонасичена основа - фундамент - споруда” з врахуванням повзучості ґрунтового скелету, текстурних властивостей ґрунтової товщі (її неоднорідності в плані та по глибині) на інтервалі часу .

Запропоновані автором методика та пакет прикладних програм були використані для розрахунку середніх осідань реакторних відділень Запорізької АЕС, напружено-деформованого стану фундаментів та конструкцій 27-ми поверхового будинку по вул. Челюскіна 10 в м. Дніпропетровську та 17-ти поверхового будинку по вул. Гагаріна 2 в м. Запоріжжі. Крім цього, розроблений здобувачем пакет прикладних програм було прийнято до використання Науково-дослідним інститутом автоматизованих систем в будівництві (НДІАБ).

Загальний економічний ефект від впровадження розробленого алгоритму в практику проектування склав 131 тис. грн.

Особистий внесок здобувача. Викладені у дисертації постановка проблеми, формулювання мети та визначення задач експериментальних і теоретичних досліджень, наукові розробки та практичні результати їхній аналіз та висновки отримані здобувачем особисто. У статтях, опублікованих у співавторстві, здобувачеві належать такі результати:

- постановка проблеми та чисельна реалізація алгоритму визначення контактних напружень [1];

- постановка проблеми, доказ теореми, аналіз результатів досліджень та висновки [2];

- постановка проблеми та чисельна реалізація алгоритму побудови асимптотичних розкладень [4];

- чисельна реалізація алгоритму визначення НДС ґрунтової основи, аналіз результатів досліджень та висновки [5];

- постановка проблеми, чисельна реалізація алгоритму визначення вирви осідання, аналіз результатів досліджень та висновки [6];

- постановка проблеми, визначення коефіцієнтів апроксимації залежності “осідання -час” [7];

- постановка проблеми, побудова системи канонічних рівнянь методу переміщень, аналіз результатів досліджень та висновки [8];

- постановка проблеми, її розв'язання, аналіз результатів досліджень та висновки [10].

Апробація результатів дисертації. Загальні положення праці доповідалися на:

Науково - технічній конференції “Стародубовские чтения” (Дніпропетровськ, 1998 р.).

Науково - технічному семінарі “Армування ґрунту при будівництві, реконструкції, захисту будівель та споруд” (Вінниця, 2001 р.).

Українсько-Казахському геотехнічному семінарі “Геотехнические и сейсмические проблемы строительства и реконструкции городов” (Ялта, 2006 р.).

Науково - технічному семінарі “Армування основ при будiвництвi та реконструкцiї будiвель та споруд” (Вінниця, 2007 р.).

Науково - технічних семінарах ПДАБтаА (2002 - 2007 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 10 друкованих робот у наукових журналах та збірниках наукових праць, з них 7 у фахових виданнях ВАК України. Дві роботи опубліковано без співавторів.

Структура та обсяг дисертації. В основу дисертаційної роботи покладено результати досліджень, проведених автором під керівництвом д.т.н, професора В.Б. Швеця в період 2004-2007 рр.

Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку літератури з 145 найменувань і 3 додатків. Робота викладена на 210 сторінках. Вона містить 126 сторінок основного тексту, 14 сторінок використаних джерел, 39 повних сторінки з рисунками та таблицями і додатки на 31 сторінці.

Основний зміст

У вступі сформульовані актуальність, мета, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, зазначено особистий внесок здобувача, апробація роботи, а також представлена загальна характеристика роботи.

В першому розділі представлено аналітичний огляд робіт, присвячених методам розрахунку напружено - деформованого стану системи “водонасичена основа - фундамент - споруда”, методам визначення напружено - деформованого стану ґрунтових основ, реологічним процесам (точніше, фільтраційній консолідації і повзучості ґрунтового скелету) які протікають у них, моделям і розрахунковим схемам ґрунтових основ, що використовуються при розрахунку їх деформацій. Крім того, були проаналізовані особливості розрахунку конструкцій на ґрунтовій основі з використанням програмних комплексів “Ліра”, “Мономах” та ін.

Внаслідок аналітичного огляду робіт М. Ю. Абелева, І. П. Бойко, С. С. Вялова, Н. М. Герсеванова, А. С. Городецького, М. Н. Гольдштейна, М. І. Горбунова - Посадова, Б. І. Далматова, К. Є. Єгорова, Б. Н. Жемочкина, Ю. К. Зарецького, Н. Л. Зоценко, Г. М. Клейна, С. Крауча, С. М. Клепікова, І. Я. Лучковського, А. А. Мустафаева, О. О. Петракова, З. Г. Тер - Мартиросяна, К. Терцаги, А.С. Тре губа, Г. І. Чорного, В. А. Флорина, М. А. Цитовича, В.Г. Шаповала, В.Б. Швеця, А. В. Школи, Л. Шукле та інших дослідників було зроблено такі основні висновки:

- проблема спільного розрахунку будинків і споруд, зведених на водонасиченій ґрунтовій основі, що має властивість повзучості, є досить актуальною;

-проблема розрахунку над фундаментної будівлі на ґрунтовій основі Винклера -

Фусса і Пастернака в пружній постановці вирішена досить повно;

-цілком відсутні методики розрахунку й обчислювальні комплекси, що дозволяють враховувати вплив реологічних властивостей основи на напружено - деформований стан системи “основа - фундамент - споруда”

- розв'язання проблеми визначення напружено - деформованого стану системи “основа - фундамент - споруда” при врахуванні реологічних властивостей основи доцільно виконувати з використанням вже існуючих програмних комплексів, у яких досить повно вирішена проблема розрахунку надфундаментної конструкції.

В цілому був зроблений висновок, що проблема розрахунку напружено - деформованого стану системи “основа - фундамент - споруда” при врахуванні реологічних властивостей основи досліджена недостатньо повно як в експериментальному, так і в теоретичному плані і має потребу в розв'язанні.

У розділі також сформульовано мету та задачі досліджень.

У другому розділі викладено методики проведення і результати випробувань рамної конструкції на ґрунтовій основі, а також результати визначення деформаційних і реологічних властивостей основи.

Розділ має таку структуру. У першій його частині представлено методики і результати випробувань ґрунтових зразків з метою визначення їх деформаційних і реологічних властивостей, а також опис інженерно - геологічних умов майданчиків, де розташовано об'єкти, за якими виконувалися спостереження.

В другій частині розділу представлено опис рамної конструкції, що використовувалася при проведенні натурних випробувань, та фрагменти її креслень.

Далі викладено методики та результати випробувань. Було зроблено такі висновки:

- фактичні та розраховані за методикою роздільного розрахунку середні осідання фундаментів рамної конструкції значно різняться;

- розраховані за методикою спільного розрахунку середні осідання фундаментів рамної конструкції для стабілізованого стану досить близькі до їх експериментальних значень;

- в процесі прояву реологічних властивостей основи (тобто фільтраційної консолідації і повзучості ґрунту) у рамній конструкції відбувається перерозподіл зусиль.

У третьому розділі представлено результати теоретичних досліджень, спрямованих на розробку методики розрахунку напружено - деформованого стану системи “основа - фундамент - споруда” при врахуванні реологічних властивостей основи. Розділ має таку структуру.

У його першій частині виявлено особливості формування осадової вирви в залежності від діючого на окремий фундамент навантаження (вертикального, горизонтального і моментного). Був зроблений висновок про те, що при розрахунку напружено - деформованого стану системи “основа - фундамент - споруда” у безрозпірних спорудах і спорудах, де розпір гаситься за рахунок внутрішніх зусиль або відсічі з боку основи, досить враховувати тільки вертикальні навантаження на фундаменти.

Крім того, у першій частині розділу представлено матеріали визначення функцій впливу чотирикутних (у тому числі прямокутних) і трикутних граничних елементів, розташованих на водонасиченій основі, що має властивість повзучості.

Тут - функція впливу; - ядро повзучості грунтового скелету; - модуль зсуву основи; - час; - параметр, що має розмірність часу (); Ск - коефіцієнт консолідації основи при компресії; х та у - координати; - коефіцієнти зміщених поліномів Чебишева першого роду; та - коефіцієнти апроксимації фундаментального рішення задачі щодо зосередженої сили, яка прикладена до верхньої границі водонасиченого полупростору (отримане В. Б. Швецем).

В другій частині розділу викладено матеріали досліджень, спрямованих на отримання канонічних рівнянь методу переміщень, що дозволяють визначити напружено - деформований стан системи "основа, що має властивість повзучості - фундамент - споруда". При виводі рівнянь систему було розбито на два суперелементи - надфундаментну будівлю з фундаментами і основу. При цьому супервузлами були загальні вузли цих двох суперелементів.

При складанні систем рівнянь слід врахувати переміщення споруди (тобто першого суперелементу) як єдиного цілого. В цьому випадку переміщення точки фундаменту з координатами (х,у) в момент часу t дорівнюватиме , де - середнє осідання споруди, а - її похили в напрямку координатних вісей.

Тут та - матриці, в яких всі елементи окрім розташованих на останніх трьох строках є діагональними. Рівняння (5) адекватне твердженню про те, що основа Вінклера - Фусса не має розподільних властивостей.

Спочатку вони були виведені для основи, яка не має реологічних властивостей (тобто пружної), після чого у відповідності з сформульованим Ю. М. Работновим принципом Вольтерра пружні константи основи в рівняннях були замінені на інтегральні оператори по перемінній . При цьому передбачалося, що переміщення супервузлів і зовнішнє навантаження є функціями часу.

Подальші дослідження було спрямовано на визначення коефіцієнтів та інтегральних операторів , які входять до систем рівнянь (3) та (5). Задачу досліджень було сформульовано так. Деяку область денної поверхні водонасиченої основи розбито на n граничних елементів із площею . В межах кожного з них діє розподілене навантаження , яке змінюється в часі. Осідання центру і -ого граничного елементу змінюється в часі за законом . Треба визначити невідомі навантаження і далі - елементи матриць та інтегральні оператори . Було встановлено, що в даному випадку сформульована в такий спосіб задача зводиться до розв'язання допоміжної системи інтегральних рівнянь виду (при її виведенні було використано рівняння (2) та принцип суперпозиції):

Для розв'язання систем рівнянь було запропоновано використовувати такі методи:

- операційний (точніше метод однобічного перетворення Лапласа), цей метод може бути використаний у тому випадку, коли для опису повзучості ґрунтового скелету застосовуються ядра від'ємного типу;

-чисельні методи;

- метод Гауса (системи (6) та (7));

- процес ітерації.

Четверту частину розділу присвячено чисельному експерименту. У ході експерименту вирішувалися такі задачі:

- демонстрація і реалізація алгоритмів складання канонічних рівнянь (3) методу переміщень і їх розв'язання;

- порівняння результатів розрахунку НДС конструкцій на ґрунтовій основі в межах моделей основи Пастернака, Вінклера - Фуса і пружного ізотропного середовища при врахуванні їх реологічних властивостей (тобто фільтраційній консолідації і повзучості ґрунтового скелету);

- порівняння результатів, отриманих у межах теорій спадкової повзучості і старіння.

Було зроблено такі висновки:

- отримані по схемах роздільного і спільного розрахунку зусилля в надфундаментній конструкції й осадки фундаментів мають істотні розходження;

- у процесі повзучості і фільтраційної консолідації основи відбувається трансформація напружено-деформованого стану надфундаментної конструкції;

- внаслідок прояву реологічних властивостей основи зусилля в надфундаментній конструкції можуть перевищувати їх значення, розраховані для стабілізованого стану.

У цілому зроблено висновок про те, що запропоновані алгоритми розрахунку напружено-деформованого стану конструкцій на ґрунтовій основі цілком можуть бути використані для розв'язання практичних задач. При цьому використання теорії старіння для опису процесів повзучості і фільтраційної консолідації дозволяє одержати досить точні результати.

У четвертому розділі викладено:

- основні положення запропонованої методики розрахунку конструкцій на ґрунтовій основі при врахуванні її реологічних властивостей;

- опис і керівництво користувача розробленого додатку до програми "Ліра";

- перевірка виконаних з використанням розробленого додатку до програми "Ліра" результатів розрахунку НДС конструкцій на ґрунтовій основі на адекватність експерименту;

- матеріали впровадження виконаних нами досліджень у практику.

Суть запропонованої методики розрахунку конструкцій на ґрунтовій основі, що має реологічні властивості, полягає в складанні канонічних рівнянь виду (3)...(8) і їхньому розв'язанні.

Якщо основа має шарувату текстуру, замість фактичних деформаційних і реологічних характеристик основи слід використовувати їхні приведені значення.

Ці значення визначаються так:

1. Коефіцієнт Пуасона та модуль пружності (або модуль загальної деформації) -за формулами

та .

2. Коефіцієнт консолідації - за формулою

.

3. Ядро повзучості ґрунтового скелету - за формулою

.

Тут n - кількість ґрунтових шарів у межах стисненої товщі; - середнє значення площі епюри додаткового тиску в межах і-того елементарного шару товщиною , яке розраховане відповідно до рекомендацій СНиП 2.02.01 - 83*; .та - відповідно модуль загальної деформації (або пружності) і коефіцієнт Пуасона i - того елементарного шару; - коефіцієнт консолідації i - того елементарного шару; - ядро повзучості i- того елементарного шару.

Під час перевірки розроблених методик на адекватність експериментові порівнювалися розрахункові і фактичні осадки фундаментів рами, зусилля в її стійках, вузлові моменти і перерізуючі сили, у вузлах. За критерії, за яким визначалася відповідність розрахункових величин зусиль і переміщень експериментальним, були використані середнє квадратичне відхилення і максимальна абсолютна похибка між розрахунковими і фактичними величинами.

Тут - значення розрахункової характеристики (тобто осадки фундаменту, осьового зусилля в його стійках та ін.) у момент часу , - те саме, експериментальної.

Графічні залежності "осідання фундаментів - час", "зусилля в стійках - час" та ін. представлені на рисунках 3, …,6. Їх аналіз дозволив зробити такі висновки:

- середня квадратична похибка між фактичними і розрахунковими величинами деформацій і зусиль не перевищує 14.1%;

- абсолютна похибка між фактичними і розрахунковими величинами деформацій і зусиль не перевищує 25%;

- у процесі повзучості і фільтраційної консолідації основи відбувається трансформація напружено - деформованого стану конструкції на ґрунтовій основі;

- зусилля в деяких елементах конструкції, розраховані з використанням запропонованої нами методики, перевищують їх значення, які було розраховано в межах моделі основи, що не володіє реологічними властивостями.

Далі було виконано розрахунок реакторних відділень РВ1,…,РВ6 Запорізької АЕС на основі, що має реологічні властивості (таблиця 1). Було зроблено висновок про задовільну відповідність розрахункових і фактичних осідань РВ.

Таблиця 1. Фактичні та розрахункові середні осідання РВ

№ РВ	1	2	3	4	5	6
Sср, мм	191…203	166…174	179…187	130…137	93…97	91…98
Sср, мм	196	169,5	182,0	132,0	95,0	91,5

Примітка. 1. В таблиці 1 прийнято такі позначення: Sср - фактичне середнє осідання РВ; S*ср - те саме, розрахункове. 2. Розходження значень фактичних середніх осідань реакторних відділень на сучасний момент часу обумовлено розходженням методик їх визначення.

Висновки

1. Проблема спільного розрахунку конструкцій на ґрунтовій основі є досить актуальною. При цьому питання впливу реологічних властивостей ґрунту на трансформацію напружено - деформованого стану надфундаментної будівлі в часі практично не досліджене. Не досить повно досліджено також питання впливу жорсткістних властивостей надфундаментної будівлі і фундаментів на закономірності розвитку в часі деформацій основи.

2. Під час виконання експериментальних досліджень напружено - деформованого стану двопрогінної рамної конструкції було встановлено наступне:

- у процесі прояву реологічних процесів у ґрунтовій основі відбувається збільшення середніх осідань фундаментів і збільшення відносної різниці середніх осідань;

осьові зусилля в крайніх стійках рами відразу після прикладання вертикального навантаження менше їхніх значень у стабілізованому стані на 5...35% (при цьому, чим менше величина прикладеного до рами вертикального навантаження, тим більше розходження);

осьове зусилля в середній стійці рами відразу після прикладання вертикального навантаження більше його значення у стабілізованому стані на 5...35% (при цьому, чим менше величина прикладеного до рами вертикального навантаження, тим більше розходження);

така сама картина має місце для перерізуючих сил і згинальних моментів.

У цілому був зроблений висновок про те, що прийнята в даний час методика розрахунку конструкцій для стабілізованого стану призводить до заниження зусиль у деяких їхніх елементах для часу, меншого часу стабілізації процесів фільтраційної консолідації і повзучості ґрунтового скелету.

3. Запропоновано загальний підхід до вирішення проблеми спільного розрахунку конструкцій на грунтовій основі, що має реологічні властивості методом переміщень. Його головна відмінність від класичного методу переміщень полягає в тім, що невідомі (тобто переміщення вузлів) і вільні члени системи канонічних рівнянь у даному випадку є функціями часу, а елементи матриці жорсткості - інтегральними операторами Вольтерра (якщо враховується післядія) або явно залежать від часу (якщо післядія не враховується).

4. Досліджено питання розв'язання отриманої системи канонічних рівнянь операційним методом (точніше методом однобічного перетворення Лапласа), чисельними методами і з використанням процесу ітерації. Виявлено умови збіжності процесу ітерації.

5. Теоретично досліджена проблема взаємного впливу граничних елементів на горизонтальні і вертикальні переміщення границі пружного півпростору. Функції впливу визначалися шляхом інтегрування відомих фундаментальних рішень задач Буссинеска і Черутті по площі граничного елементу. Розглянуто випадки прикладених до елементів вертикального, моментного і горизонтального навантажень. Зроблено висновок про те, що при спільному розрахунку конструкцій на ґрунтовій основі в першому приближенні досить враховувати лише вертикальні компоненти діючих на граничні елементи навантажень.

6. В межах моделі водонасиченої пружної основи отримано функції впливу трикутного і чотирикутного довільної форми (у тому числі прямокутного) граничних елементів. Запропоновано форму запису функцій впливу (тобто залежності між діючим на граничний елемент навантаженням, осіданням деякої точки основи і часом) у вигляді рівнянь Вольтерра другого роду, ядра яких параметрично залежать від коефіцієнта консолідації основи, форми і розмірів граничного елемента, координат його центра і координат крапки, в якій визначається осідання. Ці результати узагальнені на випадок водонасиченої основи, грунтовий скелет якої має властивість повзучості.

7. Запропоновано методику спільного розрахунку конструкцій на грунтовій основі, що має реологічні властивості.

8. Доведено, що якщо прикладене до споруди зовнішнє навантаження не змінюється в часі, то отримані в межах моделей водонасиченого спадково - повзучого ізотропного середовища і теорії старіння результати рішення задачі про визначення напружено - деформованого стану конструкції на ґрунтовій основі за інших рівних умов відрізняються не більш, ніж на 5%.

9. У ході перевірки результатів розрахунку напружено - деформованого стану конструкції на грунтовій основі, що має реологічні властивості на адекватність експериментові, було встановлено, що фактичні і розрахункові зусилля і переміщення в елементах конструкції відрізняються не більше ніж на 25%. При цьому якісні картини процесу цілком збігаються. Аналогічний висновок було зроблено у ході співставлення розрахункових і фактичних середніх осідань реакторних відділень Запорізької АЕС.

10. Алгоритмічною мовою "Фортран" розроблено додаток до програми "Ліра", що дозволяє виконувати спільний розрахунок конструкцій на ґрунтовій основі з врахуванням реологічних властивостей (тобто фільтраційній консолідації і повзучості ґрунтового скелету) ґрунту і просторової роботи основи, його фундаментів і надфундаментної конструкції. При цьому є можливість розглядати окремі, стрічкові, плитні фундаменти і їх комбінації.

11. Запропоновані методики розрахунку конструкцій на ґрунтовій основі і додаток до програми "Ліра" були використані для розрахунку напружено - деформованого стану реальних об'єктів (17 - ти і 25 - ти поверхових будинків). Сумарний економічний ефект від впровадження розробки склав 131 тисячу гривень.

12. У даному дослідженні вдалося охопити лише частину проблеми спільного розрахунку будинків на основі, що має реологічні властивості. На наш погляд, перспективними є дослідження напружено - деформованого стану конструкцій у процесі їх зведення, конструкцій, розташованих поблизу укосів і схилів, конструкцій на ґрунтовому шарі кінцевої товщини.

На завершення необхідно відзначити, що стосовно до рішення практичних задач проектування виконані нами дослідження дозволили зробити висновок про те, що якщо неможливо виконати врахування реологічних властивостей ґрунту, то при визначенні напружено - деформованого стану конструкцій, крім загальноприйнятого варіанту розрахунку (тобто розрахунку з врахуванням фактичних деформаційних властивостей основи), треба виконати додатковий розрахунок у припущенні про нескінченну твердість основи. При цьому геометричні розміри елементів конструкцій і їх армування слід підбирати по найбільш невигідному сполученню зусиль, що були встановлени у ході цих двох варіантів розрахунку.

Список друкованих робіт по темі дисертації

1. Шаповал В.Г., Нажа П.Н., Капустин В.В., Шаповал А.В., Титякова Е.С., Шокарев В.С. К вопросу сходимости процесса итерации С.Н. Клепикова при расчете напряженно-деформированного состояния систем “основание-фундамент-сооружение” при обратно - симметричной вертикальной нагрузке// Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-технічний збірник. - Вип. 64.-К.: НДІБК, 2006.-С. 746-753.

2. Шаповал В.Г., Нажа П.Н., Капустин В.В., Шаповал А.В., Титякова Е.С., Шокарев В.С. К вопросу сходимости процесса итерации С.Н. Клепикова при расчете напряженно-деформированного состояния систем “основание-фундамент-сооружение” при симметричной вертикальной нагрузке// Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-технічний збірник. - Вип. 65.-К.: НДІБК, 2006.-С. 297-304.

3. Шаповал А.В. Алгоритм расчета напряженно-деформированного состояния обладающих свойством ползучести водонасыщенных грунтовых оснований методом граничных элементов// Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-технічний збірник. - Вип. 65.-К.: НДІБК, 2006.-С. 305-310.

4. Шаповал В.Г., Шаповал А.В., Титякова Е.С. Алгоритм построения разложений в асимптотические ряды при нахождении обратного преобразования Лапласа в задачах тепломассопереноса и фильтрационной консолидации.// Світ геотехніки. № 4. 2005. -С. 12-16.

5. Чорний Г.І., Ковальський Р.К., Шаповал А.В. Особливості визначення напружено-деформованого стану армованих ґрунтових основ з використанням методу кінцевих елементів// Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-технічний збірник. - Вип. 55.-К.: НДІБК, 2001.-С. 159-172.

6. Шаповал А.В., Титякова Е.С. Закономерности уплотнения грунтовых оснований фундаментов с прямоугольной формой подошвы// Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури: Зб. наук. праць. - Вип. 9. -Д.: ПДАБА, 2005. -С. 57-64.

7. Шаповал В.Г, Бабич Ф.И., Капустин В.В., Шаповал А.В., Андреев В.С. Закономерности развития во времени кренов фундаментов с прямоугольной формой подошвы на грунтовом водонасыщенном основании. Зб. наук. праць. Будiвельнi конструкцii.- Вип.61.- Київ: НДIБК, 2004. - С. 193-200.

8. Шаповал А.В., Шаповал В.Г., Шокарев В.С. Алгоритм расчета напряженно-деформированного состояния конструкций на обладающем свойством ползучести водонасыщенном грунтовом основании. Зб. наук. праць. Будiвельнi конструкцii.- Вип.66.- Київ: НДIБК, 2007. - С. 42-50.

9. Шаповал А.В. Экспериментальные исследования напряженно - деформированного состояния рамной конструкции на грунтовом основании..// Світ геотехніки. № 1. 2007. -С. 26-30.

10. Шаповал В.Г,, Шаповал А.В., Капустин В.В. Метод граничных элементов в задачах водонасыщенных грунтовых оснований, обладающих свойством ползучести. //Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. Акад. В. Лазаряна. - Вип.14.- Дніпропетровськ: вид ДНУЗТ, 2007. - С. 220-224.

Размещено на Allbest.ru

...