автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Экспериментально-теоретическая оценка совместной работы гибких фундаментов с комбинированным основанием

Введение.

Глава 1. Обзор и анализ экспериментальных и теоретических исследований посвященных взаимодействию гибких фундаментов с грунтовым основанием. 1. Взаимодействие гибких фундаментов с грунтовым основанием.

1.2. Распределение реактивных давлений.

1.3. Влияние жесткости основания на деформации и внутренние усилия в фундаменте.

1.4. Нелинейный характер деформирования железобетона.

1.5. Методы расчета гибких фундаментов.

1.6. Анализ и постановка задачи собственных исследований.

Глава 2. Методика исследования напряженно-деформированного состояния системы «гибкий фундамент-основание».

2.1. Опыты с железобетонными балками в условиях пространственной деформации.

2.2. Опыты с балками в условиях пЛосШй деформации.

Проектирование и возведение фундаментов зданий и сооружений является одним из наиболее ответственных этапов любого объекта строительства. В связи с осуществляемым переходом на новые конструктивные схемы надземных конструкций, в особенности жилых зданий, выполняемых из монолитного железобетона, применение соответствующих типов более экономичных конструктивных решений фундаментов имеет особенное значение.

К таким фундаментам относятся гибкие ленточные фундаменты под колонны каркаса надземной части зданий, которые также выполняются из монолитного железобетона. Актуальность данного вопроса не вызывает сомнений, в особенности при строительстве зданий в сложных инженерно-геологических условиях, которые характерны, в частности, для грунтовых отложений города Пензы.

Несмотря на то, что гибкие фундаменты используются в строительстве уже более 80 лет, исследования их работы совместно с основанием позволяют получить новые решения, направленные на улучшение совместной работы основания и фундаментов зданий с учетом требований строительной практики и состояния научных исследований в настоящее время.

К таким исследованиям следует отнести, во-первых, особенности нелинейного деформирования грунта основания и материала фундаментов. Во-вторых, поведение гибких фундаментов необходимо исследовать совместно с деформациями основания, так как они влияют на изменение внутренних усилий в конструкции гибкого фундамента. Кроме того, при строительстве сооружений, в сложных инженерно-геологических условиях часто средняя осадка и неравномерность деформаций оказываются больше предельно допустимых, в особенности, когда толща слабых грунтов значительна.

В большинстве случаев, в настоящее время, при вычислении ширины раскрытия трещин совместность деформирования фундамента с основанием если и учитывается, то в предположении линейно-упругой работы материалов. В действительности же, как в основании, так и в железобетонных фундаментах имеют место упруго - пластические деформации, причем степень их развития различна для грунта и бетона.

Поэтому при расчете конструкции фундаментов и грунтовых оснований по предельным состояниям принимаются различные расчетные схемы.

Использование раздельных схем расчета при проектировании фундаментов и оснований объясняется значительной сложностью расчета их по предельным состояниям как единой системы, поскольку для адекватного описания взаимодействия фундамента и основания необходимо учитывать неупругие деформации железобетона и грунта, а также влияние надфундаментного строения.

Однако, несмотря на отмеченные сложности, в настоящее время имеются все предпосылки для того, чтобы рассчитывать фундаменты и основание как единое целое: разработаны физические уравнения железобетона, и грунта описывающие специфику их деформирования; имеются возможности широкого использования достаточно мощных персональных ЭВМ; достигнут высокий уровень развития численных методов, позволяющих решать более сложные задачи.

При строительстве сооружений, в сложных инженерно-геологических условиях часто средняя осадка и неравномерность деформаций оказываются больше предельно допустимых, в особенности, когда толща слабых грунтов значительна.

Уменьшить осадку и неравномерность деформаций можно, например, заменив часть слабого грунта в определенном объеме более прочным (крупным песком или гравийно-песчаной смесью). Это в результате приводит не только к уменьшению осадки, но и изменению характера распределения контактных напряжений и внутренних усилий в гибком фундаменте. Работа гибких фундаментов с искусственным изменением жесткости основания комбинированное основание) практически не изучена и является предметом исследования в настоящей работе.

Выводы и предложения

1. Экспериментально-теоретические исследования позволили выявить основные закономерности взаимодействия систем «гибкий фундамент-основание» и «гибкий фундамент-комбинированное основание», которые имеют не только количественное, но и качественное различие.

2. Введение локальных жестких зон из щебня в естественное основание приводит к изменению характера напряженно-деформированного состояния основания и самого фундамента.

3. Несущая способность основания, внутренние усилия в конструкции фундамента, деформация фундамента и основания, контактные напряжения зависят от места расположения жестких зон под его подошвой.

4. Введение жестких зон приводит к концентрации контактных напряжений в пределах контакта подошвы фундамента с жесткой зоной.

5. Введение жестких зон на краях фундамента приводит к увеличению несущей способности песчаного основания на 25-30% и снижению неравномерности деформаций конструкции на 80-90% по сравнению с однородным основанием.

6. Характер распределения контактных напряжений зависит от степени развития пластических деформаций в однородном и комбинированном песчаном основания. При образовании трещин в конструкции фундамента происходит уменьшение контактных напряжений и внутренних усилий.

7. При нагружении гибких фундаментов деформации сдвига зарождаются в местах приложения нагрузок. Развитие сдвиговых деформаций происходит как к оси симметрии фундамента, так и к свободной поверхности основания.

8. Развитие сдвиговых деформаций под гибкими фундаментами в однородном и комбинированном основании имеет подобный характер с различными количественными значениями.

9. Развитие пластических деформаций приводит к изменению изгибающих моментов.

10. По мере роста пластических деформаций фундамент меняет свою кривизну вследствие сдвига грунта из под его края.

11. При проектировании гибких фундаментов на слабом естественном основании целесообразно рассматривать варианты основания сооружений с введением зон повышенной жесткости, что приводит не только к уменьшению осадки и неравномерности деформаций, но и снижению стоимости фундамента.

141

1. Аринина Э.В. Исследование возможности применения гипотезы упругого полупространства к расчету плит на песчаном основании. Труды НИИ, том 216, 1970, с. 40-46.

2. Аринина Э.В. Исследование коэффициентов трения между контактной поверхностью фундаментов и песчаным основанием. -Экспериментально-теоретические исследования строительных конструкций, оснований и фундаментов. Новочеркасск, 1972, с.63-68.

3. Банков В.Н, Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. М.: Стойиздат, 1991, 767 с.

4. Бобрицкий Г.М. Экспериментальное исследование железобетонных прямоугольных плит на песчаном основании переменной жесткости. Исследования по основаниям, фундаментам и механике грунтов. Издательство Будивельник, Киев, 1969, с. 65-74.

5. Болдырев С.А. Методика определения напряженного состояния при устройстве набивных свай. -//Сб. Материалы Пензенской международной научно-практической конференции.Пенза, 1998.

6. Болдырев С.А. Особенности работы набивных свай с основанием. -//Сб. Материалы Пензенской международной научно-практической конференции.Пенза, 1998.

7. Болдырев Г.Г., Болдырев С.А., Хрянина О.В. Поведение грунта в процессе деформирования. -//Сб. Материалы международной научно-практической конференции. "ГЕОТЕХНИКА-99". Пенза, 1999, -с.32-35.

8. Болдырев Г.Г., Болдырев С.А., Хрянина О.В. Влияние граничных условий на характер деформации образцов грунта. -//Сб. Материалы международной научно-практической конференции. "ГЕОТЕХНИКА-99". Пенза, 1999-с.35-39.

9. Болдырев Г.Г., Болдырев С.А. Численный расчет фундаментной плиты 9-этажного жилого дома-//Сб. Материалы международной научно-практической конференции. "ГЕОТЕХНИКА-99". Пенза, 1999,-с39-41.

10. Болдырев С. А. Гибкие фундаменты на комбинированном основании-//Сб. Труды международно семинара по механике грунтов, фундамеитостроению и транспортным сооружениям. Пермь: ПГТУ, 2000,-с.67-69.

11. Болдырев С.А. Расчет гибкого ленточного фундамента при упругой и неупругой работе материала фуцдэменга и грунта основания. -//Сб. Материалы всероссийской XXXI научно-технической конференции. ч.2, Пенза, 2001-с.24-25.

12. Болдырев С.А. Деформации основания фундаментной плиты жилого дома.-//Сб. Материалы всероссийской XXXI научно-технической конференции. ч.2, Пенза, 2001,-с.26.

13. Болдырев Г.Г., Болдырев С.А. Деформация гибкого балочного фундамента на комбинированном основании. -//Сб. Труды международной научно-технической конференции. Современные проблемы фундаментостроения. Волгоград, ВолгГАСА, 2001,-с.20-22.

14. Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. -Харьков, 1968, 323 с.

15. Бугров А.К., Гребнев К.К. Численное решение физически нелинейных задач для грунтовых оснований. -Основания фундаменты и механика грунтов, 1977,№3. -с. 39-42.

16. Бугров А.К. Фундаменты основных зданий и сооружений атомных и тепловых электростанций. Учебное пособие. Ленинград, ЛГТУ, 1991. 88 С.

17. Высоковский В.П., Сытник А.С., Широков В.Н. Определение параметров упругости железобетонной плиты в зависимости от кривизн. -Сб. тр./ЧПИ, Челябинск, 1979,№225. Исследования по строительной механике и механике грунтов, с. 21 -28.

18. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. -М. .Высшая школа, 1978. --447 с,

19. Галашев Ю.В., Дыба В.П., А.Ю.Мурзенко. Экспериментальные исследования глубины сжимаемой толщи основания, нагруженного круглым штампом. НПИ, Новочеркаск, 1979, с. 128-134.

20. Гвоздев A.A. К вопросу о предельных условиях (условиях текучести) для ортотропных сред и для изгибаемых железобетонных плит. -В кн.: Строительная механика. М: Стройиздат, 1966. -с.208-212.

21. Гордон Л.А., Готлиф A.A. Статический расчет бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений. -М.: Энергоиздат, 1982, 240 с.

22. Горбунов-Пасадов М.И., Маликова Т.А., Соломин В.И. Расчет конструкций на упругом основании. Изд. 3-е. -М.: Стройиздат, 1984. -679с.

23. ГОСТ 12248-96 Грунты.Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемо с iи. М. 1996

24. ГОСТ 1011.180 78. Бетоны. Методы определения прочности на сжатие и растяжение. - Переизд. Октябрь, 1985 с изм. 1 - Взамен ГОСТ 101180 - 74; Введение 01.01.80. - Издательство стандартов, 1985.

25. ГОСТ 24452-80. Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона. М., 1981, с. 1-10.

26. ГОСТ 12004-81. Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение. М., 1982, с. 15.

27. Дыба В.П., Мурзенко А.Ю. Экспериментальное исследование условий моделирования плоской деформации песчаного основания НПИ

28. Экспериментально-теоретические исследования нелинейных задач в области оснований и фундаментов, Новочеркасск, 1979, с. 152-156.

29. Евдокимов П.Д. Методы регулирования контактных напряжений в основаниях сооружений. Труды координационных совещаний по гидротехнике, вып.III. Энергоиздат. Москва-Ленинград, 1962.

30. Егоров К.Е. К вопросу деформаций оснований конечной толщины. СБ.тр./НИИ оснований. -М.: Стройиздат, 1959, №34. Механика грунтов, с. 5-33.

31. Жемочкин Б.П., Синицин А.П. Практические методы расчета фундаментных балок и плит на упругом основании. -М.,Госстройиздат, 1962.

32. Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений. М,Высшая школа, 1991.

33. Карпенко Н.И. Теория деформирования железобетона с трещинами -М.: Стройиздат, 1976. -204 с.

34. Клепиков С.Н. Нелинейный расчет балок на податливом основании. -В кн.: Основания, фундаменты и механика грунтов. Материалы III Всесоюзного совещания. Киев: Будивельник, 1971. -с.243-246.

35. Клепиков С.Н., Белов В. П., Синявский Н. Н. Исследования на моделях работы неразрезных балок на упруго-вязких опорах. Исследования по основаниям, фундаментам и механике грунтов. Издательство Будивельник, Киев, 1969, с. 75-60.

36. Коренев Б.Г. Вопросы расчета балок и плит на упругом основании. -М.: Госстройиздат, 1954.-231 с.

37. Коренев Б.Г., Ругимский М.Н. Экспериментальные исследования работы моделей плит на упругом основании. В кн.: Вопросы расчета плит на упругом основании. М., ГСИ, 1958.

38. Кравцов В.И., Евдокимов П.Д. К вопросу о распределении нормальных напряжений грунтов в подошвах жестких фундаментов. Известия ВНИИГ, т.57. Энергоиздат. Москва-Ленинград, 1957.

39. Криворотов А.П. о распределении касательных напряжений в зоне формирования грунтового ядра. -Основания, фундаменты и механика грунтов, 1975,№1, с.28-31.

40. Крыжановский А.П., Чевикин A.C., Куликов О.В. Эффективность расчета оснований с учетом нелинейных деформационных свойств грунтов. -1975, №5,с.37-40.

41. Крылов С.М. Перераспределение усилий в статически неопределимых железобетонных конструкциях. -М.: Стройиздат,1964. -168с.

42. Крылов С.М., Карпенко Н.И., Ярин Л.И., Кукунаев B.C. Усилия и моменты, возникающие в плитах под влиянием нагрузок, нормальных к их поверхности /.— В кн.:Новое о прочности железобетона. М.: Стройиздат, 1977.-с. 186-197.

43. Куликов К.К. Влияние заглубления на процесс взаимодействия песчаного основания с жестким ленточным фундаментом. Экспериментально-теоретические исследования строительных конструкций, оснований и фундаментов. Новочеркасск, 1972, с.49-57.

44. Куликов К.К. Напряженно-деформированное состояние песчаного основания под моделями ленточных фундаментов. Труды Новочеркаского политехнического института. Том 238, 1971. с. 25-35.

45. Лазебник Г.Е. и др. О методике измерения напряжений в грунтах под фундаментами. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1966, №5.

46. Лазебник Г.Е., Смирнов A.A. Определение напряжений и деформаций под фундаментами в основаниях из различных грунтов. Исследования по основаниям, фундаментам и механике грунтов. Издательство Будивельник, Киев, 1969, с. 100-111.

47. Лазебник Г.Е. Местное уплотнение грунта с целью улучшения работы фундамента Материалы международной научно-практической конференции"ГЕОТЕХНИКА-99" Пенза, 1999

48. Ломизе Г.М., Крыжановский А.П., Петрянин В.Ф. Исследования закономерностей развития напряженно-деформируемого состоянияпесчаного основания при плоской деформации. -Основания, фундаменты и механика грунтов, 1972,№1, с.4-7.

49. Маликова Т.А. Влияние жесткости надфундаментного строения на работу фундаментной плиты. -Основания, фундаменты и механика грунтов, 1973,№6, с. 19-22.

50. Малышев М.В. Прочность грунтов и устойчивость оснований сооружений. -М.: Стройиздат. 1994

51. Мурашев В.И. Трещин остойкость, жесткость и прочность железобетона.—М. Машиностроение. 1950. 268 с.

52. Мурзенко Ю.Н. Условия моделирования напряженно-деформированного состояния сыпучей среды под жестим штампом Исследование оснований, фундаментов и гидротехнических сооружений т.216, Новочеркасск, 1970, с. 13-22.

53. Мурзенко Ю.Н., Аринина Э.В. Экспериментальные исследования процессов изменения полей плотности песчаного основания при повышении нагрузки ПНИ Основания и фундаменты. Межвузовский сборник, 1976, с. 13-22.

54. Ю.Н.Мурзенко, З.Я.Тарикулиев, Э.В.Аринина, В.В.Ревенко. Результаты и перспективы развития экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния оснований сооружений. НПИ, 1979, с. 121-128.

55. Немировский Н.М. Расчет плит на упругом основании с учетом жесткости конструкций и стадий предельного равновесия, Сб тр./МИСИ, М., 1956. №14 0.201-215

56. Пелипенко А.И. Метод расчета и оптимального проектирования железобетонных плит ленточных фундаментов. Челябинск, 1989, 17 с.

57. Политов С.И. О моделировании схемы разрушения железобетонного фундамента под колонну на песчаном основании. Исследование напряженно-деформированного состояния оснований и фундаментов, Межвузовский сборник с. 37-40.

58. Политов С.И., Мурзенко Ю.Н., Цесарский А.А. Экспериментальные исследования работы железобетонных фундаментных плит под сетку колонн. Труды НПИ, Новочеркаска, 1980, с. 73-81.

59. Пригоровский Н.И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжении. М. Машиностроение, 1983

60. Рабочий проект 5-ти этажного жилого дома по ул. Карпинского, г. Пенза, ПГАСА, шифр 01-99а.

61. Ревенко В.В., Мурзенко А.Ю., Лифанов В.В. Экспериментальные исследования распределения касательных напряжений в песчаном основании под круглым штампом —В кн. Исследования по механике грунтов, основаниям и фундаментам.—Элиста, 1978, с. 14—17.

62. Рекомендации по оптимальному проектированию железобетонных конструкций.-М.,НИИЖБ Госстроя СССР, 1981, 170с

63. Руководство по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения) Изд. 2-е -М.:Стройиздат, 1977 -320 с.

64. Руководство по проектированию плитных фундаментов каркасных зданий и сооружений башенного типа—М.:Стройиздат, 1984.—263с.

65. Руководство по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций.— М.:Стройиздат, 1975.—193 с.

66. Рыжков А.Ю. Метод расчета фундаментных плит монолитных многоэтажных зданий на неоднородном основании. Челябинск, 1996, 19 с.

67. Сердюков В.М. Фотограмметрия с инженерно-строительном деле. М, Недра, 1910.

68. Симвулиди И.А. Расчет инженерных конструкций на упругом основании. М., "Высшая школа", 1973. - 431 с.

69. СНиП 202.01-83 Строительные нормы и правила Основания зданий и сооружений.—М.: Стройиздат, 1985.—41 с.

70. СНиП 2.03.01-84. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции.—М.:Стройиздат, 1985 —79 с.

71. Соломин В.И., Шматков С.Б. Методы расчета и оптимальное проектирование железобетонных фундаментных конструкций. М.: Стройиздат, 1986 -208 с.

72. Сорочан Е.А. и др. Взаимодействие грунта и фундамента исследование и расчет. Труды X Международного конгресса по механике грунтов и ф у н д а м е нтостр оен и ю. Том 5, стр.259-262. Стокгольм. 1981 (на французском языке).

73. Справочник проектировщика, Основания, фундаменты и подземные сооружения.-М.: Стройиздат, 1985. -480 с.

74. Тарикулиев З.А. Экспериментальная проверка теории расчета гибкой фундамнгтной плиты на сжимаемом основании. Труды НПИ, том 204, 1974, с.34-39.

75. Флорин В.А. Основны механики грунтов, т. I, Госстройиздат, 1959.

76. Холмянский М.М. Бетон и железобетон: Деформативность и прочность. -М: Стойиздат, 1997. -576 с.

77. Цесарский A.A. Сравнительные испытания монолитных и сборных гибких фундаментов под колонны. Экспериментально-теоретическиеисследования строительных конструкций, оснований и фундаментов. Новочеркасск, 1972, с. 57-62.

78. Цесарский А.А. Условия моделирования совместной работы железобетонных фундаментов под колонны и песчаного основания Исследование оснований, фундаментов и гидротехнических сооружений т.216, Новочеркасск, 1970, с.23-29.

79. Цесарский А.А., Мурзенко Ю.Н. Экспериментальные исследования совместной работы железобетонных плит и песчаного основания. -Основания, фундаменты и механика грунтов, 1970, № 5.

80. Цытович Н.А. Механика грунтов. Изд. 4-е. М.:Госстройиздат, 1963.-636с.

81. Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс). Изд. 3-е. М.:Высшая школа, 1979.-272с.

82. Шпитюк Е.Н. Расчет фундаментных плит взаимодействующего с деформируемым основанием, Ростов/Дону, 1997,26 с

83. Штаерман И .Я. Контактная задача теории упругости. Гостехиздат, 1949. -192 с.

84. Bathe K.J. Finite element procedures in engineering analysis. Prentice-Hal. Englewood Cliffs. New Jersey, 1982.58 . Atkinson J.H., Bransby P.L. The mechanics of soils. An introduction to critical state soil mechanics. London, 1978.

85. Drucker D.C., Gibson R.E., Henkel D.J. Soil mechanics and work hardening theories of plasticity / Transactions, ASCE, Vol. 122, No. 2864,, 1957, 338-346.

86. Roscoe K.H., Arthur J.R.F., James R.G. The determination of strains in soils by an X-ray method. Civ. Eng. And Pub.Wks. Rev., V. 58, pp. 873-876 and 1009-1012.

87. Zienkiewicz О. C. The finite element method, 1977.

88. ANSYS, http//w.w.w.cadfem.ru.