автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Исследование взаимодействия грунтового основания и ленточных фундаментов и оптимизация проектных решений

5 Ой

I т да

На правах рукописи

СКИБШ1 Геннадий Михайлович

Исследование взаимодействия грунтового основания и ленточных фундаментов и оптимизация проектных решений

Специальности:

05.23.17 - Строительная механика 05.23.02 - Основания и фундаменты.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов -на- Дону 1998

Работа выполнена на кафедре «Системы автоматизированного проектирования объектов строительства и фундаментостроение» Новочеркасского государственного технического университета.

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники

Российской Федерации, академик МАН ВШ, доктор технических наук, профессор Мурзенко Юлиан Никлаевич

Научный консультант; кандидат технических наук, доцент

Дыба Владимир Петрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ананьев Игорь Всеволодович

кандидат технических наук, доцент Абуханов Абдурахман Залимханович

Ведущая организация: АО «СевкавНИПИагропром»

Защита состоится « 29 » сентября _1998 г на заседании диссертационного совета Д.063.64.01 Ростовского государственного строительного университета по адресу: 344022 Ростов -на- Дону, ул. Социалистическая, 162, ауд. 232.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета

Автореферат разослан « » _ь 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета^ ;;

доц., к.т.н. сПГ^Й ^ \ Г.В. Несветаев

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

В общих затратах труда на возведете зданий и сооружений существенная доля приходится на устройство фундаментов, стоимость фундаментов составляет до 15 % общей стоимости строительства, на их устройство расходуется до 25% трудовых затрат и до 40% времени. Значительное место в фундаментостроении, особенно при возведении гражданских зданий, занимают ленточные фундаменты под стены. В связи с этим вопросы внедрение новых конструкций, экспериментальное и теоретическое изучение работы оснований ленточных фундаментов, разработка эффективных методов их расчета представляют большой практический интерес.

В экспериментальных исследованиях по изучению напряженно - деформированного состояния (НДС) оснований, проведенных до настоящего времени, крайне мало работ, посвященных изучению распределения компонент тензора напряжений и тензора деформаций в глубине массива основания. Следовательно экспериментальное определение указанных данных, которые могут бьтгь использованы в проектной и научно - исследовательской работе, является актуальной задачей.

Определению несущей способности фундаментов посвящены работы многих авторов Л.Прандтлъ, М.И. Горбунов-Посадов, К. Терцаги, М.В. Малышев, В.Г. Бе-резанцев и др.. Существует ряд методик, которые можно разделить на две группы: аналитические и численные. В последнее время в связи с появлением новых быстродействующих компьютеров развитие и совершенствование численных методов получило мощный толчок, поэтому актуальность аналитических решений и оценка достоверности результатов, полученных численными методами, неоспорима. С точки зрения оценки решений наибольший интерес представляют методы по определению верхней оценки несущей способности оснований, поскольку большинство из существующих аналитических решений по определению несущей способности оснований можно отнести к нижним оценкам. На основе изложенного, разработка и внедрение аналитического метода определения верхней оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов является актуальной задачей.

Все большую долю в современном строительстве (особенно в гражданском) занимает строительство малоэтажных зданий - коттеджи, магазины, офисы, склады и т.д... Это, как правило, здания с несущими стенами, нагрузка от которых не велика. Конструкциями, передающими эту нагрузку на основание, служат ленточные фундаменты. Однако, для указанных выше зданий, применение существующих в настоящее время сборных подушек ленточных фундаментов неэффективно вследствие большого запаса прочности и трудоемкости монтажа. Разработка легких, экономичных конструкций этих элементов представляет практический интерес.

Диссертационная работа выполнена в русле научного направления Новочеркасского государственного технического университета «Компьютерная оптимиза-

хщя, ресурсосберегающие расчеты и управление состоянием строительных конструкций и оснований зданий и сооружений.» ( председатель совета проф., д.т.н. Мурзенко Ю.Н.).

Цель и задачи работы.

Целью диссертационной работы является развитие методов проектирования ленточных фундаментов зданий и сооружений на основе экспериментальных, теоретических исследований и компьютерной оптимизации

Для достижения указанной цели поставлены и разрешены следующие задачи:

- Экспериментальное изучение работы песчаного основания под жесткими шероховатыми ленточными штампами в условиях последовательного загружения, вплоть до предельного.

- Теоретические исследования и развитие методик расчета несущей способности оснований ленточных фундаментов.

- Реализация в компьютерном проектировании программных модулей для ПК "ПРЕСС" по определению несущей способности и верхней оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов.

- Разработка конструкции составной плиты сборного ленточного фундамента под стены зданий и рекомендаций по ее расчету.

- Разработка модуля многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов для ПК "АПОФЕОС".

Научная новизна работы

- Получена новая информация о напряженно-деформированном состоянии и процессах упругопластического деформировании песчаною основания лешочною фундамента в экспериментальных исследованиях на моделях.

- Экспериментально подтверждены особенности упругопластического деформирования оснований ленточных фундаментов, которые имеют место в теоретическом решении упругопластической задачи, полученном Ю.Н. Мурзенко с участием В.П. Дыбы.

- Развито теоретическое решение задачи об.определении верхних оценок несущей способности оснований ленточных фундаментов.

Практическая иенность работы.

- Исследовано напряженно-деформированное и предельное состояние основания ленточного штампа методом информационного моделирования на персональном компьютере и получены данные, используемые в анализе теоретических и экспериментальных данных для задач проектирования.

- Разработаны программные модули для программного комплекса "ПРЕСС", позволяющие определять нижние и верхние оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов.

- Разработан программный модуль для программного комплекса "АПОФЕОС", позволяющий оптимизировать параметры ленточных фундаментов с учетом многокритериальных условий проектирования.

- Предложена и исследована новая конструкция сборного ленточного фундамента, подтвержденная патентом.

Автор эащиищет:

- Результаты экспериментальных исследований.

- Методику определения верхней оценки несущей способности основания ленточных фундаментов.

- Методику многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов.

- Разработки по конструированию сборного ленточного фундамента.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены на международной школе-семинаре по фундаментостроению и охране геологической среды (Сочи, 1992), на IV Всероссийской конференции «Нелинейная механика грунтов» с иностранным участием (Санкт-Петербург, 1993), на Российской научной конференции «Информационные технологии в архитектуре» (Ростов - на Дону, 1993), на международной научно-практической конференции «Строительство -98» (Ростов - на Дону 1998), на внутривузовских конференциях кафедр строительного профиля НГТУ(1991-1997 г.г.). Результаты работы использованы.* в учебном процессе по специальности 29.03 ПГС САПР, в г/б научно-исследовательской работе по теме 23.92 "Разработка компьютерной технологии поиска оптимальных решений в многовариантном проектировании фундаментов и оснований" и по теме 45.94 "Разработка ресурсосберегающих методов расчета фундаментов и оснований зданий с применением нелинейных моделей и многокритериального синтеза возможных решений".

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 работ, получено авторское свидетельство и патент.

Внедрение результатов.

Результаты исследований переданы для апробации в проектной практике в проектный институт АО «СевкавНИПИагропром» г. Ростова - на - Дону, в качестве контрольного примера рассчитаны ленточные фундаменты поликлиники №1 г. Ростова -на- Дону

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, включающего 133 наименований, и 3 приложений. Полный объем диссертации - 173 страницы, включая 55 рисунков и 10 таблиц. Основной текст диссертации (без оглавления, списка литературы, приложений, рисунков и таблиц) содержит 108 страниц машинописного текста.

Основное содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность темы, ее научная и практическая целесообразность.

В первой главе дан анализ конструктивных решений сборных ленточных фундаментов, отмечаются актуальность направления в развитии теоретических методов расчета несущей способности оснований ленточных фундаментов и экспериментальных исследований по изучению напряженно-деформированного состояния оснований ленточных фундаментов. Сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Анализ конструктивных решений сборных ленточных фундаментов позволил определить области, в которых целесообразен поиск эффективных решений.

Рассмотрены основные расчетные модели оснований, выполнен анализ развития нелинейных моделей и их особенностей. Значительный вклад в развитие нелинейных методов расчета внесли А.И. Боткин, С.С. Вялов, A.C. Строганов, М.В. Малышев, К.Ф. Винокуров, Ю.К. Зарецкий, Г.В. Васильков, В.И. Соломин, В.Н. Широков и другие.

Процессы, происходящие в основаниях, нагруженных полосовыми нагрузками изучались в работах Л. Прандгля, М.И. Горбунова-Посадова, H.A. Цытови-ча, В.В. Соколовского, В.Г. Березанцева, И.В. Федорова, М.В. Малышева, Ю.Н. Мурзенко, В.П. Дыбы и других.

Отмечено, что в случае перехода к расчету оснований по деформациям в уп-ругопластической стадии работы, когда нагрузка на основание значительно превосходит значение расчетного сопротивления, возрастает значение точного определения несущей способности оснований.

К первым экспериментальным исследованиям работы грунтовых оснований в процессе нагружения относятся опыты В.И. Курдюмова (1889 г.), в которых впервые обнаружен криволинейный характер линий скольжения. П. А. Минаев (1916 г.) провел ряд опытов с целью определения интервала применимости решений теории упругости к сыпучим грунтам. Существенный вклад в развитие экспериментального изучения работы грунтовых оснований под нагрузкой внесли H.H. Давиденхов, Г.И. Покровский, Н.В. Лалепян, И.С. Федоров, В.Ф. Бобков, В.Г. Березанцев, А.Г. Родштейн, М.В. Малышев, П.Д. Евдокимов, Ю.Н. Мурзенко, А.П. Криворотов и др..

Отмечено, что в экспериментальных исследованиях по изучению НДС оснований, проведенных до настоящего времени, крайне мало работ, посвященных изучению распределения компонент тензора напряжений и особенно тензора деформаций в глубине массива основания. Наиболее обширная в этом плане программа экспериментальных исследований осуществлена на кафедре «САПР объектов строительства и фундаментостроение» НГТУ (НПИ) под руководством профессора Ю.Н. Мурзенко.

Наиболее близкими к экспериментальным исследованиям но теме диссертационной работы являются экспериментальные исследования Ю.В. Галашева, однако его опыты проводились доя осесимметричного нагружения основания.

С учетом перечисленных обстоятельств и были сформулированы задачи диссертационной работы.

Во второй главе изложена методика экспериментальных исследований с применением АС НИ, приведены результаты экспериментальных исследований по изучению НДС песчаного основания шероховатого ленточного штампа, дан сравнительный анализ результатов экспериментов с данными информациошюго моделирования работы упрутопластического основания.

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории оснований н фундаментов кафедры САПР ОСФ НГТУ на испытательной машине МФ-1 конструкции Ю.Н. Мурзенко, которая является центральным звеном автоматизированной системы научных исследований (АСНИ) оснований и фундаментов на моделях.

В состав АСНИ входят следующие устройства: испытательная машина МФ-1, система дистанционных преобразователей, информационно-измерительная система СИИТ-3, компьютеры 15-ВУМС и ДВК-3. Программно - техническое обеспечение АСНИ создает возможность выполнения экспериментов на моделях в реальном масштабе времен.

В программе экспериментальных исследований решались следующие задачи: исследование распределения нормальных напряжений и деформаций в основании но оси модели, изучение траектории движения частиц песчаного основания в условиях развития деформаций и в предельном состоянии; исследование распределения нормальных вертикальных и горизонтальных напряжений в массиве основания в процессе нагружения модели фундамента.

Программа включает восемь опытов из трех серий: первая серия (два опыта) проведена с целью изучения напряженно-деформированного состояния основания по оси модели ленточного фундамента, а также выявления оптимальных условий проведения опытов; вторая серия (три опыта) проведена с целью изучения траектории движения частиц песчаного основания в условиях предельного нагружения; третья серия (три опыта) проведена с целью изучения напряженного состояния основания ленточного фундамента.

Полосовая нагрузка от ленточного фундамента моделировалась тремя жесткими шероховатыми (шероховатость подошвы обеспечивалась наклеенной на нее наждачной бумагой) штампами размером в плане 180 х 700 мм, расположенными но длине с зазором 5 мм, таким образом получена полоса 180 х 2110 мм, в которой соотношение l/b^ll. 7 > 5 соответствует условию постановки плоской задачи. Схема приложения полосовой нагрузки на основание показана на рис. I.

U

А.

А

.д.

700

|]5 700

2110

;оо

1-1

А

18

Рис. 1

Осадк* основания для различных грмнтов 1 -упругое оонояднме 2тлиниопм иягхогомстичнай КО» 1СМСТ8НЦМИ i

3-глинистых твердой и туго-плаошчноа хонеис»«ции, т также песчлнмх плотного сложения;

4-гмсчяник средней плотности и других.

5 - экспериментальная осадка

1мм

0,100 Adía

Рис.2

В результате проведенных опытов установлено следующее:

- Зависимость «нагрузка-осадка» (рис.2 кривая 5) на всем интервале нагру-жения носит нелинейный характер.

- Эпюры е~ (рис.3) на начальных ступенях нагружения имеют форму волны, значения вертикальных деформаций, зарегистрированные на глубине г=0.75Ь и х=1. 75Ь, превышают значения деформаций на глубине :-1.25Ь. При достижении нагрузки значения 0.6Р„р форма эпюры & «выравниваются», значения деформаций по глубине все время возрастают до глубины г=1.75Ъ, на которой фиксируется максимальное значение, и далее убывают.

- В процессе погружения интенсивность роста деформаций г,- по глубине различна (рис.5). Наибольшие изменения происходят в слое 0.75<г<1.75.

- Значения вертикальных напряжений <т, (рис.4 а) в контактном слое являются максимальными по глубине лишь на начальных ступенях нзгружения. Начиная со ступени 0.38Рпр, максимум напряжений фиксируется на глубине 0.5Ь, причем значение превышает среднее давление по подошве фундамента.

- Напряжения <уу (рис.4 б) невелики, в 5-7 раз меньше а:, измеренных в том же уровне, и быстро уменьшаются по глубине. На всех ступенях нагружения, исключая две последние, на которых эгаоры <ту и а- имеют сходные очертания, значения ау достигают максимума в контактном слое.

- Сжимающие напряжения сг2 (рис. 6) уменьшаются по мере приближения от

о

оси штампа к линии, проведенной из края штампа под углом 45 к горизонтали, и отсутствуют в точках за ее границей. Изолинии вертикальных напряжений сг2 имеют округлую форму и стремятся к краю штампа.

- Форма изолиний горизонтальных нормальных напряжений <т„ (рис. 7) напоминает седло с вогнутостью по оси штампа. С увеличением нагрузки изолинии <зу изменяются таким образом, что центр вогнутости удаляется от подошвы и угол наклона а касательной, проведенной из края штампа к одноименным изолиниям при разных нагрузках, уменьшается на каждой следующей ступени нагружения.

- В области ядра, расположенного под подошвой шероховатого штампа, можно выделить «упругую» часть ядра и прилегающую к ней - «пластическую».В предельном состоянии расстояние от подошвы фундамента до вершины "упругой" части ядра находится в пределах 0.2Ь-0.25Ь и, соответственно, его грани наклонены к горизонтали под утлом 120 - 150 .При предельных нагрузках внешние грани

пластической' части ядра наклонены к горизонтали под углом 41 -45 , олизким по значению к углу внутреннего трения.

При анализе данных информационного моделирования по изучению НДС упругопластического основания в программном комплексе «ЛЕНТА», теоретические основы алгоритма которого разработаны Ю.Н. Мурзенко, установлено сходство с экспериментальными данными, (рис. 2 и рис. 6).

Е^ООО

Ступень нагртасения 1 - 0.22 Р,„

2-0.37 Р,

3 - 0.53 Рч

4 - 0.67 P,f 5-0.82 Р„

6 - 0.90 Рч

7 - 0.99 Рга

ч>

J. 00 0.05

_ 72,00

i. 00 2.00 3.00 4.00 5.00

i 7

I ¿J ,см

Ступень нагружения: 1 - 0.095Р,Т; 6-0.570Р,; г-ОЛЯОРлр; 7 - O.fiâiPq,;

3 - 0.285Р„р; 8-0.760Р,,;

4 - 0.38IMV 9 - О 862PW;

5 - 0.475Р™,; 10- 0.950Р-

о,«*, О.ЯРг р^Гм

0.23Р,

Значения

напряжений

ЙГЮЛИИНШ:

1-0.01 мПа

1 - 0.02 мП»

3-О.МмПа

А - 0.05 иШ

5 - 0 10 кШ

6-020 мПа

7-0.30 мПа

8 - 0 40 мГ1г.

Эксперименгалыше. изолиния Теоретические «полиции

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

В третьей главе рассматриваются вопросы, относящиеся к определению предельных нагрузок на основание ленточных фундаментов

Теоретически предельная нагрузка может быть определена численными методами, в частности методом конечных элементов, с помощью которых можно успешно реализовать современные модели грунтовой среды. Однако оценка точности полученного численного решения является серьезной проблемой, следовательно актуальным является контроль результатов. Для этого впервые в работах В.П. Дыбы предлагается: «разработать методики для получения достаточно простых аналитических верхних и нижних оценок несущей способности основания». Иначе говоря определяется «коридор» в который должно вписываться оцениваемое численное решение. Заметим, чем точнее оценки, тем уже этот «коридор».

Теоретической основой получения оценок несущей способности являются экстремальные свойства предельных состояний текучести, описываемые двумя теоремами А. А. Гвоздева.

Применение первой теоремы, т.е. статического метода оценки несущей способности, дает нижнюю оценку несущей способности, а применение второй теоремы, т.е. кинематического метода, дает верхнюю оценку, которая определяется по формуле (1).Если верхняя и нижняя оценки совпадают, то это означает, что найдено точное значение несущей способности

N<N* ¿1 О)

V0 V V ^

Вывод теорем основан на утверждении о том, что для истинного предельного напряженного состояния мощность диссипации в каждой точке не меньше чем для любого допустимого состояния сг,у; т.е. такого, что в каждой точке тела -

Р(сг^)< 0, где /•' - функция текучести. При этом сама функция Е может быть в общем случае различной для различных точек тела (единственное требование - не вогнутость). Это позволяет отнести теоремы к обобщенному "телу", представляющему собой фундамент на грунтовом основании.

Для определения нижней оценки несущей способности основания ленточного штампа автором использовано аналитическое решение В.П. Дыбы задачи о несущей способности невесомого основания с учетом существования упругого ядра, форма и размеры которого определяются совместно с распределением напряжений в основании. Причем несущая способность в решении зависят не только от прочностных характеристик грунта, ширины и заглубления фундамента, но и от коэффициента Пуассона, характеризующего среду упругого ядра.

Согласно первой теореме Гвоздева величина предельной нагрузки, определяемая по этому решению, является нижней оценкой несущей способности основания, поскольку построенные поля напряжений в областях I, II, III и IV (рис, 8) являются статически допустимыми и существует статически допустимое продолже-

1ше полей на остальную часть основания. Ч

Ч/

с^ _____

II - зона простой волны;

III - зона центрированной

волны;

IV- зона простейшего предельного напряженного состояния

X

D

Рис. 8

Решите в упругом ядре (обл. I рис. 8) представляется с помощью известных формул Колосова - Мусхелишвшш (2), в которых с учетом краевого условия под подошвой фундамента ( горизонтальные перемещения равны 0, а вертикальные -перемещению штампа ) и симметрии задачи, напряженное состояние в этой области выражено через одну аналитическую функцию комплексного переменного с действительными коэффициентами (3).

ах +<ту = 2[ф(г) + 0(Г)]: ^

<г, -vI+2-i-txy = 2 • [fz + г)-Ф '(zj+ <P(z) - Х-Ф(-г)\.

СО

ф(') = I ск Z", где z^x+iy. (3)

г~0

Функция у-у(х), является уравнением границы ядра L , в каждой точке которой должно выполняться условие предельного состояния (4). Значение предельной нагрузки определяются по формуле (5)

(ax-av)2 +4-т2 ,,,

-1-— = Sin о, где - Я = с ■ ctg<p • vv

(ох+ау+2Н)2

= 2J <т xdy =[4 - 2 ■ (1 - х )] ' (Cgb - С2 + Cj (5)

О J

Определение значений производных функции Ф(г) в точке А (0, -bi) и функ-luniy yfx) связано с большим объемом вычислительных операций. В силу этого разработан и представлен программный модуль, алгоритмом которого является описанное аналитическое решение, формализованное автором данной работы. Представлегаюе решение неоднозначно, т.е. имеет несколько решений, на это указывает и индекс / в (5). Автоматизация процесса вычислений позволила автору проанализировать результаты всех возможных решений. Выяснилось, что физиче-

ски допустимые решения должны удовлетворять условиям (6)

О < arctg{~£-j <ft 75л +O.5(p-e0;b>

Cl<0. (6)

Поскольку предельные нагрузки, вычисленные для каждого решения, являются нижними оценками несущей способности основания, выбор единственного решения связан с выбором "лучшей" оценки, т.е имеющей наибольшее значение.

Соколовский В.В. показал возможность сложения предельных состояний, в одном из которых основание, обладающее трением и сцеплением, не имеет веса т.е у =0,с*0,<р#0, а в другом - / ^0,c = 0,tp^0. Подобным образом получена формула (16) СНиП, которую для ленточных фундаментов шириной 2Ь, с учетом того, что коэффициенты формы фундамента равны 1, можно записать в виде (7).

Nu = 4b2Nyyj + 2b(Nqq + NcCj ), здесь q = y'jd. (7)

В данной работе предлагается заменить второе слагаемое в (7) полученной предельной нагрузкой, при этом представить её, по аналогии с формулой (16) СНиП, в виде (8) и указан способ нахождения безразмерных коэффициентов -

Ц.К,

N*=2b(N'qq + N'cCj), (8)

которые затем сведены в удобную для пользования таблицу, устанавливающую зависимость этих коэффициентов от ср и v.

Верхняя оценка несущей способности строится по кинематически допустимому полю скоростей в грунтовом основании и теле фундамента и, согласно второй теореме, ее значение можно определить по формуле (1).

В работе /12/ приведено аналитическое решение по определению верхних оценок несущей способности оснований ленточных фундаментов, построенных по кинематически допустимым полям скоростей в грунтовом основании и теле фундамента с помощью «мягких» треугольных блоков.

Пусть функция пластичности грунтовой среды выглядит так

f = -<x3-C + A-o¡. (9)

При интерпретации условия / -0, как условия прочности Кулона - Мора, величины Д С выражаются через стандартные характеристики прочности следующим образом:

А = 1 + sin(PM .с = 2см cos (рм 1 - sin (pK j 1- sin <рм

Рассмотрим мощность пластического деформирования

D = ai¡éi.=a1s1+a3t3. (11)

Принимая ассоциированный закон течения-

е3

сУ

да а

-А, ё 1

Выражение (11) можно переписать с учетом / =0 следующим образом: О = а, АЛ + (~С. + Аст,)(~Л) = СЯ = -Се3 .

(13)

Для построения кинематически допустимого поля скоростей в грунтовом основании будем использовать треугольные блоки, в каждом из которых скорости деформаций от точки к точке не меняются. Следовательно компоненты скоростей являются линейными функциями координат. Поэтому равенство скоростей в двух угловых точках соседних блоков гарантирует непрерывность скоростей по всей границе. На рис.9а двигающаяся часть грунтового основания разделена на треугольные блоки типа В, С и О.

N

шшш нн,щиш

Рис.9

В блоке В поле скоростей определяется по формулам

А

= у- — у где к - высота блока. 2 й

Тогда мощность пластического деформирования в блоке В

М,

1

| Сс,скс1у =-—СЬ\'

(14)

(15)

Рассмотрим блок С (рис.9 б). В выбранной системе координат поле скоро-

стей выглядит так

У1=у£(1-хс/хс); V, = (16)

При этом из ассоциированного закона течения (12) следует, что координаты скорости верхней угловой точки не могут быть произвольными, а должны удовлетворять равенству (17).

П—, Л + 1

= где 5 = ——. (17)

V) А-1

Тогда угол между вектором ус и нормалью к неподвижной грани блока и зависит

только от прочностных параметров грунтовой среды а — arctg(\s -- l). Заметим, что мощность пластического деформирования блока С равна

Мс =- \С-е3-<1х-ф=--С-\ус\-(1-со$а.)-1,. (18)

А 4 -

Рассмотрим произвольный блок I) (рис. 9 в) в выбранной системе координат

= . (19)

Скорость деформации ех вычисляется по формуле, вытекающей из закона текучести (12):

(г7 + +Ж2 + ¡У -¡УЪх2 + (г7 -;)/

В1-I

2 V

(20)

По значениям (19) и (20) по известной формуле вычисляется е3 и мощность деформации: Мв — -С£3Р0, где Рв - площадь треугольной грани блока О

Пусть в блоке В известны его размеры (И- высота блока) и поле скоростей (14), тогда при выбранной длине /;, скорости и размеры соседнего блока С определены. При задании длины /, следовательно определены скорости и размеры блока О и т.д. Процесс прекращается в момент выхода неподвижной грани блока типа С на поверхность.

Верхняя оценка несущей способности системы будет вычисляться по форму-

* 7

ле: N =— (Мв +£МС + где мощность, затра-

чиваемая на преодоление внешних гравитационных сил в блоке, мощность внешних сил пригрузки.

При любом выборе К /, и мы получим величину большую истинного значения N и задача заключается в минимизации N для получения "хорошей" верхней

оценки N. Поскольку, аналитическое решение поставленной задачи минимизации затруднено, предложен метод, суть которого заключается в следующем: генерируются варианты параметров; просчитывается А'* для каждого варианта; выбирается вариант при котором М* имеет минимальное значение.

В рассмотренном выше решении не учитывалось влияние шероховатости подошвы фундамента. Применение «мягких» треугольных блоков типа С и В позволяет также построить /12/ ассоциированное поле скоростей с учетом возникновения упругого ядра для штампов с шероховатой подошвой (Рис. 10).

Для получения верхней оценки несущей способности основания шероховатого штампа изменим расчетную схему (рис. 9а) области пластического течения в районе подошвы штампа следующим образом. Пусть И - высота уплотненного ядра, /г, - расстояние от вершины ядра (точка 1) до неподвижной точки Р. Причем параметр /г ограничен неравенством, которое равносильно условию отставания

точки 4 от точки 2 при движении штампа вниз, - /г >

А-1 2л[А '

7 9

Рис. 11

Точки 1 и 2 - двигаются вертикально с постоянной скоростью % В точке 4, расположенной на расстоянии 1г от ¡фая штампа, угол наклона вектора скорости деформирования блока 1 к горизонтальной оси определяется из выражения (21) Вектор скорости в точке 4 - у4 равен сумме векторов - скорости деформирования блока /- у/ и вектора скорости движения штампа-. у4 +\>0

со - агс1ап

2-1АЪ-Ъ(А-1) 24ЛЬ + Н(А-1) '

(21)

Если величина то вертикальная и горизонтальная составляющие вектора

v^ определяются выражениями = у0 - кл>0Бт(аз); и4 — ки0Соз(а>).

При постоянных скоростях деформаций в блоке П скорости в точках определяются по формулам (22)

, Ух? , ■ , УXV

и ■

(22)

Тогда для точки /, в которой у=уа и и О, можно записать =¿^ +у0; иц -(¡¿у^.

Подставляя в (22) координаты и скорости точки 4, а также учитывая выражения для точки 1, получим выражения (23). Условие существования границы 1-М (рис. 11) выражается уравнением (24). Добавив к уравнениям (23),(24) уравнение (25), выражающую ассоциированный закон течения, и решив полученную систему четырех уравнений найдем значения £х ,с уХу в блоке II и величины к.

- 8ХН + у^ = -У0кЯт(со), -у]у^ + ёу(Ь + 12)- У0кСо$(со); (23)

/ ху

ег +

2

(24)

(25)

Координаты точек 3 и М определяются соответственно из систем уравнений

(26).

7*у !Ь I ¿'Л + 0,5у^у3 + Уд = 0;

{0,5ухух3 +е у3 +ии=0

о-.

Уз

АУм

(26)

Мощности пластического деформирования блоков I, II, III, и /^определяются формулами (27)

М/ = О,5Ски0(1 - Со^а ))4ьГ+Ь^;Мп = + ёу- ^(1~-су)2 + у ^ );

= ~С"йУм; Мгг = -0,5СУХ1 (I -Соя(а)^(х3)2 + (у3 )2 . (27)

Таким образом, задавая параметры Ьд, Л/ и 12, определяем размеры области пластического деформирования блоков, на которые она разделена. Полученная область начиная с границы 3-4 (рис.10) может быть продолжена областью состоящей из блоков типа С и £> (рис.9), по аналогии с решением для фундамента с гладкой подошвой, в расчетной схеме, при этом, количество независимых параметров увеличится до пяти (к0, //у, /, ¡1 и 1;).

Как и для фундаментов с гладкой подошвой, теоретическое решение по определению верхней оценки несущей способности N для шероховатого штампа, реализовано автором в виде программного модуля, входящего в программный комплекс «ПРЕСС» (Предельные состояния систем).

Б четвертой главе разработаны новые конструкции сборной подушки из балочных элементов железобетонного ленточного фундамента. Реализована методика многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов.

Автором данной работы предлагается два варианта конструкций сборной плиты ленточного фундамента, одна из конструкций описана в работе /5/ и защищена патентом /4/ (в соавторстве).

В первом случае фундаментная подушка образуется уложенными поперек оси фундамента пустотными элементами 1-2, (рис. 12 а) с равносторонним треугольным поперечным сечением, одна из стенок которых расположена горизонтально, а их торцы скошены сверху вниз под утлом 60°, при этом горизонтальные стенки смежных элементов 1-2 обращены в противоположные стороны.

Скосы торцов элементов позволяют соблюдать непрерывность плитной части фундаментов в местах их сопряжет« для различных планировок здания.

Основное отличие второй предложенной конструкции от первой заключается в отсутствии скосов торцов элементов (рис. 12 б), образующих плитную часть фундамента. Это позволяет при симметричном армировании и равиопрочности всех граней использовать один тип элементов, что также упрощает их изготовление и монтаж. Однако в местах сопряжения таких фундаментов в верхней части плиты появляется разрыв, который необходимо замонолитить бетоном. Одной из важных особенностей описанных конструкций является возможность увеличения ширины фундамента Ь на величину Ьс, не увеличивая длин составляющих элементов . Это достигается за счет несимметричности некоторых укладываемых элементов относительно продольной оси фундамента (рис. 13).

Рис. 13

В приложении 2 к диссертационной работе автором даны предложения по конструированию и расчету сборных плит, представленных на рис. 12, и их элементов. На основе предложений по конструированию элементов, предлагаются унифицированные элементы - ФБ - без скосов торцов, ФБ1 и ФБ2 - со скосами торцов, которые могут быть использованы для сборки подушек стандартных размеров под ленточные фундаменты.

Идеи по определению лучших фундаментов зданий и сооружений на естественном основании реализованы в программном комплексе (ПК) "АПОФЕОС " (автоматизированное проектирование оптимальных фундаментов на естественном основании), структура и основные концепции которого предложены Ю.Н. Мурзенко . ПК разработан коллективом сотрудников кафедры САПР ОСФ НГТУ в рамках госбюджетных тем №№8 и 23 (Научный руководитель тем - Ю.Н. Мурзенко, ответственный исполнитель - В.П. Дыба).

В ПК АПОФЕОС достигнута значительная определенность в использовании метода многовариантного синтеза путем построения специальной структуры многоступенчатой оптимизации решения задач вариантного проектирования. Структура построит по агрегатному принципу САПР. Инвариантной частью ПК является структура комплекса и система поиска оптимальных решений. Модули ПК - про-

граммы четырех уровней оптимизации: - 1-й уровень- анализ и оптимизация исходных данных, выбор критериев и ограничений и построение компьютерной модели объекта; - 2-й уровень - структурная оптимизация, выбор лучшего типа фундамента (ЛТФ); - 3-й уровень - оптимизация параметров ЛТФ по многоцелевым функциям (ограничения осадки, несущей способности, минимизация затрат рабочего времени и приведетюй стоимости и т.д.); - 4-й уровень - окончательная разработка ЛТФ с использованием программ, реализующих в расчетах современные модели основания.

Автор данной работы участвовал в создании структурной оболочки ПК /6/, а также в разработке программных модулей по оптимизации ленточных фундаментов /10/.

При многокритериальной оптимизации в вариантном проектировании, задача изучения множества вариантов и построения множества вариантов, неулучтпае-мых формальными методами (множество Парето), является сложной. В машиностроении группой академика И.И. Артоболевского (В.И. Сергеев, Н.М. Соболь, Р.Б. С таганков и др.) разработан метод систематического просмотра многомерных областей. в котором в качестве пробных точек в пространстве параметров используются точки равномерно распределенных областей. В.П. Дыба предложил использовать данный метод в многовариантном проектировании фундаментов.

Эта методика реализована автором данной работы для параметрической оптимизации при проектирования монолитных ленточных фундаментов в ПК АПОФЕОС. Для ее реализации разработана программная оболочка, которая выполняет функции диспетчеризации, информационной поддержки и связи между собой различных модулей и даже разнородных программных средств, а также входящие в эту оболочку программные модули: ввода-вывода информации, генерации вариантов и определения критериев для ленточных фундаментов. Для генерации заданного количества -я, вариантов фундаментов используются ЛПХ - последовательности для заданных границ параметров. Отметим, что ЛПг - последовательности являются наиболее равномерно распределенными среди всех известных в настоящее время последовательностей

Для монолитных ленточных фундаментов предлагается оптимизировать следующие параметры (г~Л. 4): глубина заложения фундамента - (1} \ ширина фундамента - 6; толщина плитной части - А/-; процент армирования - т, по следующим критериям Ф](х) (¡"1-.4) : - по осадке Б (х^ /Бн, отношение осадки фундамента определяемой по методике СНиП, к предельно - допустимой осадке; - по давлению р(хх) /К(х^), отношение среднего давления к расчетному сопротивлению грунта под подошвой фундамеота;- по несущей способности плиткой части -М(х^/Мпр(х^, отношение изгибающего момента в сечении сопряжения плитной части с фундаментной стеной к прочности этого сечения на изгиб;- стоимость погонного метра СМ, руб.

Результаты реализованной методики многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов внедрены и апробированы в проектной практике и в дипломном проектировании.

Общие выводы

1. В целях исследования особенностей работы грунтового основания ленточных фундаментов выполнены экспериментальные исследования работы песчаного основания шероховатого ленточного штампа в широком интервале нагружения с применением АСНИ, т. е. реализована разработка методики исследования работы основания в реальном масштабе времени с использованием дистанционных преобразователей напряжений и деформаций при непрерывной обработке сигналов датчиков.

2. Экспериментально установлено, что эпюры вертикальных относительных деформаций по оси фундамента имеют волнообразную форму и сглаживаются при нагрузках, близких к 0.6Рпр. Это объясняется формированием в основании по оси штампа различных зон деформирования грунта, которые видоизменяются с повышением нагрузки.

3. Экспериментально установлено, что в области ядра, расположенного под подошвой шероховатого штампа, можно выделите «упругую» часть ядра и прилегающую к ней - «пластическую». Первая часть, расположенная непосредственно под подошвой, имеет треугольную форму и высоту 0.2Ь-0.25Ь, вторая часть примыкает к первой и ее внешние грани наклонены к горизонтали под углом, близким к величине угла внутреннего трения.

4. Сходство результатов экспериментальных исследований с результатами информационного моделирования в ПК «ЛЕНТА», подтверждают особенности уп-ругопластического деформирования оснований ленточных фундаментов по теоретическому решению смешанной упругопластической задачи.

5. Развиты теоретические решения задач по определению оценок несущей способности оснований ленточных фундаментов, на основании которых разработаны программные модули для программного комплекса «ПРЕСС» по определению аналитических верхних и нижних оценок несущей способности оснований под ленточными фундаментами. Полученный таким образом «коридор» дает возможность контроля численных решений.

6. На основании решения об определении нижней оценки несущей способности шероховатого штампа разработан инженерный метод расчета оснований ленточных фундаментов по несущей способности.

7. Данные теоретических решений по определению оценок несущей способности оснований шероховатых ленточных штампов согласуются с данными экспериментальных исследований.

8. Разработаны новые конструкции сборной подушки из балочных элементов железобетонного ленточного фундамента, одна из которых защищена патентом /4/. Даны рекомендации по их расчету и применению.

9. Реализована методика многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов в виде программных модулей ПК «АПОФЕОС».

10. Результаты разработок по многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов апробированы в проектной практике в проектном институте АО «СевкавНИПИагропром».

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Мурзенко А.Ю., Субботин А.И., Скибин Г.М., Евтушенко С.И. Особенности деформирования основания гибкого одноступенчатого фундамента // Исследование и расчет оснований и фундаментов при действии статических и динамических нагрузок. НПИ, Новочеркасск, 1988, -С.85-90.

2.Ревенко В.В., Скибин Г.М., Галашев Ю.В. Расчет оснований по несущей способности с графическим представлением результатов. .//Исследования и разработки по компьютерному проектировашпо фундаментов и оснований. НПИ, Новочеркасск, 1990, -С.63-68.

3. A.C. 1768703 СССР, МКИ Е 02 Д 1/00. Устройство для измерений напряжений в труте /.Мурзенко Ю.Н., Шматков В.В., Скибин Г.М., Моргунов В.Н., Субботин А. И. Опубл. 1992, Бюл. №38

4. Мурзенко Ю.Н.,Скибин Г.М. и др.. Ленточный фундамент. Патент 1814678 СССР A3. МКИ Е02Д 27/01.-Заявл. 27.03.90; Опул. 07.05.93, Бюл. №17

5. Моргунов В.Н., Скибин Г.М., Субботин А.И.Новые решения в конструкциях фундаментов. //Исследования и разработки по компьютерному проектированию фундаментов и оснований. НПИ, Новочеркасск, 1993, -С.81-84.

6. Мурзенко Ю.Н., Скибин Г.М., Моргунов В.Н. Разработка оболочки структурного многокритериального синтеза в вариантном проектировании фундаментов. //Исследования и разработки по компьютерному проектированию фундаментов и оснований. НПИ, Новочеркасск, 1993, -С.51-55.

7. Дыба В.П., Скибин Г.М. Анализ предельного состояния под шероховатым ленточным фундаментом. //Нелинейная механика грунтов. Тр. Российской коиф. с иностраппым участием, Санкт-Петербург, 23-25 июня 1993 г. Т.1-С.98-103.

8. Скибин Г.М., Луцеико А.К Экспериментальные исследования работы песчаного основания ленточных фундаментов с применением АСНИ И Механика грунтов и фундаментостроешге. Тр. Российской конф. по механике грунтов и фуеда-ментостроению, Санкт-Петербург, 13-15 сентября 1995 г. Т.З-С.484-489.

9. Мурзенко Ю.Н., Скибин Г.М. Экспериментальные исследования работы песчаного основания ленточных фундаментов.//Исследования и разработки по

компьютерному проектированию фундаментов и оснований. НПИ, Новочеркасск, 1996, -С.53-57.

10. Скибин Г.М., Моргунов В.Н. Оптимизация параметров ленточных фундаментов и фундаментов в вытрамбованных котлованах в ПК АПОФЕОС. // Исследования и разработки по компьютерному проектированию фундаментов и оснований. НПИ, Новочеркасск, 1996, -С. 77-81.

11. Дыба В.П. Скибин Г.М. Верхние оценки несущей способности основами ленточных фундаментов. «Основания, фундаменты и механика футов» 1997 №( .С2-6.

12. Дыба В.П, Скибин Г.М. Оценки несущей способности шероховатых лен точных штампов. Н «Строительство - 98» Материалы международной научно-практической конференции. Тез. док. Ростов н/Д.: РГСУ, 1998,- С.140-141.

Подписано в печать 2 5. 06. 38<п. Объем / п.. Печать оперативная. Тираж -/00. Заказ 8/

Новочеркасский государственный технический университет Типография НГТУ Адрес ун-та и типографии: 346409, Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

1. ОСНОВНЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ РАСЧЕТА ОСНОВАНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.

1.1 Классификация фундаментов под стены и особенности конструктивных решений ленточных фундаментов.

1.2 Теоретические исследования работы оснований и способы совершенствования расчета оснований ленточных фундаментов в практике проектирования.

1.3 Обзор экспериментальных исследований работы грунтовых оснований.

1.4 Постановка задач диссертационной работы.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПЕСЧАНОГО ОСНОВАНИЯ МОДЕЛИ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА.

2.1 Автоматизированная система научных исследований для экспериментального моделирования работы основания. Анализ погрешностей измерений.

2.2 Методика экспериментального моделирования.

2.3 .Изучение напряженно-деформированног состояния основания по оси штампа.

2 .4 Развитие вертикальных и горизонтальных напряжений в основании в процессе нагружения.

2.5 Изучение особенностей формирования упругого ядра под моделью ленточного фундамента.

2.6 Сравнение результатов экспериментов с данными информационного моделирования работы упругопластического основания.

Выводы.

3 РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ.

3.1 Основные положения и принципы подхода к теоретическому решению задачи о предельном состоянии основания жесткого ленточного фундамента.

3.2 Алгоритм расчета и анализ предельного состояния основания под шероховатым ленточным фундаментом.

3.3 Развитие теоретического решения об определении верхних оценок несущей способности оснований ленточных фундаментов.

3.4 Сравнение результатов компьютерного моделирования в ПК «ПРЕСС» с результатами теоретических решений и экспериментальными данными.

Выводы.

4 НОВЫЕ КОСТРУКЦИИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ.

4.1 Конструктивные решения сборной подушки ленточного фундамента из балочных элементов.

4.2 Подходы к решению задачи об оптимальном фундаменте.

4.3 Методика многокритериальной оптимизации ленточных фундаментов.

Выводы.

В общих затратах труда на возведение зданий и сооружений существенная доля приходится на устройство фундаментов, стоимость фундаментов составляет до 15 % общей стоимости строительства, на их устройство расходуется до 25% трудовых затрат и до 40% времени. Значительное место в фундаменто-строении, особенно при возведении гражданских зданий, занимают ленточные фундаменты под стены. В связи с этим вопросы внедрения новых конструкций, разработка эффективных методов по их расчету, экспериментальное и теоретическое изучение оснований ленточных фундаментов представляют большой интерес.

Определению несущей способности фундаментов посвящены работы многих авторов Л.Прандтль, М.И. Горбунов-Посадов, К. Терцаги, М.В. Малышев, В.Г. Березанцев и др. Существует ряд методик которые можно разделить на две группы: аналитические и численные. В последнее время в связи с появлением новых быстродействующих компьютеров развитие и совершенствование численных методов получило мощный толчок, поэтому актуальность аналитических решений и оценка достоверности результатов, полученных численными методами, неоспорима. С точки зрения оценки решений наибольший интерес представляют методы по определению верхней оценки несущей способности оснований, поскольку большинство из существующих аналитических решений по определению несущей способности оснований можно отнести к нижним оценкам, например известное точное решение Л. Прандля для оснований не обладающих собственным весом, нагруженных гладкими фундаментами, является нижней оценкой как для оснований обладающих собственным весом так и для оснований нагруженных шероховатыми фундаментами. На основе изложенного, разработка и внедрение аналитического метода определения верхней оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является развитие методов проектирования ленточных фундаментов зданий и сооружений на основе экспериментальных, теоретических исследований и компьютерной оптимизации

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи: 1. Экспериментальное изучение работы песчаного основания под жесткими шероховатыми ленточными штампами в условиях последовательного загружения, вплоть до предельного.

2 Теоретические исследования и развитие методик расчета несущей способности оснований ленточных фундаментов.

3. Реализация в компьютерном проектировании программных модулей для ПК "ПРЕСС" по определению несущей способности и верхней оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов.

4. Разработка конструкции составной плиты сборного ленточного фундамента под стены зданий и рекомендаций по ее расчету.

5. Разработка модуля многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов для ПК "АПОФЕОС".

Научная новизна работы заключается в том, что :

- получена новая информация о напряженно-деформированном состоянии и процессах упруго-пластического деформирования песчаного основания ленточного фундамента в экспериментальных исследованиях на моделях;

- экспериментально подтверждены особенности упругопластического деформирования оснований ленточных фундаментов, которые имеют место в теоретическом решении упругопластической задачи полученном Ю.Н. Мурзенко с участием В.П. Дыбы;

- развито теоретическое решение задачи об определении верхних оценок несущей способности оснований ленточных фундаментов.

Практическая значимость:

- исследовано напряженно-деформированное и предельное состояние основания ленточного штампа методом информационного моделирования на персональном компьютере и получены данные, используемые в анализе теоретических и экспериментальных данных для задач проектирования;

- разработаны программные модули для программного комплекса "ПРЕСС", позволяющие определять нижние и верхние оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов;

- разработан программный модуль для программного комплекса "АПОФЕОС", позволяющий оптимизировать параметры ленточных фундаментов по многокритериальной методике;

- предложена и исследована новая конструкция сборного ленточного фундамента, подтвержденная патентом.

На защиту выносятся результаты экспериментальных исследований, метод определения верхней оценки несущей способности основания под ленточным фундаментом, методика многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов, предложения по конструированию и расчету сборного ленточного фундамента.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, включающего 140 наименований и 3 приложений. Полный объем диссертации 173 страницы, включая 55 рисунков и 10 таблиц. Основной текст диссертации (без оглавления, списка литературы, приложений, рисунков и таблиц) содержит 108 страниц машинописного текста.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В целях исследования особенностей работы грунтового основания ленточных фундаментов выполнены экспериментальные исследования работы песчаного основания шероховатого ленточного штампа в широком интервале на-гружения с применением АСНИ, т. е. реализована разработка методики исследования работы основания в реальном масштабе времени с использованием дистанционных преобразователей напряжений и деформаций при непрерывной обработке сигналов датчиков.

2. Экспериментально установлено, что эпюры вертикальных относительных деформаций по оси фундамента имеют волнообразную форму и сглаживаются при нагрузках, близких к 0.6Рпр. Это объясняется формированием в основании по оси штампа различных зон деформирования грунта, которые видоизменяются с повышением нагрузки.

3. Экспериментально установлено, что в области ядра, расположенного под подошвой шероховатого штампа, можно выделить «упругую» часть ядра и прилегающую к ней - «пластическую». Первая часть, расположенная непосредственно под подошвой, имеет треугольную форму и высоту 0.2Ь-0.25Ь, вторая часть примыкает к первой и ее внешние грани наклонены к горизонтали под углом, близким к величине угла внутреннего трения.

4. Сходство результатов экспериментальных исследований с результатами информационного моделирования в ПК «ЛЕНТА», подтверждают особенности упругопластического деформирования оснований ленточных фундаментов по теоретическому решению смешанной упругопластической задачи.

5. Развиты теоретические решения задач по определению оценок несущей способности оснований ленточных фундаментов, на основании которых разработаны программные модули для программного комплекса «ПРЕСС» по определению аналитических верхних и нижних оценок несущей способности оснований под ленточными фундаментами. Полученный таким образом «коридор» дает возможность контроля численных решений.

6. На основании решения об определении нижней оценки несущей способности шероховатого штампа разработан инженерный метод расчета оснований ленточных фундаментов по несущей способности.

7. Данные теоретических решений по определению оценок несущей способности оснований шероховатых ленточных штампов согласуются с данными экспериментальных исследований.

8. Разработаны новые конструкции сборной подушки из балочных элементов железобетонного ленточного фундамента, одна из которых защищена патентом /7/. Даны рекомендации по их расчету и применению.

9. Реализована методика многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов в виде программных модулей ПК «АПОФЕОС».

10. Результаты разработок по многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов апробированы в проектной практике в проектном институте АО «СевкавНИПИагропром».

1. Васильев Б.Д., Монфред Ю.Б., Шилков В.П. Фундаменты сборной конструкции. Ленинград - Москва, 1955.

2. Гуламирянц С.Г., Пронский A.B. Опыт возведения фундаментов из сборных блоков. Москва, 1956.

3. Сусов B.C. Новые экономические конструкции фундаментов жилых зданий. Москва, 1961.

4. Макарочкин М.Ф., Ситников М.А. Индустриальные фундаменты зданий. Минск, 1963.

5. Тетиор А.Н. и др. Справочник . Проектирование фундаментов, Киев, Буд1вельник, 1981.

6. Сорочан Е.А. Фундаменты промышленных зданий. М: Стройиздат. 1986 303 с.

7. Мурзенко Ю.Н.,Скибин Г.М. и др. Ленточный фундамент. Патент 1814678 СССР A3. МКИ Е02Д 27/01.-Заявл. 27.03.90; Опул. 07.05.93, Бюл. №17

8. Colomb С. Essai sur une application des regles de maximis et minimis a regess problems de statique relatifs aL'architecture Metodes de savarts otrangers de L'Academic des sciluce de Paris, 1773.

9. Rankine W. On the stability of loose earth. "London phylosophical transactions", 1857.

10. Курдюмов В.И. К вопросу о сопротивлению песчаных оснований, 1891.

11. Prandl L. Uber die Harte plasticher Korper "Gotingen Nachrichten". 1920.

12. Новотворцев В.И. Опыт применения теории пластичности к задачам об определении несущей способности сооружений. Изв. НИИГ, 1938, т.ХХП.

13. Пигулевский М.Х. Физико-механические свойства рыхлых дорожных материалов. Транспечать, 1929.

14. Terzagi К. Theoretical Soil Mechanics. Wileg, New York, 1947.

15. Герсеванов H.M., Польшин Д.Е. Теоретические основы механики грунтов.

16. Флорин В.А. Основы механики грунтов, т. I-II, Госстройиздат. JI.-M., 1959,1961.

17. Цытович H.A. Расчет осадок фундаментов. М., Стройиздат. 1941.

18. Горбунов-Посадов М.И., Маликова Т.А. Расчет конструкций на упругом основании. М., Стройиздат, 1973, 626с.

19. Цытович H.A. О методах расчета балок на сжимаемом основании.-Труды МИСИ им. В.В. Куйбышева, №14-М., 1956.

20. Мурзенко Ю.Н. Экспериментально-теоретические исследования силового воздействия фундаментов и песчаного основания. Дисс. Докт. Техн. наук. -Новочеркасск, 1972, 576 с.

21. Соколовский В.В., О предельном равновесии сыпучей среды «Прикладная математика и механика», т. XV, вып.6,1951.

22. Федоров И.В. Некоторые задачи упругопластического распределения напряжений в грунтах, связанные с расчетом оснований // Сборник института механики АН СССР. Т XXVI. М., 1958. С. 204-215.

23. Дыба В.П. Напряженно-деформированное состояние ленточных фундаментов в упругопластической стадии работы. Дис. Канд. Техн. наук. Новочеркасск, 1982.-177 с.

24. Васильков Г.В. Некоторые модели и методы теории упругости и пластичности// Вычислительная механика. Ростов на - Дону. - 1993. 4.2.-123 с.

25. Клепиков С.Н. Расчет балок на нелинейно-деформируемом винкле-ровском основании. Основания, фундаменты механика грунтов. М., 1972, с.8-10.

26. Пастернак П.Л. Основы нового метода расчета фундаментов на упругом основании при помощи двух коэффициентов постели. М., Госстройиздат, 1954,112 с.

27. Проктор Г.Э. Об изгибе балок, лежащих на сплошном упругом основании без гипотезы Винклера-Циммермана. Дипломная работа в Петроградском технологическом институте, 1922, 92с.

28. Wieghard. Uber den Bairen auf nachgiebier Unterlagl Zeitschrift fsngew Math and Mechan, 1922.

29. Пузыревский Н.П. Фундаменты. -М.-Л., Госстройиздат, 1934, 516с.

30. Герсеванов Н.М. Собрание сочинений, т. I.- М., Стройвоениздат, 1948, 270 с.

31. Жемочкин Б.Н., Синицин А.П. Практические методы расчета фундаментных балок и плит на упругом основании.-М., Госсторойиздат, 1962,239 с.

32. Филоненко-Бородич М.М Простейшая модель упругого основания, способная распределить нагрузку. Труды МИИТ, вып. 58, Трансжелдориздат, 1945, с.42-49.

33. Власов В.З., Леонтьев H.H. Техническая теория расчета фундаментов на упругом основании. Материалы совещания по теории расчета балок и плит на сжимаемом основании. Сб. трудов МИСИ, №14,1956, с. 12-31.

34. Черкасов И.И. Механические свойства грунтовых оснований. Авто-трансиздат, 1958, 156 с.

35. Клейн Г.К. Строительная механика сыпучих тел. Госстройиздат, 1956.

36. Винокуров Л.П. Прямые методы решения задач для массивов и фундаментов. Изд. Харьковского университета. Харьков, 1956.

37. Строганов A.C. Анализ плоской пластической деформации грунта. "Инженерный журнал 1965, т.У, вып. 4.

38. Строганов A.C. Некоторые проблемы пластичности грунтов. Автореферат докторской диссертации. М., 1968, 68 с.

39. Вялов С.С. Некоторые проблемы механики грунтов. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1970, №2.

40. Зарецкий Ю.К. К расчету ленточных фундаментов на нелинено-деформируемом основании. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1970, №1.

41. Гениев Г.А. К вопросу обобщения условия предельного равновесия сыпучей среды. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1968, №2.

42. Евдокимов П.Д., Ширяев В.А., Липовецкая Т.Ф. Распределение напряжений по контакту бетонное сооружение нескальное основание. Изв. им. Веденеева, "Энергия", 1970, т.92.

43. Малышев М.В. Распределение напряжений в нелинейно деформируемом основании, нагруженном сосредоточенной силой. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1963, №3.

44. Широков В.И., Соломин В.И., Малышев М.В., Зарецкий Ю.К. Напряженное состояние и перемещения весомого нелинейно-деформируемого полупространства. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1970, №1.

45. Ломизе Г.М., Крыжановский А.Л. Основные зависимости напряженного состояния и прочности песчаных грунтов. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1966, №3.

46. Прагер В., Ходж Ф.Г. теория идеально пластических тел, ИЛ. М., 1956.

47. Винокуров Е.Ф. Итерационный метод решения анизотропных линейных и нелинейных задач механики грунтов. Ротопринт ИС иА Госстроя БССР. Минск, 1970.

48. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. Изд. АН СССР, 1942.

49. Федоров И.В. Некоторые задачи упругопластического распределения напряжений в грунтах, связанные с расчетом оснований. Инженерный сборник, том XXVI. М., 1958.

50. Горбунов-Пасадов М.И. Расчет устойчивости песчаного основания под жестким штампом в условиях смешанной задачи. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1961, №6.

51. Рейтман Г.М. К расчету полосы, лежащей на упругопластичном основании. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1965, №1.

52. Седых Е.К. Построение эпюры реактивных давлений под жестким фундаментом на основе смешанной упругопластической задачи. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1961, №4.

53. Мурзенко Ю.Н., Дыба В.П., Распределение деформаций в полупространстве под действием полубесконечных нагрузок. Известия СКНЦ ВШ, серия технические науки, 1975, №4, с.72-75.

54. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений/ Госстрой СССР-М.: Стройиздат, 1985.-40 с.

55. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений. НИИ Оснований. М., 1964.

56. Кузьмин П.Г., Феронский В.А. Проектирование фундаментов по предельным состояниям. М., 1963.

57. Далматов Б.И. Определение размеров подошвы фундамента и нормативного давления на грунт основания. Л. 1964.

58. Линович Е.Г. Линович Л.Е. Расчет и конструирование частей гражданских зданий. К. 1964.

59. Ситников МЛ. Номограммы для определения размеров подошвы фундаментов. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1966, №1.

60. Справочник "Основания и фундаменты" под редакцией Г.И. Швецова, М. Высшая школа, 1992.

61. Давиденков H.H. Струнный метод измерения деформаций. -JL- М.: 1933, 59 с.

62. Покровский Г.И. Центробежное моделирование (новый метод исследования устойчивости и прочности сооружений).-М.-Л.: ОНТИ, 1935, 54 с.

63. Лалетин Н.В. Основания и фундаменты.М.:Высшая школа,1970, 351 с.

64. Покровский Г.Й., Федоров И.С. Центробежное моделирование в строительном деле. -М.: Стройиздат, 1968, 247 с.

65. Бобков В.Ф. Обзор экспериментальных работ по измерению напряжений в грунтах. Труды ДорНИИ. М., вып.1,1938.

66. Березанцев В.Г. Экспериментальные исследования осесимметричного предельного напряженного состояния грунтов. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1970, №4.

67. Родштейн А.Г. Некоторые итоги натурных исследований реактивного давления грунта под подошвой жестких фундаментов. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1959, №2.

68. Малышев М.В. О влиянии среднего главного напряжения на прочность грунта и о поверхностях скольжения. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1963, №1.

69. Криворотов А.П. Об условиях работы песчаного основания под подошвой вертикально нагруженного штампа. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1965, №3.

70. Криворотов А.П. Напряженное состояние песчаного основания в начальной стадии выпирания грунта из-под жесткого штампа. -Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура, 1976, №2, с. 125-130.

71. Родштейн А.Г. О распределении касательных напряжений по подошве жестких фундаментов. Гидротехническое строительство, М. №9 1951.

72. Родштейн А.Г. Лабораторные и натурные исследования реактивных давлений под жесткими фундаментами на песчаных основаниях. Труды координационных совещаний по гидротехнике. Вып. III, Госэнергоиздат, M.-JL, 1962.

73. Липовецкая Т.Ф. Экспериментальные исследования распределения напряжений по подошве жестких штампов расположенных на песчаном основании. Изв. ВНИИГ, т.49,1953.

74. Липовецкая Т.Ф. Экспериментальные исследования распределения напряжений по подошве жестких штампов расположенных на песчаном основании. Сборник трудов МИСИ, 1956, №14.

75. Баранов Д.С. Измерительные приборы, методика и некоторые результаты исследования распределения давлений в песчаном грунте. Научные совещания, М., 1959.

76. Баранов Д.С. Некоторые вопросы методики измерения давлений в грунтах. Труды координационных совещаний по гидротехнике. Выпуск III. Госэнергоиздат, М.-Л., 1962.

77. Баранов Д.С. Выбор основных параметров грунтовых месдоз из условий наименьшего искажения измеренных давлений. Труды ЦНИИСК, вып. 14. Госстройиздат, 1962.

78. Криворотов А.П. Напряженное состояние песчаного основания под подошвой незаглубленного штампа. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1969, № 1.

79. Криворотов А.П. Экспериментальные исследования несущей способности песчаного основания при вертикальной нагрузке на незаглубленные штампы. Автореферат, Новосибирск, 1963.

80. Мурзенко Ю.Н. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния основания под жестким фундаментом. Канд. диссертация, Новочеркасск, 1964.

81. Мурзенко Ю.Н. Результаты экспериментальных исследований характера распределения нормальных контактных напряжений по подошве жестких фундаментов на песчаном основании. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1965, №2.

82. Мурзенко Ю.Н. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния несвязанного основания под жесткими фундаментами. Научные труды "Основания, фундаменты и механика грунтов". Изд. Высшая школа, вып.2, 1967.

83. Куликов К.К. Экспериментальные исследования совместной работы плотного песчаного основания и сборных ленточных фундаментов. Дис. Канд. Техн. наук. Новочеркасск, 1969.-203 с.

84. Минцковский М.Ш. Об упругом ядре в песчаном основании под предельно нагруженным штампом. Научно-технический бюллетень "Основания и фундаменты", №18-19,1957.

85. Березанцев В.Г. Предельное сопротивление песчаных оснований предельным нагрузкам, Сб. ЛИИЖД, 1952 №144.

86. Березанцев В.Г., Ярошенко В.А., Прокопович АХ., Разоренов И.Ф., Сидоров H.H. Исследования прочности песчаных оснований. Трансжелдор-издат, 1958.

87. Ремизников В.К. Новый метод исследования деформаций грунтов и некоторые его практические применения. Изв. ВНИИГ, т.36,1948.

88. Кашкаров П.Н. Усовершенствование метода парафинированного экрана для исследования деформаций песчаного основания. Изв. ВНИИГ, т.87, Л., Энергия, 1960.

89. Аринина Э.В. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния песчаного основания при осесимметричном нагружении. Дис. Канд. Техн. наук. Новочеркасск, 1972.-149 с.

90. Ревенко В.В. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния песчаного основания под круглым штампом. Дис. Канд. Техн. наук. Новочеркасск, 1982.-160 с.

91. Галашев Ю.В. Упругопластические деформации в песчаном основании круглого штампа. Дис. Канд. Техн. наук. Новочеркасск, 1986.-195 с.

92. Шматков В.В. Деформации оснований сплошных плитных фундаментов в нелинейной стадии работы. Дис. Канд. Техн. наук. Новочеркасск, 1985.-202 с.

93. Субботин А.И. Работа оснований ограниченной распределительной способности. Дис. Канд. Техн. наук. Новочеркасск, 1995.-213 с.

94. A.C. 1768703 СССР, МКИ Е 02 Д 1/00. Устройство для измерений напряжений в грунте /.Мурзенко Ю.Н., Шматков В.В., Скибин Г.М., Моргунов В.Н., Субботин А.И. Опубл. 1992, Бюл. №38

95. Харин Ю.й. Механические процессы, происходящие в песчаном основании жесткого штампа при увеличении нагрузок до предельной. Дис. Канд. Техн. наук. -М, 1981.-166 с.

96. Мурзенко ЮН., Скибин Г.М. Экспериментальные исследования работы песчаного основания ленточных фундаментов.//Исследования и разработки по компьютерному проектированию фундаментов и оснований. НПИ, Новочеркасск, 1996, -С.53-57.

97. Березанцев В.Г. Расчет оснований сооружений. Л.: Стройиздат, 1970.- 195 с.

98. Малышев М.В. Теоретические и экспериментальные исследования несущей способности песчаного основания. Инфомационные материалы ВОДГЕО, 1953, №2.

99. Минцковский М.Ш. О некоторых вопросах плоской задачи устойчивости оснований сооружений. Изд. АСиА УССР, Киев, 1962.

100. Горбунов-Посадов М.И. Расчет устойчивости песчаных оснований при совместном использовании теории упругости и теории предельного напряженного состояния сыпучей среды. Инженерный сборник АН. T.XII, 1952.

101. Христофоров B.C. Расчет устойчивости грунта в основании сооружений с учетом клина уплотненного грунта. "Гидротехническое строительство", 1952, №2.

102. Горбунов-Посадов М.И Устойчивость фундаментов на естественном основании. М., Госстройиздат, 1962.

103. Мурзенко Ю.Н Применение решения смешанной задачи теории упругости и пластичности грунтов к расчету оснований ленточных фундаментов //Исследование напряженно-деформированного состояния оснований и фун-даменов. НПИ, Новочеркасск, 1977, -С.11-16.

104. Дыба В.П. Оценки несущей способности гибких железобетонных фундаментов//Исследования и компьютерное проектирование фундаментов и оснований: Сб. науч. тр./ НГТУ, Новочеркасск, 1996.- С Л 0-25.

105. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела.2-е изд.-М.: Наука, 1988.-712 с.

106. Дыба В.П., Скибин Г.М. Анализ предельного состояния под шероховатым ленточным фундаментом. //Нелинейная механика грунтов. Тр. Российской конф. с иностранным участием, Санкт-Петербург, 23-25 июня 1993 г. Т. 1-С.98-103.

107. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения /Под ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова, М: Стройздат, 1985. 480 с.

108. Березанцев В.Г. Расчет оснований сооружений. JL: Стройиздат, I960,- 138 с.

109. Дыба В.П. Скибин Г.М. Верхние оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов. «Основания, фундаменты и механика грунтов» 1997 №6 .С2-6.

110. Соболь И.М. Многомерные квадратурные формулы и функции Хаа-ра. М: Наука, 1969. - 288 с.

111. Политов С.И. О моделировании схемы разрушения железобетонного фундамента под колонну на песчаном основании//Напряженно-деформированное состояние оснований и фундаментов: Сб. науч. тр./ НПИ, Новочеркасск, 1977.- С.36-40.

112. Дыба В.П. Скибин Г.М. Оценки несущей способности шероховатых ленточных штампов. // «Строительство 98» Материалы международной научно-практической конференции. Тез. док. Ростов н/Д.: РГСУ, 1998,- С.140-141.

113. Ревенко В.В., Скибин Г.М., Галашев Ю.В. Расчет оснований по несущей способности с графическим представлением результатов. // Исследования и разработки по компьютерному проектированию фундаментов и оснований. НПИ, Новочеркасск,1990, -С.63-68.

114. Моргунов В.Н., Скибин Г.М., Субботин А.И.Новые решения в конструкциях фундаментов.//Исследования и разработки по компьютерному проектированию фундаментов и оснований. НПИ, НовочеркасскД993, -С.81-84.

115. Сорочан Е.А. Фундаменты мелкого заложения на естественном основании/ ЦНИИС Гостроя СССР, вып. 7. Архитектупа и строительство. М.,1997.

116. Фидаров М.И. Основания и прерывистые фундаменты. Орджоникидзе: «Ир», 1973.

117. Фидаров М.И. Определение важнейших размеров ленточных прерывистых фундаментов с учетом совместной работы их с основаниями. Изв. СКНЦ ВШ. Ттехн. науки, 1980, №1, С. 76-79.

118. Фидаров М.И. Расчет основных размеров прерывисто комбинированных фундаментов. //Экспериментально-теоретические исследования процессов упругоплаегаческого деформирования оснований и фундаментов: Сб. науч. тр./ НПИ, Новочеркасск, 1980.- С.37-41.

119. Голубков В И., Тугаенко Ю.Ф. и др. Шпальные и клиново шпаль-ные забивные фундаменты. Киев, Будшеяьник, 1976.

120. Разоренов В.Ф. Номограммы для определения размеров блоков прерывистого фундамента. «Основания, фундаменты и механика грунтов» 1978 №3 .С.11-16.

121. Мурзенко Ю.Н. Расчет оснований зданий и сооружений в упругопла-стической стадии работы с применением ЭВМ JL, Стройиздат. Ленинг. от-ние, 1989.-134 с.

122. Мурзенко Ю.Н., Дыба В.П., Шматков В.В. и др. Разработка компьютерной технологии поиска оптимальных решений в многовариантном проектировании фундаментов и оснований: Отчет о НИР / Новочерк. политехи, ин-т. Тема №8. Новочеркасск, 1991. 69с.

123. Дыба В.П., Луценко А.К. Применение экспертных систем в компьютерном проектировании оснований и фундаментов. // Механика грунтов и фундаментостроение: Тр. Рос. конф. по механике грунтов и фундаменто-строению. Спб, 1995. Т. 2. С.292-297.

124. Артоболевский И.И. и др. Об исследованиях с помощью ЭВМ при постановке задач оптимального проектирования: Докл. АН СССР. М., 1977. Т. 233. №4 С.124-145.

125. Скибин Г.М., Моргунов В.Н. Оптимизация параметров ленточных фундаментов и фундаментов в вытрамбованных котлованах в ПК АПОФЕОС. .//Исследования и разработки по компьютерному проектированию фундаментов и оснований. НПИ, Новочеркасск,1996, -С.77-81.

126. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции/ Госстрой СССР.-М.: Стройиздат, 1985.

127. СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГОСУДАРСТВЕННОМ КОМИТЕТЕ СССР ПО НАУКЕ И ТЕХНИКЕ (ГОСКОМИЗОБРЕТЕНИЙ)еЛ/?1768703

128. На основании полномочий, предоставленных Правительством СССР,

129. Госкомизобретений выдал настоящее авторское свидетельствона изобретение:

130. Устройство для измерения напряжении в грунте"

131. Автор (авторы): Геннадий Михайлович и другие,указанное в описании1. Заявитель: Заявка №

132. НОВО'ЧЕГКАОСКИГЙ ПОЖГЖШИЧЕОКИЙ ИНСТИТУТ ИМ.сето ордаоникидзз4826702 Приоритет изобретения 21 мая 1990г

133. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений ССОР15 июня 1992г.

134. Действие авторского свидетельства распространяется на всю территорию Союза ССР.союз советскихсоциалистических Cl I 1 О 1 AJLIQ А Ореспублик <т ОЦ <||> I О 140/О АО51.5 Е 02 D 27/01

135. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)1. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1. К ПАТЕНТУ21.4806102/3322. 27.03.90 (46)07.05.93. Бюл. № 17

136. Новочеркасский политехнический институт им. Серго Орджоникидзе

137. Ю.Н.Мурзенко, В.В.Шматков. Г.М.Ски-бин, В.Н.Моргунов, А.Н.Субботин

138. Новочеркасский политехнический институт

139. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика, М. Стройиздат, 1985, с. 39, р. 4.1,

140. Тетиор А Н. и др. Справочник. Проектирование фундаментов, Киев, Буд(вельник, 1981, с. 49, Р.Ш.8.6.Н.54. ЛЕНТОЧНЫЙ ФУНДАМЕНТ

141. Изобретение относится к строительству. а именно к ленточным фундаментам под самонесущие стены, и может, быть использовано в качестве ленточного фундамента для жилых и промышленных зданий с самонесущими стенами.

142. Цель изобретения снижение расхода материала.

143. Изобретение поясняется чертежом: фиг. 1 план сборной плитной части ленточного фундамента; фиг. 2 - узел сопряжения перпендикулярных ленточных фундаментов.

144. Ленточный фундамент, включающий опорную плиту, выполненную с горизонтальными пустотами, и вертикальную стенку, отличающийся тем, что с целью снижения материалоемкости фундамента, опорная плита образована из уложенных поа