автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Колебания свай и свайных фундаментов при горизонтальных динамических нагрузках



гх:у;Мг"!?вж;иЕ коеттят vcw^oft «mwan ;.o эдсшшг образован®

^WHSrfPCKAH ГСС1.! "РОТОЕННАЯ Л11ЛДННИЯ СТРОКГЕЛЬОТВА

Ks иравах рукописи

ЛИЙОЕСШ СТЛКИСЛЛИ ВИКТОРОВ«

уж 624 1154: 624. í 59

1КШБАИИЯ СВЛЯ И СРАЯ11ЫХ ЯЯЩАШГГОЗ

гпи горизонтальных ¿жамкчеоких н/грузидх

05.23.02 - Основания и ¿y :,i»?htu

Автореферат диссертации на соисгапие ученой стошн кандидата технически:;

КОБОСИб.!рСГ - 10i..!

«.Зога кгяишюиа б ТаьзсыОирсюи шиокернс ауродолыни«

йкюкзгую им. а Е !5?й0ьшьа

руководитель - доктор чълннчеекм. иауг., профессор |ярЛшгии Шхаил Иванович)

ОФвцьчам:ш оппоненты - доктор технических наук, профессор

Соловье*) Юрий Кшюлитович;

кандидат технических н&уги, доцент ид^ов к£ий кйзкыирович

Ведущая ортшвышя - институт "Сиборгзнергострой" г. Нэ-ЫДКЗНрСК

Сащюа состо»лг \3_" г. в часол

иа еаседаши сявци&?илрошы-го Ога/га К 034.04.03 Швоеи-Оирской Гсеударствэнно^ академии егроителюп.а.

О диссертацией ¡¿охаю ознакомиться ь библиотеке института. Прочим Шо принять учаапя ь и направить Вгл отзыв в

двух сквоияхярах, аа&ирвшшк печатью Вакего учрзядгния, по адресу; 630008, г. Новосибирск, ул. >нингрэдекая, 113, ИИСИ, уч<;-КЫй Оовв^.

рагог..и<ш '* ' " ууъ^гк^у_____г,

¿/м>лЛ

Учшй оьхр-льрь си*иг -.¡енрлаииого оолмг/и

мшдеззг наук,

дарю II /,,¿-5 ¿(шаьаеев а. а.

у

!

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Увеличение мощности машин и оборудова-ия, создающих в процессе своей работы динамические нпгрувки, х концентрация в отдельных производственных поме пениях и , дновременно, ужесточение требований к уровню колебаний, воэ-уддаемых этими машинами, ставят задачу дальнейшего совер-енствования методов расчета оснований и фундаментов, повышена их надежности и точности, поиска новых конструктивных рвений. В связи с этим становится необходимым более полное изу-ение поведения свайных фундаментов при динамических воа-ействиях. Известно, что в строительстве свайные фундаменты ироко используются и обладают рядом достоинств в сравнении с онструкциями на естественном основании (например, меньшая ма-еркалоемкость, возможность использования в сложных грунтовых словиях и т. д.). Однако, в качестве фундаментов под машины ни не нашли еще широкого распространения. Особенно это асается фундаментов, воспринимающих горизонтальные динами-еские нагрузки. Причины такого пололвния заключается в неостаточной изученности реальной работы свай и свайных фунда-ентов при воздействии на них динамических сил, в отсутствии диного подхода к определению их параметров местности и демп-ирования, в слабом экспериментальном обосновании расчетных оделей таких систем.

Целью диссертационной работы является экспериментальное и еоретическое изучение поведения свай и свайных фундаментов ри горизонтальных динамически" нагрузках и разработка метода асчета основных динамических параметров системы с целью даль-ейшего использования их в расчете колебаний.

Для выполнения указанной цели решаются следующие задачи:

- изучить и провести анализ существующих подходов к опре-елению динамических параметров системы свайный фундамент-снование;

. - выполнить комплексные лабораторные, полунатурные и на-урные исследования поведения свайных фундаментов при горизон-альних динамических нагрузках, изучить влияние различных фак-сров на их колебания;

- разработать на основе волновой модели метод определения

3

параметров юэсткости и демпфирования системы с целью испольв вания их для расчета колебаний свайных- фундаментов;

- сравнить расчетные и экспериментальные данные, соэде алгоритм метода для возможности осуществления расчета колес ний с использованием персональных ЭВМ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА состоит в следующем:

1). В результате лабораторных, полунатурных и натур! •экспериментальных исследований изучены зависимости парамет] колебаний свайных фундаментов от различных факторов (длины количества свай, способа соединения сг . с ростверком, м& системы, угла наклона свай и др.);

2). На основе волнового подхода получеды выражения определения параметров жесткости и демпфирования системы св ный фундамент-основание при горизонтальных динамических н рувках;

3), Разработан инженерный метод расчета динамических рзметров свайного фундамента, выполнена его алгоритмизация целью реализации на ЭВМ;

4). Выполнен анализ расчетных и экспериментальных даш сделаны выводы и даны рекомендации по применению разработа! го метода опр<- "эления динамических параметров, предложены вые конструктивные решения свайных фундаментов.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ:

1). Яроведен большой комплекс экспериментальных иссл< ваний с опытными и натурными свайными фундаментами при : действии на них горизонтальных динамических нагрузок, по: ливший выявить влияние различных факторов на колебания сис

2). На основе современных представлений о взаимодейс свай с грунтом получена методика определения динамических раметров системы свайный фундамент-основание для расчет колебаний;

3). Разработан инженерный метод расчета колебаний сва го фундамента на основе полученных динамических параметре использованием ЭВМ;

4). Разработаны новые конструктивные решения, защищу авторскими свидетель^.- ми, позволяющие снижать уровень г Саний свайных фундаментов, подвергающихся динамическим иш кам;

5). Сделаны выводи и рекомендации по применению метода »асчета и новых конструктивных решений для более надежного 1рогноаа и, в случав необходимости, снижения уровня колебаний !вайнш фундаментов.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Методика расчета динаш-юских параметров системы машина-свайный фундамент-основание «^пользовалась для прогноза уровня колебаний свайных фундамен-■ов под горизонтальные компрессоры на Кемеровском производственном объединении "Азот" (результаты исследований вклю-1ены в научно-технические отчеты за 1982-87 г.г.), на Запад-го-Сибирском металлургическом комбинате (результаты исследова-[ий включены в научно-технические отчеты за 1985-1988г. г.), на Зердском химическом заводе. Документально подтвержденный зко-гомическмЯ эффект составил 75,5 тыс. рублей в ценах 1990 года, "азработапшда рекомендации по расчету и применению новых инструктивных репений сеэйных фундаментов предложены для «^пользования на Новое йирской ТЭЦ-5, Новосибирском производственном объединении "Инструментальный завод" и других предприятиях Новосибирска, Новокузнецка, Кемерова и др. горо-[ов Западаю-Сибирского региона. Поручено два авторских свиде-■ельства на изобретения.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЕ Основные материалы исследований, содер-ащихся в диссертационной работе, обсуждались на V, VI, УП всесоюзных конференциях по динамике оснований, фундаментов и годземных сооружений <Ташкент, 1981; Нарва, 1985; Днепропет-овск, 1989), на Всесоюзных конференциях "Совершенствование ¡абот нулевого цикла с использованием средств механизации и етоматизации" (Уфа, 1981), "Экспериментальные исследования шяйнерных сооружений" (Новополоцк, 1986); на Всесоюзных еове-цзттх и семинарах "Дигамика энергетических сооружений £30-87), (ДЭС-91)" (Москва, 1987, 1991), "Мобильные и быстро-озводимыа здания, сооружения и комплексы: опот и перспективы" Пушкин, 1989); на республиканских конференциях "Повышение ровня индустриализации в фундаментостроении с применением но-ых конструкций и технологий" (Уфа, 1986), "Совершенствование асчета и конструирования фундаментов" (Севастополь, 1990); на властных конференциях ОТО Стройиндустрии <Новосибирск, 981-1985 ); на научно-технических конференциях НИСИ (Новоси-ирск, 1881-1993) и научных семинарах кафедры княенерной гео-

5

догии, оснований и фундаментов ШЗИ (Новосибирск, 1982, 1981 1393).

Диссертационная работа выполнялась в соответствии программой и планом научно-исследовательских госбюджетных (к темы 6.30.003.02) и хоздоговорных работ НИСИ.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положении диссертации опубликованы 27 печатных работах, в т. ч. получено 2 авторских свидетельст на изобретения.

ОЕЬЕЫ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 4 paaj лов, заключения, списка литературы - 180 наименований, лрш иения. Работа изложена на 232 страницах, из них 138 етры основного текста (в том числе 25 таблиц) и 70 рисунков.

НА ЗАЩИТУ Ш'ЮСЯГСЯ 1). Анализ имеющихся теоретически) экспериментальных исследований сдвиго-вращательных колебш свай и свайных- фундаментов;

2). Методика экспериментальных исследований опытных и i турных свайних фундаментов;

3). Экспериментальная проверка поведения свайных фун, ментов при горизонтальных динамических нагрузках, изуче влияния различных факторов на параметры колебаний системы;

4). Решение по определению динамических параметров (же кости и демпфирования) свайных фундаментов при горизонталь динамических нагрузках, базирующееся на волновой модели сис ш, и разработанная на его основе методика расчета парамет колебаний свайных фундаментов, в т.ч. с применением ЭВМ.

5). Новые конструктивные решения свайных фундамент направленные на снижение уровня их колебаний.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР литературных источников, выполне: в первом разделе, посвящен экспериментальным и теоретиче! исследованиям поведения свай и свайных фундаментов при : действии на них горизонтальных динамических нагрузок, ана подходов, методов расчета систем и моделей, использующихся этом.

Среди значительного числа исследований, посвящзниш п дений свай и свайных фундаментов при динамическом аагруж большая доля приходится на иг-чение вертикал1.юй формы кол

6

ifl, значительно меньшая - сдвиго-врашдтелоной формы. Ревуль-аты экспериментальных доследований свай и свайных фундаментов hi различного рода динамических нагрузках изложены в работах Т. Аубакирова, Л- Д. Баркана, С. IL Гриб, A. A. ¡Жукова, Ы. И. Эабыли-i, U. П Захваткина, Б. А. Ильичева, Л. П. Карабановой, Ю. Г. Лебеде-1, B.II Леличенко, ВЛ1 Манойлина, Г.Я. Межевого, Ю. В.Монголова, А. Савинова, Л. Р. Ставницера, Г. R Степанова, Е IL Шаевича, С. Швец и др. За рубежом этой тематикой занимались Aegarwall, Y. Boreduqo, R. Caul, N. Donovan, R. Grig-g, Hayashi, T. Ka^awa, K. Kubo, T. HaganU, UHovak, B. Prakash, Raush, E. Re issuer, R. Robertson, W.Saul, I.Singh, S. Yamainoto ДР.

Первые исследования, выполненные в тридцатые годы в стра-> (Баркан Д. Д. , 19-48) заложили основы общего представления об юбепностях поведения свайных фундаментов. Эксперименты с де-¡вяшшми сваями в натурных условиях позволили сделать вывод ) их низкой эффективности при действии горизонтальных динаыи-iciciix нагрузок в сравнении с конструкциями на естественном ¡новации. Позднее этот вывод подтверждался (R И. Манойлин, IVO, Ы. IL Захвапшн, 1980) или опровергался (А. А. Дуков, ЕЛеличенко, 1971) результатами опытов с призматическими ке-13обетонными сваями. Во многих работах отмечается положи-¡льное влияние на увеличение сдвиговой жесткости системы фун-»мент-грунтовое основание повышения изгибной месткости свай и : количества в ростверке (Ь Г. Лебедев, 1970; Elf. Шнойлин, 160, 1970; KV В. Шнгодов, 1975, 1980 и др.), а также примемс гя свай переменного пп длине сечения (Г. А.Задворнев, 1977; П. Задатки!), Н.е.[Цв<зц, 1977, 1980).

Дискуссионным является вопрос об оценке рациональной глуши погружения евай (длины эквивалентной консоли), с пре^ыше-[ем которой не происходит изменений в динамическом поведении 1айного фундамента. Изучение этого вопроса стразкьло в работах Т. Аубакирова, Д.Д. Раркана, М. И. Забшшна. Ю. Г. Лебедева, И. Мэнойлина, ИХ Е Монголова, Э. Рауса, О. А. Савинова и др. и этом получен значительный диапазон изменения рациональной убины погружения свая в сходных грунтов!« условиях (от 1' и 20dL, где ei- размер поперечного сечения приата-хической т-зобетоиной сваи). Указанный факт приводит к необходимости льнейших исследований в этом направлении.

7

Применение свай обычно преследует цель увеличить сдв> вую «эсткость системы в дополнение к упругому сопротшш естественного основания под подошвой ростверка Однако В. К койлик, Ю. Г. Лэбедев (1S70) и др. не обнаружили ожидаемого лажительного эффекта. Эго явление объяснено формированием вора между грунтом, частью свай и подошвой ростверка. Иссл ваши И. И. Еубиса (1068), М Novak, R. Grigg (1976), В. Кз, (1083) свидетельствует об обратном, т.е. в опытах варегис1 ровано увеличение сдвиговой жесткости вследствие конт ростверка с грунтом.

Ищется тага® противоречия в количественной оценке и нения жесткости системы при переходе от шарнирного еоедин свай с ростверком к ласткому. А. Т. Аубакиров (1977, 1989) о ным путем установил изменение этого показателя в 3-4 р Ц it ¡¡ахваткин (1930) в подобных исследованиях отмечал то ДВОЙ1! ;.': увеличение показателя жесткости.

Сравнительно мало работ посвящено изучению поведения лонных свай при горизонтальных динамичеасих нагрузках (Э. i 1965; М. Novak, 1977-; Г. А. Иарченко, 1976; Б. М. Иазо, 1986). обстоятельство не позволяет сделать детальных выводов с эффективности в сравнении с конструкциями на вертикальных ях.

Наиболее тщательно изучено влияние массы свай и фунд; та на сдвиго- гадательные колебания системы (например, Л. I рас-. ;ва, 1978; В. ЯМанойдин. 1970; КХ В. Монголов, : Л Г. 1'рофишшсов, 1968 и др. ).Во всех работах отмечено сип; амплитуд и увеличение резонансных частот при увеличении м участвующей в колебаниях.

;Нйтфирующие свойства свайных- фундаментов изучали основном параллельно с решением других задач (А. 1'.Аубак R J*. • :'бис, В. Н. Леличенко, R. Caul, В. Prakash, S. Aggarvial и Установлено, что показатели затухания колебаний изменяю широких пределах. Это Еызвано, очевидно, разнообразием гр ьых условий, конструктивными особенностями свайных фундам и рядом других фага'оров.

Требует дальнейшего изучения вопрос о нелинейности баний. Важно определить не только ее значение, но и гр проявления, так как имеющиеся работы (Д. Д. Баркан, ü а). лов. 1976; И IL Голубцова, 1. Н. Лунусов, 1967; iL П. ЗахвЕ

8

; В А. Ильичев и др. , 1977; М. Novak, 1976 и др. ) содержат ма противоречивые выводы и заключения.

Теоретические исследования работы свайных фундаментов при мических нагрузках проводили Д. Д. Баркан, КС. Завриев, Ильичев, Г. Н. Степанов, О. Я Изхтер, Г. С. Шгшро, Т. Nagami, vak, E.Rauch и др. Точность определения параметров колеба-фундамента зависит прежде всего от выбранной модели. Су-■вутадие методы расчета сдвиго-вращателъных иэлебаний Сази-,'ся в основном на следующих моделях:

- модель, основанная на представлении свай в виде балки трутом основании, которое описывается условными параметра-жсткости;

- дискретная модель сваи;

- модель, исполъзухщаяся волновые закономерности при ■ смотрении взаимодействия сваи и грунта

Анализ . практических методов рас ':та фундаментов на коле-ия показал,что при этом используются, как правило простей- ■ модели, слабо отражающие действительную работу системы, более интересным и перспективным в этом плане представляется менение волновой к»дели, исходные параьктры которой имеют > таточно четкий физический смысл и могут определяться непос- • дственными испытаниями (например, методом ультразвукового следования грунта, предложенным 11 И. Эабидиньш, Е. К. Мойсей-0.

Проведенный анализ литературных источников позволил сфор-;ировать цели и основные задачи дальнейших исследований.

ВО ВТОРОМ РАЗДЕЛЕ излагаются методика и результаты зкспе-лентальных исследований сдвиго-вращательных колебаний сьай-{ фундаментов. С целью изучения влияния разнообразных фагагй-з на поведение свай и свайных фундаментов были скоиплектова-вибро-и тензоизмэрительные установки. Первая предназначать для измерения амплитудо-частотных характеристик системы ндамент-основание и состояла из осциллографа типа Н041УЧ. 2, мллектов вибродатчиков марок К001 и ВЭГИК с регуляторами спггаба записи Р003 и магазина шунтов Р156. Вторая - для оп-деления картины напрязяенно-деформированного состояния свай и гистрации частот их свободных колебаний; она состояла из . :-ти канального осцидлографа типа Ю44.1, тензометрического илителя ТДА-6 и тензодатчиков, разменянных на свае (рис.1).

ч ЙШ енБРодатт

(

Г"

' 777

ОСЦИЛЛОГРАФ

Н0Ч19Ч.2

запись /мтмЕТРШ коп свитого фун(\!\тт ртнчныл точш

УСИЛИТЕЛЬ

ТДА-6

л

осцтюгррр Н0ЧЧ.1

ЗАПИСЬ ЧА

ф ают.ка

И НАПРЯМ 6 ТЕЛЕ СВ1

Г] ГРУЗ

л

5)

П^-Г

яда-

Рис. I. Схема использования измерительных установок при испытаниях фундамента (а) и определении показателя изгибпои кест;сости сваи (б)

а) а с Ц 1028787

1 - РОСТВЕРК

г- сы\ я

ъ-пжтнны пащтчт сколыненпя

4 - ДОМКРАТ тотого аЕПСТШ

5 - ГРУНТОВОЕ ОСНОВАНИЕ

5 ■"'•'м

Рис. 2. Новые конструкции сваших фундаментов и резона ше кривые их колебании

С5с нтоерительж-га установки многократно градуировал/г ь ка эОроплатфорш БИЛ СО АН СССР и, специально изготовленном яля гих целей, ствиде; они показали ducoww стабильность и нздел-ость п габоте для ищюкого диапазон .-тот и нагрузок.

Рксперияентальнне исследования проводились о на гуртя,ш я питыми еваЛиыми фундаментами на строительных п'лопущкпх и в ействуюиих цехах (г.г. осибирск, Новокузнецк, Кемерово и р.) при значительном разнообразии грунтовых условий, а тгага опытными Фундаментами и в грунтовом лотке НКСИ (3x3x2 ы),ва-'(мшенном мелит; ¡юодуино-сухим песком.

Для создания гармонических горизонтальных нагрузок «^пользовался двухвальный вибратор с изменяемым мошнтоы деба-юлсов л рабочим диапазоном частот от 4 до 60 Гц. СвсСоднвэ здлебанта craft и свайпих фундаментов воабуддались маятников»™ хпром.

Ростверки опытных фундаментов изготавливались из металлических пластин и кэлезоботона, сваи - из стальных труб различного диаметра, дерева к бетона. Разработаны методика и стенда для оц9нки сдвиговой жсткости свайных фундаментов и показателя изгибной лесгкости свай.

С целью изучения влияния различных факторов на поведение свайных фундаментов нря горизонтальных динамических воздействиях и получения материала для экспериментального обоснования расчетного метода было прс-"едено бохэе £00 опытов с на-туршяш и опытнькн свайнь!.',..ч фундаментами.

Эксперимент"! позволили установить:

1. Отмеченная в опытах нелинейность колебаний достаточно хорошо описывается aiiaj;".оческой зависимостью, используемой в расчетах фундаментов ка естественном основании (В. Колоуиек, 1965). При определенном соотношении горизонтального динамического усилия и нагрузки на свайный куст {Р*/Ы.< 0,35) разница в собственной и резонансной частотах не превышает 10% и ио-гят не учитываться.

2. В большинстве расчетных случаев реальных свайных фун-й'чентов при определении сдвиговой кееткость необходимо отказаться от учета сопротивления грунта под подошвой ростверка. Пак показали исследования, при несудай способности сваи, су- . дественно превышаяпрй статическую нагрузку на нее, ыояет пару-ааться контакт меиду нижней гранью ростверка и основанием. г,.-ч

11 •

атом наблюдается отрицательный аффект от применения о сравнении с фундаментами на естественном основании, исчэзг при увеличении суммарной нагибной жесткости свай.

3. При групповом расположении свай наблюдается их & кое влияние, что сопрововдаетс'я повышением амплитуд толе' свайного фундамента. Эксперименты и опытиьш фундамента реальных грунтовых условиях позволили установить "бевопа расстояние мевду осями свай, которое мо.йэт бить. ориентиро принято большим или равным (4-5)с1, где р&вшр нопере сечения сваи.

4. Переход от шарнирного закрепления свай в ростве газетному позволяет увеличить показатель местности свс фундамента на сдвиг до 4 раз.

Ь. Параметры колебаний свайного фундамента чувствт реагируют на изменение гак изгибной жесткости свай (ЕЗ), и упругих свойств грунта. Изменение показателя ЕЗ на 255 водиг к уменьшении амплитуд колебаний на 2030Х в завис) от частоты. Увеличение модуля упругости грунта в 30 раз < ет амплитуды колебаний до 12 раз, повышая частоты сво1 колебаний до 4 раз.

6. Увеличение масси ростверка и его заглубления в позволяет снижать амплитуды сдвиголвращиельных колеб уц..;- - швать частоты резонансных вибропервдакзний. Изучен пень влияния указанных факторов на колебания опытных и них фундаментов.

7. Применение наклонных свай может служить эффел конструктивным мероприятием в снижении ашлигуд горизона колебаний свайных фундаментов. При углах наклона свай к калькой оси 14-18 град, (оптимальный диапазон) достш уменьшение амплитуд колебаний до 1,6 раза.

8. Увеличение длины свай сверх некоторого предела I водит к изменению сдвиговой жесткости системы фундамент вание. Ш результатам исследований рекомендуется приник циональную длину свай, исходя из соотношений "¡¡/<1 - 10 варнирном сопряжении свай с ростверком и = 20-22 местком.

9. Стабилизация динамических перемещений при сдви щательньог колебаниях свайного фундамента не наступает м но. Процесс протекания ее за исит от вида, свойств и со

12

>унта, а ташка частоты динамичешсого воздействия. Для песча-а грунтов время стабилизации на превшгает 0,26 часа, для пи^ жато-глинистых - 0,5 часа, для грунтов в мерзлом состоянии -•б часов (при частоте дннаиичесиого воздействия до 30 Гц).

10. При нквких частотах горизонтальных далебанпй (до .1-12 Гц) наблюдается хорошая сходимость втор статических и .шамических изгибащих моментов в сваях. Длинные сваи дефор-;фуются в основном в верхней части до глубины (1/3-1/2) Ь. ри этом величины и характер распределения изгибающих моментов ависят в" основном от способа соединения сван с ростверком, и-:то?и длнзмичзосого вовдействия, перемещения верхнего конца ваи и упругих свойств грунта, расстояния до точек с нулевыми згибаведшн моментами удовлетворительно согласуется с рацио-альиой длиной спай.

Используя результаты экспериментальных исследований, раз-аботаяы новые 1®нетруктивныа ресения свайных фундаментов, озволямцие снижать ашмит/ды горизонтальных юзлебаниЯ за счет бжаткя грунта под подошвой ростъерка и увеличения сдвиговой всткости системы. Суть разработок и эффективность их прииене-ггя показаны на рис. 2.

В ТРЕТЬЕМ РАЗДЕЛЕ на основе волновых представлений о вза-¡шдейетвии сваи с грунтовый основанием и ряда допущений, пришли по результатам экспериментов, разработана методика ол-«деления характеристик жзеткоети и демпфирования сие теш ¡вайный фундамент-основа!»«, используемых при расчете кодеба-шй.

Свая рассматривается в виде цилиндрического стерам, находящегося в грунтовом массиве. Грунт заменяется упругой инерционной средой, не теряющей контакта с телом сваи в процессе го перемещения. Связь ыэжду указанными перемещениями и реакцией принята по решению В. А. Баранова (1065) как для цилиндра, зпираодэгося на упругое полупространство, н контастирувдего 5оковой поверхностью с совокупностью бесконечно тонких слоев. [Три горизонтальных смещенпах указанная зависимость выражается функцией перемещения и безразмерного комплексного параметра (5и.), зависящего, в свои очередь, от упругих свойств грунта и частоты динамического воздействия.

Уравнение упругой линии сваи с учетом неизменности нагибной местности (£3) н массы единицы длины («О с течением коор-

13

дштты при свободных колебаниях и«еет вид:

92u(?,t) Saijf.t)' . • r s , r fc J +<"- * T 4s«» + «-Sv«>(?,t)=f

где t - текукдя координата времени; с. - коь¿фициент и psimero демпфирования материала сваи; С - кодулъ сдвига гр;

Регвд дифференциальное уравнение методом разделения п ьшшых, получены аналитический вавнедоюги для определения акций на концах свая при различных способах их вшгрепле Шлучешша выражвния нсполъвоваш для составления диффере озыпос уравнений двмювпя свай при заданной гормопотэской рузке. Например, при шарнирном вакреплении гол'.и свай и г; шмоском горизонтальном возбуждении уравнение двилзния писется:

dtl г3 t

где Z - длина свая; Рхб - дннаылческоо усилие РЛ(А) ~ функции, зависящее от способа вакреплэния концох и комплексного частотного параметра Л (приняты по работе яоукека Е , 1665).

Сопоставляя пояучэшшз уравнения с имеющимися в ; работах (Е.С.Сорокин, I960), получены формулы для опред показателей л»сткости к демпфирования. которые с учетом £0элшй М. Novak (1074) дл:т одиночной свая затааутея а ви

Hi.. -Лс с -

.J4,z . 'АЕ d-с.г. =-

где Кхя>Схх " показатели гкесткости и демпфир соответственно; размер (радиус) поперечного сечени О.?*4"^} " приведенная частота; \1Г - скорость сдвигов'.; в грунте.

Применяя правила статических расчетов, найдены пог гйсткости и демпфирования для куста свай в целом. Вт параметров жесткости и демпфирования выполнено с испод

ЭВМ для большого числа исходных данных (-0 - коэффк>....,)' Пу-юна, /Ус - отношение скоростей распространения упругих [н в грунте и материале бваи; £/т.0- соотношение геометрики х размеров сваи; ас- приведши?« частота). Полученные ре-[ьтаты представлены в виде таблиц и графиков. Они испольоо-1ы для анализа влияния каждого из перечисленных факторов на оше параметры и для расчета амплитуд колебаний реальных |йных фундаментов. При э:.;:,! • >гут быть применены известные ения дифференциальных уравнений движения тела при сдви-враш^Т( динамических воздействиях (М. И. Забылин, 1981).

Анал1. ,:ичных подходов к определению показателей яесТ-ти и демпфирования, содержащийся в разделе, позволил оце-ь предлагаемую методику как предпочтительную. В частности, и потому,что вдесь используются исходные характеристики юсще четкое Физическое обоснование и возможность опр«деле-прямыми испытаниями.

ЧЕТВЕРТЫЙ РАЗДЕЛ посвящен экспериментальному обоснованию длагаемой методики, содержит предложения по упрощению м"то-расчета.

Расчетные амплитуды колебаний приводятся в сравнении с перимэнтальными, зарегистрированными на ряде натурных фун-ентов (рис.3). Как видно из сравнения данных, пред/таемая одика, основанная на волновой модели, гои соблюдении неко-ых условий и пределов вполне приемлема для практического чета сдвиго-вращательных колебаний свайных фундаментов.

Упрощение методики расчета достигается: использованием анее определенных промежуточных значений показателей дест-ги и демггфи. . зания (таблицы, графики - результаты расчета ЭВМ); определением указанных выше параметров для реально эствующих в практике проектирования и строительства преде; использованием для практических расчетов алпроксимирован-аналитических оависимостей функций жесткости и демпфкрова-, не снижающих точт.сти расчета; исключением из расчета ма-гачащих величин исходных параметров (например, тага' ,' к.,». Мшциент внутреннего демпфирования, значение которого в знении с аналогичными показателями грунта, чрезвычайно ма-; учетом того обстоятельства, "(то параметры лоэсткости и тфирования имеют практически постоянные значения в достаю иирских пределах изменения исходных данных..

15

В разделе содержатся таблицы и ¡рафики, позволяющие опр делять показатели жесткости и Демпфирования одиночной желез бетонной сваи в зависимости от большого количества измен? щихся исходных факторов (например, отношения скоростей рас ространения волн Ч-/\/с - рис. 4, а; коэффициента 11уассона рис. 4,6 и др.). Приводятся рабочие формулы для расчета колес ний фундамента с необходимы!...! пояснениями и упрощениями. Ые5 дика расчета по указанным формулам проверена на примере ощ деления амплитуд сдвиго-вращательных колебаний свайниго фун; мента компрессора типа 1Г-260/320 Кемеровского производстве ного объединения "Азот". Получена хорошая сходимость расчет: и экспериментальных данных.

Метод может быть легко реализован как на персоналы ЭВМ, так и с применением простейших вычислительных сред' (при использовании таблиц и графиков промежуточных дина ческих параметров, содержащихся в работе).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ К ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В работе на базе расчетно-экспериментальных исследова поведения свай и свайных фундаментов разработана методика ределения динамических характеристик системы, основанная волновом представлении взаимодействия свай- и грунтового ос вааия. Методика позволяет получать д. - аточно надежные амп тудо-частотные характеристики колебаний свайных фундаменты

Многочисленные эксперименты с натурными и опытными ег ными фундаментами повволили установить новые и про; • циеся закономерности в поведении фундаментов от различных <] торов, накопить полезный материал для сравнения с результат расчетов.

Внесены предложения по упрощению, алгоритмизации и п] раммированию методики расчета. Содержатся сведения о н< конструкциях ев?:"-'фундаментов, способных снижать ампл] ды колебаний и д.. рекомендации по их расчету.

Проведенные исследования позволили подучить следу! основные результаты и выводы:

1. Анализ существующих экспериментальных и теоретичен подходов к изучению колебаний свайных фундаментов позв обосновать необходимость дальнейших исследований их повед

16

}СНчП

28 £ГЦ

Рис. 3. Резонансные кривые горизонтальных колебали1'1 свайного фундамента (расчетные: С1Ш1 - ко методике ШпП 2.02.05-87, ВЫ - волноп^я модель; Э. - экспериментальная)

Куж юЧкН/м ; -103к.Н с/л 1; КууЮЧкНм^СщМ кН м-с

Кхх

Р'с. 4. Расчетные показатели жесткости (К) и демпфирования (С) одиночной спаи (а - в зависимости от отношения скоростей волн в грунте и материале - таи; б - в зависимости от козф. 1Г юс она)

5

при горизонтальных динамических нагрузках.

2, Разработана и реализована' методика эксперииентал исследований натурных и опытных свай и свайных фундамен скомплектованы пибро- и тензоиэмерителыше установки, отли вдеся высокой точностью и надежностью в определении осно динамических характеристик.

3. Проведенные экспериментальные исследования позво оценить влияние различных факторов на с,-, .иро-вращателыше лебания свайных фундаментов, обосновать полученные расче результаты, внести предложения по сниманию амплитуд колеб системы. В частности, установлено:

- отмеченная Б экспериментах нелинейность колебе достаточно точно описывается аналитической зависимое используемой для фундаментов на естественном основании и, определенном соотношении горизонтального динамического ус и нагрузки на свайный кует, может не учитываться;

- при определении сдвиговой жесткости свайных фундаме расчетом необходимо отказаться от учета сопротивления под дошвой ростверка; учет возможен только в случаях иыш» возможности недоуплотнения грунта и образования зазора i подошвой ростверка и основанием;

- волнового взаимовлияния свай в кусте при расстс ыевду их осями более 5¿ не наблюдается; при расстоянии i Sel учет влияния может бить осуществлен введением поправо* козффициента;

- благоприятно сказывается на снижении амплитуд ropi тальных колебаний фундаментов переход от шарнирного к же« закреплению свай в ростверке, увеличение его массы, приме! наклонных ( козлоеых) свай с определенным углом наклон, зш ление ростверк в грунт, >ве:: ;е иагибной жесткости ci модуля упругости грунта (особен.:., в верхней части свай);

- использование свай длиной, превышающей эффективную бину погружения, не является экономичным, так как не оказ| положительного эффекта на сдвиговую жесткость свайного ф; мента;

- стабилизация динамических перемещений зависит от : свойств грунта, характера и частоты динамического воздей и практически оакаг им • :я через несколько часов от и гармонического динамического воздействия;

- величина и характер распределения ивгибающих моментов ваях вависят от способа их соединения с ростверком, частоты амического воздействия, перемещений верхнего конца свай и утих свойств грунта; при ииаких частотах колебаний эпюры йнтов от статических и динамических нагрузок по длине сван ктически совпадает.

4. Полученные на основе волнового подхода аналитические ;исимостн для определения динамических параметров достаточно шо описывают реальное поведение свай и свайных фундаментов I воздействии на них горизонтальных динамических усилий.

5. разработанная методика определения основных динами-:ких характеристик системы свайный фундамент-основание дает »мощность получать достаточно точит и надежные, в сравнении экспериментальными и другими мето/п,;-. .ми, результаты. Приме-гмые при этом исходные характеристики имеют четко выраженный зический смысл и могут быть определены прямыми испытаниями.

6. Анализ и сопоставление экспериментальных и расчетных иных подтверждает пригодность предлагаемого расчетного мето-

для прогнозирования колебаний свайных фундаментов. Введен-э упрощения, практически не влияющие на точность расчета, горитмизация и программирование позволяют использовать ука-нную методику для инженерных расчетов.

7. Реализация новых конструктивных решений фундаментов, едлагаемых в работе, дает возможность снижать уровень их го-зонтальных колебаний за счет соединения достоинств конструк-;й на естественном основании и свайных фундаментов.

В ПРИЛОЖЕНИИ к диссертации представлены программы для вычленил динамических характеристик свайного фундамента по йличным методикам и акты внедрения результатов работы.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Линовский С. В. Штодика исследования иапряденно-дефор-1рованного состояния опытных свай при сдвиго-вращательных ко-¡баниях// Изв. вузов. Строительство и архитектура.-1982.-4.- С. 29-31.

2. ЗаСылин И И. , Линовский С. а Исследование горизонталь-IX колебаний ошл-ных свайных фундаментов // Совершенствование 4йот 1иХнологии нулевого цикла с использованием сгедств шха-лзаша И автоматизации: Тезисы Всесоюзной конференции. - Уфа, 381. - 0.76-79.

3. Лшювский С. Е Наследование напрялиний в опытных С1 при горизонтальных колебаниях фундамента // Пути повышения фективности строительства- Тезисы областной научно-техничес конференции. - Новосибирск, 1981. - С. "38-09.

4. Лшювский С. В, Сдвиго-вравдтельные колебания опьп свайных фундаментов при динамических нагрузках // Молоде} научно-технический '^югресс в строительстве: Тевисы доклг областной конференции молодых ученых ШОстройиндустрин. -ьопибирск, 1981. - С. 36-38.

5. .Линовский С. Е Экспериментальные исследования гориг тальных колебаний свайных фундаментов с наклони!».;,! свая» Динамика оснований, фундаментов и подземных сооружений: Тег V Всесоюзной конференции., Ташкент, 8-10 декабря 1981 г., Ы., 1981. - С. 201-203.

6. Линовский С. Е Работа свайных фундаментов при сдв! вых динамических воздействиях // Эффективность конструи материалов и методы производства строительных работ в усдог Западной Сибири: Тезисы областной научно-технической конфе) ции - Новосибирск, 1082. - С. Б0-Б1.

7. Лияоеский С. В.. Забылия & И. Исследование рационал! длины свай на моделях фундаментов с горизонтальными динг ческими нагрузками // Известия вузов. Строительство и архит тура - 1982. - N 11. - С. 27-30.

8. А.С. 1028787 СССР,- МКИ Е 02 0 27/12. Свайный фунда» / И И. Забылин, С. Е Линовский (СССР) - N 3375217/29-33; зал! но 29.12.81; опубликовано 15.07.83, Бол. N 26 // Открыв Изобретения. - 1983. - N 26. - 0.95.

9. Линовский С. Е , Забылин М. И. Штод расчета колеб; свайного фундамента при горизонтальных динамических наг] ках// Пути снижения материи..,:емкости строительных констру! и интенсификация строительного производства: Тезисы облает научно-технической конференции. - Новосибирск, 1983. - С. 2(

10. Линовский С. Е , Забылин 1£ И. Колебания опытного с дашнта при <. аз личном способе закрепления свай в ростверке Пути экономии ресурсов в строительстве в условиях Сибири: висы областной научно-технической конференции. - Новоеиби) 1984. - С. 24.

11. Линовский С. Е , Забылин М. И. Способы снижения амг гуд горизонтальных колебаний свайных фундаментов// Вопросы

20

гния эффективности строительства: Тезисы областной науч-гехнической конференции. - Новосибирск, 1985. - С. 9-10.

12. ЛиновскиЛ С. В., Забшши М.И. Влияние упругих свойств нта и ивгибной жесткости свай на горизонтальные колебания дамента// Динамика оснований, фундаментов и подв^'пых еоо-ений: Тезисы VI Всесоюзной конференции, Нарва, 1-3 октября 5 г., - Л. , 1985. - С. 314-310.

13. Забылии Ы1L , Лшшиский С. R , Нузкдин Л. Б. Динами-кие испытания свайных Фундаментов//Эксперименташше иссле-¡ания инженерных сооружений: Тезисы докладов VI Всесоюзной |ференции - Новопслоцк, 1986. - С. 72-73.

14. Забылин М. >1., Линовский С, R , Нуждин Л. R Динамитов расчет и проектирование свайных фундаментов// Ускорение гчно-технического прогресса в фундаментостроении. Т П. Мето-проектирования эффективных конструкций оснований и фунда-1TOB. - М. : Стройиздат, 1987. - С. 270-271.

15. Забылин M И., Линовский С. R , Нукдин JL R Применение зциальных конструкций роетверксв для снижения горизонтальных лебаний// Повышение уровня индустриализации в фундаментост-энии с применением новых конструкций и технологий: Тезисы кладов и сообщений научно-практической конференции. - Уфа, SS. - С. 45-46.

16. ¿ылин M. И., Линовский С. R Колебания свайных фунда-ягов от вертикальных динамических нагрузок//Повышение надед-сти энергетических сооружений при динамических воздействиях ЭС-87): Катериалы конференций и совещаний по гидротехнике, ,1 , лая 1987 г. - Л. - 1989. - С. 143-147.

i,. Линовский С. R, Забылин R И. Работа свайных фундамен->в при горизонтальных динамических нагрузках// Актуальные юблемы внедрения научно-технического прогресса ... : Тезисы >кладов научно-технической конференции. - Пушкин, 1989. 105-106.

1С. А. с. 15027Í6 СССР, МКИ Е 02 D 27/20, 27/12. Свайный гндамент / ML И. Забылин,■ С. R Линовский, Л. В. Нувдии (СССР) -4280116/23-33-, заявлено 07.07.87; опубликовано 23.08.89, ил. N 31// Открытия. Изобретения. - 19G9. - К 31. - С. 95.

19. Забылин М.И. , Линовский С. Е., Нуждин Л. В. Методы синения колебаний свайных фундаментов//^инамика оснований, фун-аментов и подземных сооружений: Тезисы VII Всесоюзной конф"-

21 ,

{лзнции, Днепропетровск, 25-27 сентября 1989 г. - М. - 10£ С. 283-284.

20. Линовский С. Б., Забылин М. И. Свайные фундамент! горизонтальных динамических нагрузках/удинамика основе фундаментов и подземных сооружений: Тезисы ТО Всесоюзной ференции, Днепропетровск, ?5-27 сентября 1989 г.- М. С. 92-93.

21. Линовский C.B., Забылин Ы.И. Определение динамич« параметров системы "свайный фундамент-основание"//Тезисы ладов научно-технической конференции НИСИ. - Новосиб!

1990. - С. 48-49.

22. Забылин М. И , Линовский С. В., Нуадин Л. Я Рацио] пые конструкции фундаментов под машины и их расчет//» шенстБование расчета и конструкций фундаментов: Тезисы д< дов научно-технической конференции. - Севастополь, 199( С. 87-88.

23. Линовский С. BL, Забылин К И. Расчет колебаний cbj го фундамента//Архитектура и строительные конструкции: Т' докладов научно-технической конференции НИСИ. - Нэвоскб:

1991. - С. 64-65.

24. Забылин И. И., Линовский С. В., Нуждин Л. В. Проек вание свайных фундаментов под машины, Учебное пособие, восибирек: ШСИ, 1991. - С. 88.

25. Линовский С. Я, Забылин >1 И. Эксперимента обоснование способа снимания горизонтальных колебаний сва фундамента//Архитектура и строительные конструкции: Т докладов научно-технической конференции НИСИ. - Новосиб

1992. - С. 53-54.

26. Линовский С. В. , Нуадин JL Я Предложения по ра колебаний свайных фундаментов специальной конструкции//С тельные конструкции и расчет сооружений: Тезисы докладов но-технической конференции НИСИ. - . Новосибирск, 199 С. 48-49.

27. Линовский С. R Влияние продолжительности динамич го воздействия на колебания свайного фундамента//Строите конструкции и расчет сооружений: -Тезисы /¡''"спадов научно-т ческой конференции НИСИ. - Новосибирск, 1993. - С. 47-48.