автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Несущая способность конструкций анкерных свай морских гидротехнических сооружений

РГ6 од

санкт-пегЬбургсшй ордена октябрьской революции и ордена

трудового красного знамени инженерго-сяроителшый институт

На правах рукописи

САЛИМОВ Салим Вахяддин оглы

УДК 624.046.014.27:622.242.422(043)'

НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ АНКЕРНЫХ СВАЙ ЮРСКИХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Специальность 05.23.01 - строительнгз конструкции,

здания и сооружения

А В Т О Р'Е Ф Е Р А-Т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1993'

Работа выполнена в Санкт-Петербургском органа Октябрьской Революции и о равна Трудового Красного Знамени инженерно-строительной институте.

Научный руководитель - доктор технических наук,

црофеосор Савдаровский P.C.

Официальнне оппоненты - доктор технических наук,

профеооор Трулль В.А. кандидат технических наук Шаховцрв в.А.

Ведущая организация - ГоойШИ "Еипроморнефгегаэ"

Защита состоитоя * / 1993 г, в час.

^ мин, на заседании, специализированного совета К 063.31.01 в Санкт-Петербургском инженерно-строительном институте ш адрес: 198005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д.4,

С диссертацией мокло ознакомиться фуциамептальной библиотеке институт".

в ауд.

Ученые секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, дс

^й.Мэроаов

0Б11М ХАРАКТЕКЮТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одними из главных энергетических источников в современном каре яеляются нефть и газ. Интенсивна-разработка нефтяных и газовых месторождений н* суша приводит к истощению запасов, поэтому добыча нефти в морских и океанических акваториях приобретает важное значение. В недалеком будущем суточный отбор неф"и из морских мест, рождений составит около 50% от суммарной мировой добычи; так как свыше 40% разведанных месторождений находится на дне Мирового океана.

В недрах Каспийского моря до настоящего времени разведано 21 месторождение, в 16 из них ведется нефтедобыча на глубинах до 250 м.

Освоение нефтяных и газовых мэсторовдехгй в морской акватории связано с созданием площадок, выполняющих роль суши, л использованием специальных катодов бурения скважин на море. На месторождениях ведется строительство инженерш»*: гидротехнических сооружений: стационарных крупноблочных мэталлических плат-|*ор:л,- эстакад с многочисленными площадками и других индивидуальных сооружений для разигощения нефтедобывающего оборудования.

. Одним из важных и ответственных вопросов обеспечения прочности и устойчивости морских гидротехнических сооружений является крг 'ЛЭШЭ'ИХ к МОРСКОМУ ДНУ.'' ■■•;'.'

В качестве несущих опор морских осгованаЯ применяются многослойные трубоцемэнтные анкерные сваи. Последние представляют собой трубчатый шталдический ство^, забитый в слой грунта дна юря через опорные колонны сооружения. Во внутренней полости ствола пробуривается грунтовая пробка и устанавливаются один или несколько анкерных сердечников, состоящих из труб разных диаметров. Пространство мегаду сердечникам, металлическим стволом и опорной колонной сооружения заполняется тамгонажным це-мэнтным раствором. ,

. Расчетные нагрузки, действующие на гидротехническое сооружение, воспринимаются анкерным креплениями. Определение действительной работы многослойных трубоцаквнтных свай является сложной и не вполне решенной задачей. Методика расчета устойчивости и прочности анкерных свай разработана недостаточно.

Опыт проектирования и строительства креплений морских оснований показывает, что расход металла на сваи составляет до 50$ от расхода стали на гидротехническое соорукение в целом. Это обусловливает необходимость совершенствования существующих методов расчета трубоцзментных элементов, предназначенных для свай.

Цель работы - Теоретическое и экспериментальное исследования несущей способности внецэнтренно скатнх многослойных трубо-цемэнтных свай при кратковременном и длительном загрукениях.

Научная новизна. Разработана аналитическая методика опреде-. ления напряженно-деформированного состояния двухслойных трубоце-ментных сг.ржней аа пределом упругости при кратковременном aar-ружении.

Цред~)жвнн методики расчета несущей способности двухслойных трубоцемэнтных свай при кратковременном и длительном загруаениях.

Получеы достоверные результаты экспериментальных исследований устойчивости трубоцемэнтных свай натуральных размеров при кратковременном и длительном эагружениях.

Автор защищает:

- датоды расчета устойчивости внацентренно сжатых многослойных трубоцемэнтных свай за пределом упругой работы стали пра кратковременном и длительном загрукениях;

- результаты эксперишнталышх исследований неоущэй способности двухслойных тррбоцвдантных свай при кратковременном и длительном загрукениях.

Практическое значение работы. Предложена практическая методика расчета несуще! способности для двух типов конструкций ' а>1Убоцешнтных свай. Получены графики критических зависимостей коэффициента продольного изгиба внецэнтренно сжатых стержней, от его гибкости, позволяющие определить критические значения пара-мэтров конструкции трубоцзиэнгншс свай в зависимости от экоцент-риситета прил жения нагрузки, Разработанная на персональном компьютере програм: г позволяет рассчитывать устойчивость вне-цен-^нно -жатых многослойных трубоцегштных свай.

Подученные в диссертации результаты, используются при проектировании свайных оснований морских гвд^ютохначеских сооружений в института "Гппроморнефтегаз".

• . Аптобация та зты. Основные результаты исследований докладывались и-обсукаались на 5-2 научно~ттснической конференции молодых ученых и специалистов ~о проблемам освоения нефтегазовых

месторождений (Баку, 1989 г.), 50-й научной ногфэренции профессоров, преподавателей, научных сотрудников и аспирантов СЮИСИ (Санкт-Петербург, 1993 г.).

Публикации. По результатам -иссартации опубликовано три работы.

Стщкт.ур? и объем работы, диссертация состоит из вьдония, четырех глав, заключения и списка литературы.

Общий объем работы 184'страниш, в том числе 116 страниц машинописного текста, 68 рисунков, 5 таблиц, список использовал-' ной литературы из 102 наишновашй.

СЩЕВШИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш, сформулированы

и задачи исследования, показаны новизна и практическая дикость работы.

В первой глазе приводится краткий обзор работ по расчету несущей способности внецентренно сжатых трубоцекэнтяых свай и трубобетонных стержней при кратковременном и длительном затру-жениях.

В настоящее время для крапления мэроких гидротехнических . сооружений примвнгггся забивные,, буро заливные и комЗилрованные конструкции свай. Тип .инструкций с разшры свай определяются по следующим условиям: глубине иэря, характеристике грунта,вертикальным и горизонтальным расчетным нагрузкам, а также изгибающим моментам, возникающим в сооружении и передающийся на. анкерное крепление.

До настоящего времена несущая способность шогослойных тру-боцегантных свай проверялась расчетными формулами, применяемыми в расчете железобетонных сэчешй, а внутренняя труба принималась как меткая арматура. При этом не учитывается эффективность бокового обжатия цементного камня многослойными трубами. С другой стороны, при расчете прочности и устойчивости анкерных креплений кэ учитывается работа стали за пределом упругости. 3 результате резервы несущей способности трубодаментных свай недоиспользуются, что приводит к повышению материалоемкости. Метод расчета много-. ■ слойных трубоцэшнтных свай, испытывающих внецэнтреннов сжатие,1' в отечественной и сарубежной литература практически не известок. Малочисленны экспериментальные исследования устойчивости вне- ■. цэнтренно сжатых многослойных йгемантов натуральных размеров.

В исследованиях Ф.М.Гадвиева приводится методика расчета не-, супуэй способности Енецонтренно снятых трубоцеывнтных свай, которые рассчитываются как келезобетонный элеглзнт с жесткой арматурой с дальнейшим учетом :. Зфекта стальной обоймы; гибкость элемента в расчетах на учитывается.

Экспериментальные исследования прочности цементного камня в стальной трубе были проведена М.С.Махмудовым. В результате опытов установлено, что трубоцемантные элементы работает эффективно при непосредственной передаче нагрузки на ядро цементного камня. Прочность последнего повышается при уменьшении диаметра обойьл и увеличении толщины ее стенки.

Вопросы прочности многослойных трубоцешнтных свай исследовались Ф.М.Садыговым. Рассматривалось четыре основных случая работы двухслойных свай в чазисимостл от механических свойств внешней и вадтре"чей труб .Автором получены расчетные формулы для двухслойного анкера из сталей обычной прочности.

Во второй части обзора рассматриваются работы, посвященные вопросам устойчивости вноцвнтренно скатых трубобетонных стеркней при кратковременном загрукении. Несу пая способность таких элементов исследовалась в работах А.А.Аистова, О.Н.Алпериной, Б.М. Бро.тде, А.А.ГЕОЕЯ^ва, Г .И.Голобородько, А.АДолкенко, С.К.Кусяб-галиеь-, ».ФЛшатова, Л.К.Лукши, В.И.Маракуца, И.С.Передерия,

B.В.Еинадкана, В.А.Росновского, Р.С.Санжаровского, Р.Н. Сурдина, Н.Ф.Скворшва, Л.И.Сторокенко, В.А.фулля, ЭД.Чихладзв, И.О. Ярового и других отечественных и зарубежных ученых.

Из анализа этих р; Зот видно, что между оценками результатов различных исследователей сущестнуют противоречия, заключающиеся в определении наступления предельного состояния в трубобетонных элементах.• " ' ,

В третьей части обзора приводится краткий анализ внецент-ренно сяатых т-убобеяонвых элементов при длительном загрукении. Основы т'ории ползу*" эсти были разработаны и развиты в работах

C.В./лехсатчровсного, К.Х.Арутюйяна, Л ^оДьцмана, В.Вольтера, А.А.Гсоэдева, Ф-.Р.Дишнгера, Г.Н.Шслойа, Ю.'Р.Рканигщна, Х.Уит-нея, И.И.Улицко^о и Других учбйых.

Влияний пойз&чесй бёто'ка ва ней^Щую способность трубобетонных конструкций исоЛбйовайа !Г.А. ГаиЗарон, Б.И.Голобородько, А.АЛолкенко, В.И.Маракуца, $.С,Санварот,скиЙ, И.С.Ярове 1 и другие.

Кесуоая способность ннехгнтрешо сжатых трубобетонных эле-ьеГнтог с учетом ползучести изучена достаточно хорошо сравнятоль-

но с несущей способностью трубоцемнтных элементов. Экспериментальные исследования ползучести цементного камня в многослойных трубоцемвнтных сваях практически отсутствуют.

Анализ исследований показал необходимость совершенствования методики расчета устойчивости гибких внецентренно сжатых многослойных труб01гюнтных свай. Для достижения указанной цели необходимо решить следугопие задачи:

- разработать ютодику 'расчета "отойчивости напряженно-деформированного состояния многослойных анкерных свай за пределом упругой работы стали при действии кратковременной и длительной нагрузок;

- разработать практическую методику расчета несущей способности трубоцементшх свай при внецентренном сжатии;

- провести экспериментальные исследования устойчивости внецентренно сжатых многослвйных трубоцемэнтных элементов натуральных размеров при кратковрешнном и длительном загруяениях.

Во -второй глава на основе общего мэтода. предложенного Р.С.Сатарове -.им, разработана методика расчета напряженно-дефор-: дровандаго состояния и устойчивости внецентренно сжатых двухслойных трубоцемэнтннх стержней при кратковрешнном загружении для двух типов конструкции свай.

Трубоцементна« свая находится в слокнонапряженном состоянии под воздействием вертикальных л-горизонтальных нагрузок, изгибающих № центов и сопротивления грунта. В нормах несущая способность свай от действия различных нагрузок рассматривается раздельно,. так как одноврешнный учет всех расчетных сил на анкерное крепление невозможен. Трубоцеметная свая, воспринимаю- * щая вертикальную силу и изгибающий мэмент, представляется как внецентренно сжатый стержень, к концам которого прикладываются приведенные значения эксцентриситета сжимающих сил (рис.х).

. Исследование-выполнено на основе общепринятых допущений: зависимость шад нормальными напряжениями и деформациями принимается в виде идеализированной диаграммы с линейным упрочнением (рис.2, где а,б - для сталей внешйей и внутренней труб; в - для цемэнтного камня); допускается справедливость гипотезы плоейих . сечений; очертание изогнутой оси'стержня аппроксимируется полуволной косинусоиды; используется приближенное выражение для кривизны стержня; работа цементного камня на раотякение не учитывается. о • •

Для расчетной половины стержня, отделенной наиболее натру-'

кенным сечением, составляются условия равновесия

где 2 - расстояние от центра тякоста сечения до элементарной площадка (рис.3,б).

Элементарные пловдцки для стала;; внешней и внутренней труб и цементного камня выражаются через угол Л , величина которого является текущей координатой:

с/Рсг< -2Ш<х; йР.ггД'япЫь^г)

Из условия равновесия (I) выводятся выражения для продольных сил' и изгибающих моментов в случае двухсторонней текучести с упрочнениями стали внятней трубы в поперечном сечении стеркнл. Внутренняя трубг полностью сжата, деформация текучести с упрочнением затрагивает только сжатую , зону . Нейтральная ось пересекает сечение внешней трубы (см.рис.3,6).

После интегрирования и преобразования продольная сила и момент в стержне будут иметь следующий .вид:

/7=—6г-Я*'. п.....В . . (3)

уЛ'/Мг[со$£ -СД5/> -/^¡51п[агСС05^]-йгСС05^]-

(4)

где

- ~Л{251/12% - +3117Г-2$1Л2£ * (6)

X

р е л

а

f \ -J

X Л

/ -

■ ß -1 À . е

В.выражениях (4) я (6) введены следующие обозначения:

/Ф -n,)COSfi+ п< COSf]/j; • (?)

,где б'т, <5т, Е, Etf. - соответстешо напр^яженьл и деформагчя текучести, шдуль упругости и модуль упрочнения для внешней трубы;

£г,£', Ер - то же для внутренней трубы; 6г, £г, Еч ~ Я™ цементного камня.

Условия совместности депортации дебетного камнял сгальу. внешней и внутренней труб из соотношений (7), тлеют ¿ид:

п MSfi-COSf, . п _ COSP-CDSy" . . COSfo-CDSt ' COSfi-CQS f J (Щ

где f,^',^- соответственно углы перехода от упругой части сечения к области текучести для сталей внешней и внутренней ¿руб, а также цементного камня в ска гей зоне стержня; В - то ке для стали внешней трубы в растянутой зоне стержня; JS - угол, определяющий положение нейтральной оси (см.рис.З.б).

Выражение для продольной силы в зависиюста от параметров напряженного состояния поперечного сечения стержня можно представать в следующем виде ' •

В . (9)

"..зогнутая ось стержня "

уf.COS> . ' (10)

где X, Lj, - координаты точки оси стержня; тЪксялшьный прогиб.'

Предполагается справедливым приближенное внракё?^ чля кривизны ^ 1

ctx* ' ' Á'4

. Кривизна выражается через краевые деформации стержня:

? Zfí E-D . • (I2;

где- 6 - высота упругой зоны сечешя (см.рис.3,6).

Выражение (II) решается с учетом (10) и сравнивается с (12). Тогда при X =0

. (13)

Условия равновесия половины стержня, отделенной сродним сечением ' ■

Р-Рви; MgM=P(e+fi.

- 12 -

Из уравнения (14) определяется прогиб среднего сечения

{=мв„/р-е. (15)

Из выражений (13) и (15) получается условие равновесия изогнутой форма стержня в зависимости от параметров напряженного

состояния 2 £

= ^^гт.С03Г)> (16)

х^е т=е/Р.'

Для определения условия критического состояния стержня в выражении (16) исследуется функция

(17)

на условный экстремум с использованием метода неопределенных множителей Лагракжа.

Функция неопределенных множителей Лагранжа составляется в виде суммы четырех слагаемых:

сю

В качестве дополнительных условий связи переменных используются выражения (8) и (9):

#7 = С05/ -сов^ - п/СОВр-СОВ^=О; (19)

/77 В - п

Щ-соэрШу 37 ~ и' С20)

Третье уравнение связи определяется по эпюре деформации стержня (см.рис.3,6), из условия равенотва расстояний упругой зоны с в растянутой и сжатой части сечения:

Ф3~2COSfi-COSf-COS8=0. (21)

Условиями экстремума являются

др п. ЭР п. ч •

Из (22) получается условие критического состояния двухслойного трубоцементного стержня

ВгАр-Вр-Аг(ВдАр-дрАв)-2(ВвАг$А9) - .

В (23) введены обозначения:

öf -f(<-t)(r-<f)

* cosfazccosf-ln,cosf)]-n.cosfJ+azcDosfpri,cosf)J-q'jrJ-

* COSfQZCCOSfp (l-nJüOS/JJ-ll-njCOSßy QSCCOs[j;(-t-n)*

Ai - (24)

cos[azcco$pln, COS/JJ-n, CDS fj+SÜtfoeCCOSfj; n, COSf)jj; A^j^Sln^; ■

' сf-Ъ) ^sJ]]r-ff-n,)cos/J * sui[azccos{J.{f-/7,)*

Ад =-ß(l*2)SLnQ.

Параш три напряженного состояния f , Д ,6 удовлетворяющие уравнению (23), будут давать в уравнении (16) критическую длину двухслойного трубоцсшнткого старым.

Таким образом, для отыскания критических зависимостей решав то система двух нелинейных уравнений (9) и (23), где определяются относительный эксцентриситет т и фактор силы é*/ér с последующим вычислением длины стержня L из выражения (16).

Критерий потери устойчивости внещэнтренно сжатого стержня записывается в виде

SM-fl§f ; S/V-О . (25)

На 'основании приведенной методики расчета устойчивости стержней разработана программа на персональном компьютере, По этой программе были рассчитаны возможные варианты и случаи распределения напряжений и деформаций в поперечном сечении двухслойных трубоцементных стержней при потере устойчивости для

двух типов конструквдй свай. Случаи напряженно-деформированного состояния стержней классифицируются по следующим признакам: распределению предела текучести по растянутой и сжатой сторонам стержня - односторонней 'рис.3,а) и двухсторонней текучести с упрочнением, односторонней текучести с упрочнением (рис.3,а,б), ковда поперечное сечение стержня полностью сжато (рис.З,в);по глубине достижения деформации текучести с упрочнением по поперечному сечению стержня; расположению нейтральной оси стержня в -поперечном сечении относительно внешней и внутренней труб.

По полученным результатам с помощью персонального компьютера была построена номограмма критических зависиюстей 6*/èr-m--LfP (рио.4).

В тротьей главе приведены сведения о мзтодике испытаний, объеме экспериментальных исследований, конструкции опытных образцов, технологии их изготовления, мзханических свойствах материалов, а также о подученных основных результатах испытаний при кратковрешнном загружении. •

Основной целью испытаний являлось подтверждение теоретических исследований.

В соответствии с поставленной задачей исследования было изготовлено 38 образцов двухслойных трубоцементных элементов натуральных разшров. Образцы состояли из внешней трубы диаметром 159x6 ш и внутренней трубы - 114x7 мм. Для центровки внутренней трубы относительно внешней к конпам первой трубы по наружному диаметра' привариг злись ограничители.

Двухслойные трубоцэюнтные образцы имели длины: 1000, 2600 i. 3400 мм. Эксцентриситеты приложения нагрузки составляли 35, 70 и 105 мм.

Заполнение опытных образцов производилось тампонажным портландцементом, предназначенным для цементирования специальных "скважин. При "том водоцементное отношение составляло 0,5.

ДЕ~хслоЙные т^боцемантные образцы имели коноэруктиЕнне особенносч. Образцы I группы были полностью заполнены цементным раствором,в образцах П группы заполнялись только межтрубные пространства.

' В диссертационной работе описано изготовление образцов .приведет мэханичаскла и прочностные характеристики материалов.подробно изложена мэтодика экспериментальных исследований. Принята мтодяка э5;спермэнта позро/ да проследить язю на и: о напряжеино-;í сторнированного состояния на протяжении всего испытания. Крат-

ковремэнные испытания двухслойных трубоцементных стержней производились ступенчато возрастающей нагрузкой до момента потери ими несущей способности. Вдаеркка на каадой ступени составляла 3...7 мин для полной стабилизации пластических деформаций цементного камня и прогиба стержня. Приращение нагрузки уменьшалось по , мере приближения к предельному состоянию. В процессе испытания измерялись прогиб стержня - прогибомвреми системы Максимова; продольные и поперечные деформации - тензодатчиками базой 20 мм. Прогибы длинных стержней (2600 и 3400 мм) измерялись в трех точках сечения по высоте образца, прогибы коротких стержней (1000 мм) - в середине сечения по длине образца*

Обработка результатов и анализ графиков показали, что при больших эксцентриситетах'.приложения нагрузки деформация текучести охватывает сжатую и растянутую зоны стержня, в отличии от меньших эксцентриситетов, когда выпуклая сторона стеркня работает в упругой области, а теку_честь распространяется только на вогнутой стороне. На рис.5,а,б показаны графики зависимости £с{ёр) --Р и / -Р для -твркней-близнецэЕ, длины которых составляли 3400 мм, эксцентриситет, приложения нагрузки - 105 мм. Аналогичные графики приведены в диссертации для некоторых испытанных образцов с различными длинами и эксцентриситетами приложения нагрузок. На рис.5,в показаны диаграммы прогибов на разных ступенях загружения, характерные для всех испытанных образцов, из которых ййййбу что линия прогибов с достаточной точностью монет быть .сШйЫйа полуволной косинусоиды. <

Для проверки соблюдения гипотезы плоских сечений были про-дополнительные испытания двухслойных трубоцементных образ-. 10®'.. С-атой целью на внешние и'внутренние трубы, по середине дли-сййр&ня, наклеивались электротензодатчики. Из графика, зависи-хй'<Я?№.£е(£р)(рис.5,г) видно, что деформации внешних и внутрйишх труб имеют достаточную согласованность с законом плос-зЬас^сФЧаййй.- . .

ЙЙжным результатом кратковременных испытаний являются поду-«ЕШные-' значения критических нагрузок для всех испытанных образ-дое„ сравнение которых показывает, что они удовлетворительно -айивасуются между собой-. Среднее отклонение между Р8 и Рт сос-«зсвязвт 4-6$.

На основании проведенных исследований предложена практическая методика расчета несущей способности трубоцементных свай при кратковременном загружении.

Рис. S

Проверка несущей способности сгай осуществляется по формуле •

<26>

где N - продольная сила, приложенная с эксцентриситетом в (нагрузки, действующие на сооружение); Ф2 - прочность стержня, определяемая по формуле

^ж-РсУ^Р:^ (27)

Гпе йс г Ц0 - расчетные сопротивления сталей внешней и внутренней тр!уб; , йц - раочетные сопротивления цементного камня межтрубного пространства и ядра с учетом эффекта обойми; ^ -коэффициент условия работы; - коэффициент продольного из-

гиба при внецэнтренном сжатии, определяемый по формуле Уён^Р^/^ ; Рцр - теоретическая критическая сила для внецентренно сжатого двухслойного трубоцемонтного стержня.

Для определения ^ по графикам (рис.6,а,б) рассчитываются приведенная гибкость сваи и приведенный относительный эксцентриситет ГПпр (формулы представлены в диссертации). Использование графиков критических зависимостей - да-

ет простую методику определения несущей способности для -двух типов конструкций свай. На рас.6,а гкллзан график для двухслойных трубоцементных свай полностью заполненной цементным раствором, на рис.6,б - полым ядром (заполненное только мэжтрубное пространство) .

В четвертой главе приведены теоретические и экспериментальные исследования несущей'способности внецентренно сжатых двухслойных трубоцемэнтных стержней при длительном загружении'. Допу-. щения, принятые в главе 2, считаются справедливыми и в данной главе. . •' . ■

■Зависииэсть между напряжениями и дефоршвдями в цементном камне записывается в виде Сравнения линейной теории упругополэу-чего тела

¿Г, (28)

где

= + (29)

С(Ь,т) - мера ползучести, то есть относительная деформация ползучести в шмент времени t , вызванная единичным напряжением,, действующим с момента времени Г .

Рис.6

" Мера ползучести принимается в форме, предложенной С.В.Александровским, , ' .. , .

С{Ь&С0[1-дё(]+ Ае«[1-ве^(ао,

где Со ,А,д и /'-постоянные величины, подбираемые из опытных данных.

Полная относительная единичная дефоршцая в момент приложения нагрузки с учетом (30) принимает вид

Для любого сечения по длине двухслойного турбоцедантного стержня записываем условия равновесия в момент времени t .Тогда продольная сила и изгибающий момент в цементном камне с учетом ползучести будут иметь вид

Ка) -Р-ШЧЪШ® т

где - площадь поперечного сечения сталей внешней и внутренней труб; и - отношение радиусов внутренней к ЕнешнеЙ труб ; - отношение толщин внутренней к внешней труб ;

я ^й(^) ~ напряж91ия в стали Е момент времени £ ; Ц*(£) ~ пр°гаЙ в момент времени t .

Для исследования внецентренно ежатах трубоцементпнх стержней в условиях ползучести испольауется общее положение методики,разработанной А.Н.Орловым.

При решении задачи определяется прогиб стержня через краевые напряжения и деформации в любой момент вреюни t . Первый складывается из прогиба, возникающего б «момент приложения нагрузки • Г, и дополнительного прогиба, развивающегося во времени. Подробный расчет приведен в диссэртации.

В частности, допустим, что цементный камень, составляющий некоторую часть стержня, является нестареющим материалом и предположим, что модуль упругомгновонных деформаций цементного камня в процоссе развития ползучести постоянен. Тогда выражение для прогиба стеркня при длительном действии нагрузки будет иметь вид

где

_Ша_ /

(33)

/"Л ~(^с)]-М1-5)-с]

¿-^¿дг- (34)

Выражение (33) справедливо при Д. Тогда Р<(/ИПет + 1рн))-/]1г1 скорость -е формации затухает и прогибы при —» стремя- ся к постоянной величине. .

Во второй части этой главы приведены результату экспериментальных исследований внецентренно сжатых двухслойных трубо-цемэнтных стержней при длительном загружвнии.

Основной зада-яй испытаний являлись определение значений деформаций и прогибов с учетом ползучести цементного камня, крити-чоского времени, интервала длительной устойчивости, а также проверка результатов теоретических исследований.

Двухслойные трубоцашлтные стера ни-образцы изготовлялись по технологии, изложенной в третьей главе. Стержни состояли из внешней и внутренней труб диаметрами 159x6 мм и 114x7 мм, заполненных цешнтным раствором для двух типов конструкции.

Был^ испытано 18 образцов. Испытания проводились на специально изготовленной установке, оснащенно'й 150-тонным домкратом. Нагрузка-на трубоцешнтшй элемент передоЕалаоь переносной насосной станцией. Длительная нагрузка задавалаоь л трв этапа и йе уровень составлял 0,96 - 0,99 от- кратковременной разрушающей нагрузки. В ходе испытаний измерялись: прогибы для длинных стержней - в трех точках сечения по длине элемента, для коротких - • в середине дли к. элемента; относительные деформацаи в среднем поперечном сечении стержня и втчзмл нахождения образцов под постоянной нагрузк. й.

По полеченным экспериментальный данным были построена графики завясимэстей £-t и (рис.7,а,б). При анализе графиков видно, что деформация ползучести цементного камня быстро затухала и поэтому добавлялся новый уровень длительной нагрузки, составляющий (0,01 - 0,02)/^, •. За.ухагаэ деформации можно объяснить нали лэм большой масса стали в ксиеречном. С9ч<?.-1ши стертом, а таккэ небольшими мэжтрубныш пространствам!, г,по сказываются сила сцепления дамэнтного кгшл со сгалыша "тл'й-э:«.

Рис. 7

На рис.7,б показан^ теоретическая и экспериментальная кривые прогибов стержня во времени с учетом ползучести цементного камня. Теоретическая кривая, полученная по формуле (33), имеет удовлетворительную согласованность с- экспсришнтальной криъой у- I

Важным результатом длительных испытаний являются значения длительной нагрузки, уровня нагрузки и критического времени.

основные выводы

1. В настоящее время несущя способность многослойных трубо-,цементных свай исследована еще не вполне достаточно". Не решены теоретические вопросы устойчивости анкерных свай. Немногочислены эксперишнтальные исследования многослойных трубоцешнтных стержней натуральных размеров при кратковременных и длительных загру-жениях.

2. Предложена методика расчета напряженно-деформированного состояния и устойчивости многослойных трубоцементных свай за прс -делами упругой работы при кратковреюнном загружении.

3. Проведены эксперишнтальные исследования устойчивости внецентренно сжатых двухслойных трубоцешнтных стержней при крат-ковремзнном загружении. Исследования проводшгаоь для двух типов конструкций свай: с заполненным цементным ядром и полым ядром. Сравнение эксперт®нтальных данных с теоретическими результатам показывает их удовлетворительное соответствие.

4. Предложен практический способ расчет? несущей способности внецэнтренно сжатых двухслойных трубоцементных свай при.кратковременном загружении.. Получены графики ^ -ДПр для двух типой конструкций трубоцпшнтных свай. Ш этим графикам находит-, ся коэффициент и легко определяется несущая способность анкерного стержня. • ■

5. Предложена ютодика расчета устойчивости двухслойных трубоцешнтных свай при длительном действии нагрузки.

6. Проведены экспериментальные исследования устойчивости двухслойных трибоцешнтшх свай при длительном зг.гружешга. Ретуль« таты теоретических и эксперншнтальных исследований показывают

их удовлетворительное совпадение.

Основное содержгчпе диссертационной работы отражено е следующих публикациях: .

I. Саш®Е С.Б. Нссущгя способность сжато-изогнутого мно-гструбного трубоппгантлогр элемента // Статические и данамячоекго

задачи расчета слоеных отроителышх конструкций.- Л., 1989.-С.43-47.

2. Салимов C.B. Теоретические исследования двухтрубного трубоцементного стеркня при внецэнтренном сжатии // Лзерб.нефт. хоз-во,- 1989.- № 7.- С.13-16.

3. Салимов C.B., Мамедов Б.М., Ахмедов Я.Э. и др. Экспериментальное исследование прочности двухтрубных трубоцешнтных элэмэнтов на сдвиг // Азерб.нефт.хоз-во. 1989, № I.- С.45-47.