автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность ростверков свайных фундаментов при двухрядном и шахматном расположении свай

На правах рукописи

_ р да 1рЯ7

Коршохин Анатолий Владимирович

ПРОЧНОСТЬ РОСТВЕРКОВ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПРИ ДВУХРЯДНОМ И ШАХМАТНОМ РАСПОЛОЖЕНИИ СВАЙ

Специальность 05 23 01 - Строительные конструкции здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза 1997

Работа выполнена на кафедре железобетонных конструкций Пензенской государственной архитектурно-строительной академии.

Научный руководитель - член-корреспондент РААСН, доктор

технических наук, профессор Т.И. Баранова

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

Ю.П. Скачков

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

A.C. Залссов,

кандидат технических наук, доцент

B.А. Пигин

Ведущее предприятие - АО "Пензгражданпроект"

Защита состоится " 27 " июня 1997 г. в "14^" часов на заседании диссертационного совета К 064.73.01 в Пензенской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: г. Пенза, ул. Г. Титова, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенской государственной архитектурно-строительной академии.

Автореферат разослан "27" мая 1997 г.

Совет направляет Вам для ознакомления данный автореферат и просит Ваши отзывы и замечания в 2-х экземплярах, заверенных печатью, направлять по адресу:

440028, г. Пенза, ул. Г. Титова, 28, Пензенская государственная архитектурно-строительная академия.

Ученный секретарь диссертационного

совета К 064.73.01, канд. техн. наук, доц.^^^^О.П. Скачков

Актуальность диссертационной работы

Строительство - одна из важнейших отраслей экономики государства. Прочность строительных конструкций и затраты на строительство закладываются в начальной стадии, стадии проектирования, в частности при проектировании свайного фундамента, стоимость которого может достигать 40% от стоимости сооружения. В настоящее время действующие нормы проектирования исчерпали свой научно-технический потенциал. В результате в практике проектирования используются весьма несовершенные методы расчета, в том числе ростверков свайных фундаментов.

Диссертация посвящена исследованию и совершенствованию методов расчета ленточных ростверков свайных фундаментов при шахматном и двухрядном расположении свай и является продолжением разработки комплексной программы по исследованию ростверков свайных фундаментов, реализуемой на кафедре железобетонных и каменных конструкций Пензенской ГАСА.

Строительные Нормы предлагают приближенные методы расчета ростверков, используя в качестве аналога неразрезные балки. Прочность указанных конструкций оценивается расчетом по нормальному и наклонному сечению, не учитывается при этом величина пролета среза, большие размеры свай-опор и другие особенности работы ростверка. Используемые методы расчета не соответствуют действительной работе ленточных ростверков, имеющих опирание на два ряда свай, что приводит к необоснованно большому расходу бетона и арматуры.

Цель работы заключается в продолжении разработки комплексной программы исследования ростверков свайных фундаментов, разработке новых методов расчета и усовершенствовании существующих нормативных методов расчета ростверков под стеновые конструкции при шахматном и двухрядном расположении свай.

Автор защищает:

- результаты экспериментальных исследований ростверков с шахматным расположением свай при изменении продольного шага а/ Л0 = 0.5 - 1.5;

- результаты экспериментальных исследований ростверков с двухрядным расположением свай при изменении продольного шага а/Л0 =0.5-1.5;

- результаты экспериментальных исследований ростверков с шахматным и двухрядным расположением свай при изменении процента армирования продольной растянутой арматуры;

- результаты экспериментальных исследований ростверков с двухрядным и шахматным расположением свай при различных схемах армирования растянутой зоны;

результаты исследований напряженно-деформированного состояния ростверков численным методом при шахматном и двухрядном расположении свай;

- принцип построения пространственной каркасно-стержневой расчетной модели (ПКСМ);

- новый подход и методику расчета ростверков свайных фундаментов на основе ПКСМ;

- усовершенствованную нормативную методику расчета ростверков на основе расчета нормальных и наклонных сечений СНиП 2.03.01-84*;

- принципы конструирования ростверков.

Научную новизну работы составляют:

- новые результата экспериментально-теоретических исследований по действительной работе ростверков о характере напряженно-деформированного состояния (НДС), а также новые данные о закономерности характера образования и развития трещин в бетоне;

- новые схемы разрушения ростверков при двухрядном и шахматном расположении свай и изменении основных факторов;

- новые данные о количественном и качественном влиянии схемы расположения и шага свай на изменение разрушающей силы;

- новые данные о влиянии количества продольной арматуры и схемы ее расположения на НДС ростверков свайных фундаментов с шахматным и двухрядным расположением свай;

- новая пространственная каркасно-стержневая модель ростверков при двухрядном и шахматном расположении свай;

- единый метод расчета ростверков на основе ПКСМ.

Практическое значение работы заключается в том, что

разработанный метод расчета в значительной мере совершенствует процесс проектирования ростверков. При этом повышается расчетная прочность ростверков и обеспечивается возможность разработать более эффективные варианты конструктивных решений. Предлагаемые принципы армирования повышают рациональность использования арматурных стержней и снижают их расход.

Практическая значимость работы заключается также в экспериментальном обосновании предлагаемых методов расчета и повышении надежности конструкции.

Разработанные методы расчета приняты в проект норм следующего поколения. Частично полученные результаты исследований внедрены при проектировании и строительстве домов в г. Пензе.

Апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены на научно-технических конференциях в академии РААСН, в НИИЖБ, в г. Саранске и на научно-методических семинарах в Пензенской архитектурно-строительной академии.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано семь печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 177 стр. машинописного текста, содержит 11 таблиц, 75 рисунков и список литературы из 90 наименований.

Работа выполнялась в Пензенской государственной архитектурно-строительной академии в 1994-1997 гг. на основе межвузовской программы "Строительство" под руководством, заслуженного деятеля науки и техники, члена-корреспондента РААСН, д-ра техн. наук, проф. Т.И. Барановой, канд. техн..наук, доц. Ю.П. Скачкова и канд. техн. наук, доц. Н.Я. Кузина.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В практике строительства, а также в практике проектирования отсутствуют комплексные программы, по которым были проведены целенаправленные исследования ростверков. Наиболее известными являются работы, проведенные Т.И. Барановой, A.C. Залесовым, В.Н. Голосовым, В.А. Колтенгоком, А.Н. Тетиором, H.H. Коровиным, Г.В. Кащеевым, A.B. Кузиным, В.А. Комаровым, Т.И. Кучеровой, О.В. Лавровой, А.Ю. Трегубом.

Малоизученность работы ростверков объясняется двумя причинами, сложным напряженно-деформировашшм состоянием ростверков и сложностью методики экспериментальных исследований.

В настоящее время при проектировании, согласно принятым нормам, работу ростверка рассматривают как работу изгибаемых элементов, то есть неразрезных балок. В действительности напряженно-деформированное состояние ростверка в значительной степени отличается от работы балок.

Предварительный анализ НДС ростверков и анализ существующих методов расчета позволили выявить следующее. Наиболее близкими по напряженно-деформированному состоянию к ростверкам являются короткие элементы с одинаковой характеристикой пролета среза, равной

а / /¿0=0.25-1.5, то есть короткие балки и их разновидности. В прошлом десятилетии в Пензенской ГАСА для расчета коротких элементов разработана расчетная каркасно-стержневая модель (КСМ), учитывающая характер распределения главных сжимающих и растягивающих напряжений. Метод расчета, основанный на КСМ, широко применяется в нашей стране и за рубежом.

На кафедре ЖБК Пензенской ГАСА уже несколько лет реализуется комплексная программа экспериментально-теоретических исследований ростверков свайных фундаментов. К настоящему времени в работах Т.И. Барановой, Ю.П. Скачкова, А.Ю. Трегуба завершены исследования ленточных ростверков при однорядном расположении свай и разработан метод расчета указанных ростверков на основе плоской каркасно-стержневой модели. Согласно расчетной модели прочность ростверков определяется по сжатому бетонному подкосу и растянутому арматурному поясу. Результаты расчета хорошо согласуются с опытными данными. Указанная расчетная модель позволяет в максимальной степени описать расчетом работу ростверков с однорядным расположением свай.

Выявлено, что плоская КСМ не описывает прочность ростверков с двухрядным и шахматным расположением свай. Следующей проблемой комплексной программы является исследование указанных конструкций, которым посвящена диссертация.

Для решения поставленных в диссертации задач принято два вида исследования.

Первый вид - исследование работы ростверков на основе физического эксперимента при изменении шага и схемы расположения свай, при изменении процента армирования растянутой арматуры и схем ее расположения.

В качестве второго вида исследований принято исследование напряженно-деформированного состояния ростверков при изменении шага и схемы расположения свай на основе численного эксперимента по пакету прикладных программ для автоматизированного проектирования железобетонных конструкций. Схема программы исследований показана на рис.1.

Испытано 12 фрагментов ростверков. Опытные образцы проектировались в виде моделей в масштабе 1:3 прямоугольного сечения 50x17см. В поперечном направлении образцы ростверков имели одинаковый пролет среза, / /г0=2.0. Поперечной арматурой образцы не армировались. Прочность бетона составила 25 МПа.

р р "1

ц 3 * 1

РисЛ Схема программы исследований ленточных ростверков при двухрядном и шахматном расположении свай на основе физического и численного эксперимента

Образцы первой серии, на которых изучаюсь влияние на прочность изменение схемы расположения и шага свай в продольном направлении, армировались арматурной сеткой из стержней 012 мм и 08 мм класса AIII. При этом шаг свай изменялся соответственно пролету среза, равного а/ Л0—0.5-1.5.

Образцы ростверков второй серии, на которых изучалось влияние на прочность, изменение схем армирования и количества продольной арматуры, имели одинаковую характеристику пролета среза, равную единице. В качестве продольной рабочей арматуры принимались стержни 04 мм и 05 мм класса Вр-I. Использовалось пять вариантов схем армирования, отличающихся концентрацией арматурных стержней над опорами-сваями и их ориентацией в плане ростверка.

Результаты исследований На основе анализа результатов экспериментальных исследований ростверков произведена классификация трещин, согласно которой нормальные трещины образуются в растянутой зоне. Наклонные трещины выделяют сжатую наклонную полосу бетона с внутренней стороны, являясь граничными.

Разрушение ростверков первой серии с двухрядным и шахматным расположением свай происходило по наклонной сжатой зоне бетона или, условно говоря, по наклонной полосе, в пределах которой концентрируются максимальные главные сжимающие напряжения. Характерно, что при этом наклонные граничные трещины активно развиваются по длине и ширине, (рис.2).

Особенностью работы ростверков первой серии является неравномерный характер сжимающих напряжений по поперечному сечению условной бетонной сжатой полосы. При этом максимальные значения эпюры сжимающих напряжений меняют свое положение в зависимости от изменения пролета среза в продольном направлении, то есть шага свай. Выявлено отличие в схемах разрушения по условной сжатой полосе бетона для ростверков с двухрядным и шахматным расположением свай при а / /¿0<1.0 и для ростверков при а / h0> 1.0. При малых пролетах среза а/ /¿о<1.0 максимальные значения эпюры сжимающих напряжений располагаются по указанным выше сечениям, в поперечном направлении. С ростом пролета среза в продольном направлении а/ Л0=1.0-1.5 максимальные значения напряжений перемещаются по сечению сжатой полосы и становятся максимальными в продольном направлении.

Выявлена закономерность влияния изучаемых факторов. С изменением схемы расположешм свай от двухрядной к шахматной (при а / 1г0-0.5) разрушающее усилие на одну сваю-опору возрастает на 15%. При пролете среза, равном 1.0-1.5, разрушающее усилие становится постоянным независимо от схемы расположения свай.

Установлена закономерность изменения разрушающих усилий при изменении шага свай в продольном направлении для каждой схемы расположения свай. Оказалось, что в ростверках с двухрядным

Рис. 2 Характер образования трещин и разрушение ростверка с двухрядным расположении свай

расположением свай с увеличением шага в продольном направлении от 0.5 до 1.0 разрушающее усилие возрастает: для ростверков с шахматным расположением свай - в 1.25 раза, для ростверков с двухрядным расположением свай прочность возрастает в 1.5 раза. С дальнейшим ростом шага свай от 1.0 до 1.5 наблюдается незначительное снижение разрушающей силы примерно в 1.1 раза для той и другой схем расположения свай. Объяснить такую ситуацию можно изменением напряженно-деформированного состояния при постоянном пролете среза в поперечном направлении, то есть, когда пролет среза в продольном направлении меньше пролета среза в поперечном направлении имеем эффект возрастания разрушающей силы; при равных пролетах среза он исчезает. В тех случаях, когда пролет среза вдоль ростверка превышает пролет среза в поперечном направлении, наступает обратный эффект, то есть снижение разрушающей силы.

Ростверки второй серии разрушались по растянутой зоне при активном развитии нормальных трещин. Особенностью является то, что нормальные трещины развивались в продольном направлен™ в образцах, армированных сеткой. В ростверках, армированных концентрированной арматурой, расположенной над сваями как в поперечном, так и в продольном направлении, а также в образцах, имеющих комбинированное армирование, разрушение по растянутой зоне сопровождалось активным раскрытием трещин в продольном и поперечном направлениях. Схема разрушения ростверков по нижней грани представляет собой перекрестное расположение нормальных трещин в плане, проходящих по средней части пролетов в поперечном и продольном направлениях.

Выявлена закономерность изменения разрушающей силы с увеличением количества продольной арматуры и ее концентрацией.

При концентрации арматурных стержней над опорами-сваями происходит более резкое увеличение разрушающих сил (по сравнению с армированием арматурными сетками) примерно в 1.6 раза. Оценивая результаты исследований растянутой зоны, можно сделать вывод, что эффективное использование продольной арматуры и увеличение разрушающей силы по растянутой зоне происходит в результате концентрации растянутых стержней над опорами-сваями.

Для более подробного изучения напряженно-деформированного состояния ростверков, произведен численный расчет на основе метода конечных элементов по ППП АПЖБК (программа "Лира").

При анализе характера распределения главных сжимающих напряжений а[, в ростверках с двухрядным и шахматным расположением свай выявлено следующее.

Напряжения С1 концентрируются в наклонные потоки трапециевидного очертания, имеющие пространственную ориентацию. Под грузовой площадкой напряжения рассосредотачиваются равномерно по длине ростверка. С удалением от верхней грани напряжения ах концентрируются в так называемые потоки, при этом наибольшая концентрация напряжений возникает у внутренних граней опорных площадок свай. При малых пролетах среза, когда а / /г0<1.0, максимальные значения напряжений располагаются у внутренней грани опоры в поперечном направлении. С увеличением а/ А0>1.0 значения напряжений становятся максимальными в продольном направлении.

При изменении пролета среза от 0.5 до 1.5 угол наклона векторов напряжений а\ меняется от 90° до 48°, при этом траектории

напряжений с углом 75° - 90° наклонены только в поперечном направлении, траектории главных напряжений с углом наклона 70° - 48° отклоняются как в поперечном, так и в продольном направлении, то есть имеют пространственную ориентацию. Данная особенность характерна и для ростверков с двухрядным и для ростверков с шахматным расположением свай. Отличием является то, что в шахматных ростверках поток главных сжимающих напряжений осесимметричен относительно оси действия распределенной нагрузки.

Характер распределения главных растягивающих напряжений сп имеет свои особенности. Концентрация напряжений стг отмечается в двух направлениях, вдоль поперечных и продольных осей, проходящих через центр тяжести свай-опор. В то же время отмечается рассредоточение растягивающих напряжений в поперечном и продольном пролете ростверка.

Совершенствование методов расчета прочности ростверков.

Для совершенствования методов расчета прочности ростверков выбрано два направления. Как показал анализ экспериментально-теоретических исследований, определяющую роль в работе ростверков, также как и в коротких элементах, играют главные сжимающие и растягивающие напряжения. Стало быть логично в качестве первого направления при совершенствовании методов расчета ростверков использовать расчетную каркасно-стержневую модель для коротких элементов.

С другой стороны, отсутствие экспериментальных исследований ростверков и ограниченное число исследуемых образцов в рамках данной диссертации обуславливают необходимость более осторожного подхода к совершенствованию методов расчета. Очевидно этим условиям может удовлетворять второе направление - совершенствование нормативного метода расчета, принятого СНиП 2.03.01-84*.

Для описания работы ростверков построена пространственная каркасно-стержневая модель на основе плоской КСМ.

Принцип построения модели. Пространственная модель представляет собой стержневой модуль, многократно повторяющийся по длине ростверка. В связи с тем, что на средней свае выявлено три концентрированных потока сжимающих напряжений, внутри которых при испытании образовывалась серия наклонных трещин, возникающих

Рис. 3 Пространственная и плоская каркасно-стержневая модель ростверка с двухрядным расположением свай а. расчетная модель в плане. Схема расположения грузовых площадок и ключевых точек модели

пнем

/ №

л / /

пнем

р1\ Л Л]

г2

Рис. 4 Пространственная каркасно-стержневая модель ростверка с шахматным расположением свай а. расчетная модель в плане. Схема расположения грузовых площадок и ключевых точек модели

при раздавливании бетона, целесообразно в расчетную модель ввести три ключевые точки над каждой средней сваей. Нижние ключевые точки располагаются на оси продольной арматуры в местах пересечения с равнодействующими потоков сжимающих усилий. Расположение реактивных усилий определяется в соответствии с характером распределения эпюры давления в опорном сечении, при этом необходимо определить длины опорных и соответствующих грузовых площадок.

На основе геометрических построений и, с учетом оговоренных условий, разработана система расчетных зависимостей для определения размеров условных грузовых и опорных площадок.

, («Нир2 -0.5)-Ью

1т2 ~-^- , [1]

I _ 1

5иР2 ~ 2а + /5ир 5иР ' [21

где Ь - шаг свай в продольном направлении, м; Ц - шаг свай в поперечном направлении, м; Ьцу - ширина грузовой полосы, м.

Соединив центры тяжести грузовых и опорных площадок, получаем ключевые точки. При этом оказывается, что верхние и нижние ключевые точки располагаются за пределами верхней и нижней граней ростверка и являются мнимыми. Такое расположение мнимых вершин (ключевых точек) не влияет на величину усилий в элементах модели.

При построении ПКСМ для ростверков с двухрвдным расположением свай выделено два стержневых модуля пространственный и плоский.

Указанные модули объединяют четыре опоры сваи, в которых горизонтальные растянутые стержни имитируют концентрированные потоки растягивающих напряжений и образуют четырехугольное очертание модуля понизу (рис.3). В ростверках с шахматным расположением свай ПКСМ объединяет три опоры-сваи, в которой горизонтальные растянутые стержни имитируют концентрированные потоки растягивающих напряжений и образуют треугольное очертание модуля понизу (рис.4).

Для определения усилий в элементах стержневой модели целесообразно сформулировать проблему определения усилий в растянутой зоне по предлагаемой КСМ. Она заключается в том, чтобы

обеспечить возможность универсального решения расчетной модели по растянутой зоне. Предлагается с помощью дополнительных построений внутри пространственной модели определять суммарное растягивающие усилие Т2 в опорных узлах. Тем самым обеспечивается возможность определения растягивающих усилий, ориентированных в продольном, поперечном и диагональном направлениях, как частей усилия Т2.

Растягивающие и сжимающие усилия определяются по следующим зависимостям. Сжимающие усилия

S\=F\[SilWL, [3]

S2 = F2/SinQ, [4]

Растягивающие усилия

T^Fi/tqa, [5]

Т2 = F2/tqQ , [6]

где а и 0 углы наклона соответствующих сжатых стержней модели к горизонтали, определяемые по формулам:

« = "rCtq 0.5(1, - 0.5Ьш) • 8 = arctqitqa ■ Siny) , [8]

Y - угол наклона растягивающего усилия Т2 в горизонтальной плоскости относительно продольной оси ряда свай определяется по формуле

0.5 • L

Т = "rCt"a + 0.5./„р2 ■ М

Fi(2) - составляющая часть реакции сваи, кН.

При расчете прочности по сжатой бетонной полосе возникает проблема определения положения расчетного сечения. Напомним, что любое поперечное сечение сжатой полосы формируется размерами грузовых и опорных площадок. Предлагается в качестве расчетного принимать сечение, расположенное в средней части по длине сжатых полос, при этом учитывать характер изменения сопротивления бетона на основе критериев прочности A.A. Гвоздева и Н.И. Карпенко. Размеры сечения определяются по зависимостям: - длина средней сжатой полосы над опорой-сваей определяется по формуле

/Ь1=0.5 -(/sup+'wl); [10]

/¿2 ~ длина наклонных крайних бетонных полос, расположенных у граней опор-сваи, определяется по формуле

1Ь2 = 0-5-(/¡шр2 +1т2> ; [11]

- ширина средней сжатой бетонной полосы над опорой-сваей, определяется из условия

ЬЬ1 = 0.5 • (Ь5пр + 0.5Ьт ) • ¿та ■ [12]

- ширина наклонных крайних бетонных полос, расположенных у граней опор-сваи, определяется из условия

ЬЬ2 = 0.5-(Ь8ир +0.5Ьш)-5т6 . [13]

Предельное состояние в расчетном сечении наступает при достижении сжимающих напряжений в наклонных сжатых полосах предела прочности на сжатие у ь • Яь. Предлагаются следующие расчетные зависимости для определения прочности по сжатой бетонной полосе:

(2^62 + ^ы)-Фб -Фсо • 71 , [14]

где Рсв - расчетная нагрузка на сваю, определяемая по формуле

0.5 [15]

где я - равномерно-распределенная нагрузка, действующая на ростверк, кН/м;

-Ры - усилие, воспринимаемое бетоном сжатой наклонной полосы над опорой-сваей, определяется по зависимости

рЪ\ = КЬ ' ЬЬ\ ' 1Ь\ • па ; [16]

^¡,2 - усилие, воспршшмаемое бетоном сжатой наклонной полосы, определяется по зависимости

РЬ2 = КЬ ' Ьь2 ■ 1Ь2 ■ ФI ■ Ыпв ; [17]

ц>ь - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений по ширине полосы в опорном сечении, определяемый по формуле

фь = 0.5 • ^р- + 0.65 ; [18]

Фа! Ф/ ~ коэффициенты, учитывающие влияние окружающего бетона на работу сжатых полос по длине и ширине ростверка, определяются по зависимостям:

cpi - 0.5-

2-a + /Sup

I

sup

[19]

q>0 = 0.5 (ф^ +ф") , [20]

Ф» = -и-^ , [21]

% + bsup

al + bsup

= l) h ' ™ \ usup

У i - коэффициент, корректирующий прочность сваи при больших пролетах, определяемый по формуле

Yl = -JtqQ , [23]

при малых пролетах, когда 9 > 40° У j принимается равным - 1. Предельный состоянием в растянутом поясе является такое состояние, когда напряжения в растянутой арматуре достигают предельных усилий Y s • Rs.

При расчете прочности растянутого пояса предлагается использовать следующие расчетные зависимости:

Тх <Rs-Asi-ys, , [24]

T2<Rs-As2- Ys2, [25]

где Asi и As2 - количество арматуры, ориентированной по направлению усилия, соответственно Ti и Тг или их составляющих, м2.

Наиболее полным и рациональным с точки зрения работы ростверка и расхода арматуры является принцип распределения растягивающих усилий одновременно в трех направлениях - поперечном, продольном и диагональном. Количественное распределение рабочей арматуры предлагается производить с помощью коэффициентов ksi и kS2, значения которых составляют: 0.4...0.5 для усилия "Ti; 0.5 0.7 для усилия Т2.

Для ростверков с двухрядным расположением свай определение площадей рабочей арматуры производится по формулам при действии усилия - Ti

= R -Y ' [2б]

1 s

■ Сов у •

при действии усилия - Т2

Т2 -.Угиу • к$2

Кз - У $

А¿1 = -V-> [28]

T2.Cosy.ks2 А4= Кз-УЗ ' [29]

[30]

Для определения суммарного количества продольной арматуры в ростверках с двухрядным расположением свай предлагаются следующие зависимости

- в поперечном направлении

= л51 + л;, , [31]

- в продольном направлении

Х4 а=АзА, [32]

- в диагональном направлении

=Лз , [33]

Определение количества продольной арматуры для ростверков с шахматным расположением свай производится аналогично.

Совершенствование нормативных методов расчета прочности ростверков производится на основе расчетных зависимостей СНиП 2.03.01-84* для наклонных и нормальных сечений.

Для определения прочности наклонного сечения предлагается зависимость

^<1.5-% -Ар -Л £25-Я* -Ар , [34]

в которую для учета пространственного характера наклонного сечения в ростверках вводится величина Б, определяемая по формуле

где С} - проекция наклонной поверхности в поперечном направлении, м; С2 - проекция наклонной поверхности в продольном направлении, м. Аь - расчетная площадь пространственного наклонного сечения, определяемая из условия

Аь = 0.5- й0(£ + 6Р) , [36]

Для определения прочности нормальных сечений предлагается зависимость

Иь ■ Ь • х ■ (!г0 - 0.5.*)

са - 0.5-асв-0.5.Ь„) ' [37]

где ЬсВ - уточненный расчетный пролет, м;

Ь№ - ширина стены, м;

1хо - рабочая высота ростверка, м;

Ь - расчетная ширина сечения, м;

х - высота сжатой зоны бетона, м.

Для учета особенностей работы нормальных сечений ростверков вводится уточненный расчетный пролет Ьсв, исключающий длину опорных площадок, и новая условная эпюра распределения изгибающих моментов. Также вводится ограничение значения ширины расчетного сечения при пролете среза в продольном направлении а / Л0 > 1.

Основные выводы

1. Разрушение ростверков первой серии происходило по сжатой зоне бетона, расположенной над опорой-сваей при образовании серии наклонных трещин у опорного сечения. Характерно, что наклонные трещины имеют пространственный характер и выделяют сжатые участки бетона в продольном и поперечном направлениях.

2. Выявлена закономерность влияния изучаемых факторов. При изменении схем расположения свай от двухрядной к шахматной разрушающее усилие на одну сваю-опору возрастает на 15%, когда а / Ло=0.5. При пролете среза, равным 1.0-1.5, разрушающие усилие

становится постоянным независимо от схемы расположения свай.

3. При изменении шага свай в продольном направлении. Для ростверков при двухрядным расположением свай с увеличением а / Л о от 0.5 до 1.0 разрушающее усилие возрастает в 1.28 раза, для ростверков с шахматным расположением свай в 1.5 раза. С дальнейшим ростом пролета среза до 1.5 наблюдается незначительное снижение разрушающей силы примерно в 1.1 раза.

4. При концентрации арматурных стержней над опорами-сваями происходит более резкое увеличите разрушающих сил (по сравнению с армированием сетками) примерно в 1.6 раза.

5. При анализе напряженно-деформированного состояния выявлено, что в ростверках определяющую роль играют главные сжимающие и растягивающие напряжения. При этом траектории максимальных

главных сжимающих напряжений концентрируются в объемтге потоки пространственной ориентации.

6. Выбрано два научных подхода к развитию методов расчета ростверков на современном этапе. Первое - разработка метода расчета на основе пространственной каркасно-стержневой модели. Второе -совершенствование нормативных методов расчета нормальных и наклонных сечений.

7. Впервые разработана пространственная каркасно-стержневая модель (ПКСМ) для оценки прочности ростверков свайных фундаментов с шахматным и двухрядным расположением свай. Модель состоит из сжатых бетонных полос, ориентируемых в пространстве между грузовым л и опорными площадками. Наклонные бетонные полосы объединяются арматурными поясами различной ориентации.

8. В качестве обоснования ПКСМ использовано два основных положения. Первое положение - главные сжимающие и растягивающие напряжения являются определяющими в напряженно-деформированном состоянии ростверков с пролетом среза а / /го <1.5. Второе положение -главные сжимающие и растягивающие напряжения концентрируются в пределах принятых расчетных бетонных и арматурных полос.

9. Выявлено, что размеры сечения расчетных сжатых полос определяются размерами грузовых площадок поверху и размерами свай-опор понизу. В отличие от методики расчета по плоской КСМ при расчете ростверков по ПКСМ вводится единое расчетное сечение, расположенное в средней части длины наклонных полос.

10. Предлагаемая расчетная зависимость [14] хорошо согласуется с результатами опыта. Среднее соотношение Р1е51/Рса1с составляет 1.02.

11. При расчете прочности по растянутой зоне стержневая модель в полной мере определяет выбор схем расположения продольной арматуры, а также позволяет разработать рациональную форму армирования ростверков.

12. Предлагаемые расчетные зависимости [24], [25] хорошо согласуются с опытными данными. Среднее соотношение Б^у^сЫс составляет 1.04.

13. Одно из главных преимуществ предлагаемого метода расчета заключается в том, что он является единым для расчета ростверков с любой схемой расположения свай.

14. Характерно, что предлагаемая расчетная пространственная КСМ имеет расширенные границы действия, определяемые пролетом среза от а/Л0=0.25 до а / /г0=1.5.

15. При совершенствовании нормативных методов расчета в расчетные зависимости [34], [37] введены параметры, учитывающие пространственный характер наклонного сечения и корректирующие эпюру изгибающих моментов.

16. Расчетные усилия по усовершенствованным нормативным зависимостям удовлетворительно согласуются с опытными данными. Среднее соотношение Ftest/Fcalc составило 1.19. Однако усовершенствованный метод расчета является весьма приближенным.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Скачков Ю.П., Коршохин A.B. Экспериментальные исследования ростверков свайных фундаментов при шахматном расположении свай. Тезисы докладов XXVIII научно-технической конференции. Пенза 1995 г.

2. Баранова Т.И., Корнюхин A.B. Пространственная расчетная стержневая модель железобетонных ростверков под колонны. Информационный листок № 441-96, Пенза ЦНТИ.

3. Баранова Т.И., Корнюхин A.B. Пространственная расчетная стержневая модель железобетонных ростверков под стены. Информационный листок № 447-96, Пенза ЦНТИ.

4. Баранова Т.И., Корнюхин A.B. Пространственная расчетная стержневая модель железобетонных ростверков. Информационный листок № 453-96, Пенза ЦНТИ.

5. Корнюхин A.B. Особенности построения расчетной стержневой модели ростверков свайных фундаментов. Информационный листок № 465-96, Пенза ЦНТИ.

6. Скачков Ю.П., Корнюхин A.B. Исследование ростверков свайных фундаментов при шахматном расположении свай. Тезисы докладов XXIX научно-технической конференции. Пенза 1997 г.

7. Корнюхин A.B. Прочность железобетонных ростверков под стеновые конструкции. Тезисы докладов XXIX научно-технической конференции. Пенза 1997 "