автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Разработка методики расчета доковых конструкций гидротехнических сооружений на действия статических, динамических и температурных воздействий

На правах рукописи

ф

ПИРИЕВ

АЙДЫН ЮНУС ОГЛЫ \

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ДОКОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ НА ДЕЙСТВИЯ СТАТИЧЕСКИХ, ДИНАМИЧЕСКИХ И ТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

НИ

Специальность: 05.23.07- «Гидротехническое строительство»

АВТОРЕФЕРАТ

Г, <

Диссертации на соискание ученой)

[ степени кандидата технических наук

ч

Москва-2005

Работа выполнена в Азербайджанском архитектурно-строительном Университете.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

..л.

доктор технических наук, профессор Олег Дмитриевич Рубин

доктор техническихнаук, профессор Григорий Моисеевич*кягянов кандидат технических на^к, доцент Игорь Владимирович Семенов

Ведущая организация: ОАО «Институт Гидропроект»

Защита состоится « (У» OK^TJL$jlt£ 200_^ г. в /5 °^часов на заседании диссертационного совета Д 220.045.02 при Московском государственном университете природообустройства в аудитории 201/1 по адресу: 127550, г.Москва, ул.Прянишникова, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Московского государственного университета природообустройства.

Автореферат разослан «

» 2005 г.

Ученый секретарь У л /)

диссертационного совета, 6 7 > С^С^у --

кандидат техических наук, доцент Евдокимова И.М.

тяз

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. Доковые конструкции различных типов и назначений находят самое широкое применение во многих областях современного гидротехнического строительства. В большинстве случаев эти конструкции являются неотъемлемой частью судопропускных, судостроительных, судоремонтных, открытых водосбросных, водовыпускных, отстойных и других сооружений. В зависимости от условия применения доковые конструкции подвергаются разнообразным нагрузкам и воздействиям. Особенно сложными условиями работы отличаются доковые конструкции судоходных шлюзов, открытых поверхностных водосбросов, судостроительных, судоремонтных сооружений и отстойников. В условиях эксплуатации доковые конструкции могут подвергаться значительным статическим, динамическим (сейсмическим) и температурным воздействиям.

Несмотря на достигнутые успехи в области расчета инженерных конструкций взаимодействующих с грунтом, вопросы статического, динамического и термического расчета доковых конструкций вплоть до настоящего времени не получили должного развития.

Настоящая работа посвящена весьма актуальной проблеме развития и усовершенствования методики расчета статических, динамических и термоконтактных задач доковых конструкций гидротехнических сооружений с использованием наиболее точных линейных и нелинейных расчетно-меха-нических моделей основания.

Целью диссертационной работы является разработка методики статического, динамического расчета элементов доковой конструкции как на основе существующих, так и предлагаемых новых линейных и нелинейных расчетно-механических моделей, а также решение термоконтактных задач.

Для достижения этой цели потребовалось решение следующих задач: - на основании всестороннего анализа и „обобщения типов конструкций,

специфических условий работы доковых конструкций гидротехнических сооружений разработать принципиально новую расчетно-механическую модель основания, представляющую собой сочетание модели упругого слоя конечной толщины и модели Фусса-Винклера характеризуемой коэффициентом жесткости основания изменяющимся в пределах длины балочной конструкции по закону трехчленной параболы;

- установление основных расчетных параметров предлагаемой модели и взаимосвязи между ними;

- на основе предлагаемой новой расчетно-механической модели разработать методики расчета поперечного и продольно-поперечного изгиба гибких днищ доковых конструкций;

- с использованием физически нелинейной модели основания разработать методики деформационного расчета гибких днищ постоянной изгибной жесткости;

- исходя из модели Фусса-Винклера характеризуемой линейно изменяющимся по глубине грунта обратной засыпки коэффициентом жесткости разработать методики деформационного расчета гибких консольных стен постоянной и переменной толщины с учетом и без учета влияния собственного веса;

- разработать методики деформационного расчета гибких консольных стен постоянной толщины при наличии уровня грунтовых вод в обратных засыпках и ступенчато-прерывных законов изменения результирующего гидростатического давления воды на стенки и коэффициента жесткости грунта обратной засыпки по глубине;

- на основании принятой расчетной модели разработать методики расчета свободных колебаний гибких днищ постоянной изгибной жесткости и получить соответствующие уравнения для определения частоты и спектров частот колебаний;

- решить задачу о вынужденных колебаниях гибких днищ постоянной изгибной жесткости с использованием модели Фусса-Винклера характеризуемой

постоянным или интегрально-средним значением коэффициента жесткости основания и гармонического закона изменения импульсивной нагрузки;

- предложить аналитические зависимости для описания свободных температурных перемещений точек тыловых поверхностей гибких стен постоянной и переменной жесткости, а также для гибких днищ постоянной жесткости;

- с использованием предложенных аналитических зависимостей для описания свободных температурных перемещений разработать методики расчета термоконтактных задач стен и днищ доковых конструкций для случая полностью опорожненной доковой камеры.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- предложена новая расчетно-механическая модель основания представляющая собой модель упругого слоя конечной толщины и модели Фусса-Винклера характеризуемой переменным коэффициентом жесткости грунта, изменяющегося в пределах балочной конструкции (днища) по закону трехчленной параболы;

- с использованием предложенной расчетно-механической модели осно-вания математически сформулированы и решены статические контактные задачи о поперечном и продольно-поперечном изгибе гибких днищ постоянной изгибной жесткости;

- предложена физически нелинейная модель основания и на ее основании сформулирована и решена статическая контактная нелинейная задача о деформационном расчете гибких днищ постоянной изгибной жесткости;

- на основании предложенной новой линейной расчетной модели математически сформулирована и решена динамическая контактная задача о свободных изгибных колебаниях гибких днищ постоянной жесткости и на основании этого решения получены уравнения частот для первых трех приближений. При осредненных значениях коэффициента жесткости основания исходя из построенного решения получены полные спектры частот

колебаний для рассматриваемых граничных условий днища;

- разработана методика расчета вынужденных колебаний гибких днищ постоянной изгибной жесткости при осредненных значениях коэффициента жесткости винклерового основания и вибрационной динамической нагрузки изменяющейся по гармоническому закону;

- предложены новые аналитические зависимости для описания свободных температурных перемещений точек тыловых поверхностей гибких стен постоянной и переменной по высоте толщины днища и постоянной по длине толщины;

- на основании этих зависимостей впервые математически сформулированы и решены термоконтактные задачи, о стенах и днищах доковых конструкций позволяющие проанализировать термонапряженные состояния этих конструкций при положительных постоянных и переменных законах изменения расчетного температурного воздействия.

Практическая ценность работы. Результаты выполненных исследований позволяют внедрить в практику расчета конструкций взаимодействующих с грунтом принципиально новых линейных и нелинейных расчетно-механических моделей основания, позволяющие наиболее полно учитывать совместную работу «конструкция-основание» при статических и динамических воздействиях. Рассмотренные в диссертационной работе методики статические, динамические и термоконтактные задачи имеют прямое отношение к практике проектирования доковых конструкций гидротехнических сооружений. Предложенные методики расчетов могут быть использованы при уточнении отдельных положений существующих нормативных документов по проектированию доковых конструкций судоходных шлюзов, поверхностных водосбросов, судостроительных, судоремонтных и других сооружений. Предложенные методики расчета позволяют также усовершенствовать существующие теории расчета конструкций на сплошном грунтовом основании.

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований были доложены на IV республиканской научной конференции аспирантов и молодых соискателей (Баку, 2000 г.), на IV и V Российских Национальных конференциях по сейсмостойкому строительству и районированию с международным участием (Сочи, 2001 г., 2003 г.) и семинарах кафедры гидротехнических сооружений и гидравлики, испытание и сейсмостойкость сооружений Азербайджанского Архитектурно-строительного Университета (Баку, 2000-2002 г.г.) и отражены в шести опубликованных научных трудах.

На защиту выносятся следующие вопросы:

Методика статического расчета гибких днищ постоянной изгибной жесткости на поперечный и продольно-поперечный изгиб с использованием предложенной новой линейной расчетно-механической модели основания; методы расчеты гибких днищ постоянной жесткости с использованием физически нелинейной модели основания; методы деформационного расчета гибких консольных стен постоянной и переменной жесткости с учетом и без учета влияния собственного веса; метод деформационного расчета гибких консольных стен доковых конструкций при прерывных законах изменения результирующей распределенной нагрузки и коэффициента жесткости винклерового основания по глубине грунта обратной засыпки; методы расчета динамической контактной задачи о свободных изгибных колебаниях гибких днищ постоянной изгибной жесткости; метод расчета вынужденных колебаний гибких днищ доковых конструкций при действии импульсивных нагрузок; методы расчета термоконтактных задач стен и днища доковых конструкций с использованием новых аналитических зависимостей для описания свободных температурных перемещений точек тыловой поверхности гибких стен и днища доковых конструкций для случая полностью опорожненной камеры.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего 94 наименования. Общий объем работы 164 страницы, в том числе 37 рисунков и

6 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи, отмечаются научная новизна, практическая значимость, а также сведения об апробации работы.

В первой главе даются общие сведения о доковых конструкциях гидротехнических сооружений и методиках их расчета на различные воздействия. Здесь проанализированы типы, условия работы доковых конструкций, нагрузки и воздействия на них, а также существующие методы их расчета. Отмечается, что существенный вклад в развитие теорий расчета конструкций взаимодействующих с грунтом на статические, динамические и температурные воздействия внесли работы А.В.Михайлова, К.Терцаги, И.П.Прокофьева, К.Хаяси, И.В.Яропольского, Н.К.Снитко, Г.Й.Глушкова, Г.А.Дуброва, С.П.Тимошенко, Н.М.Герсеванова, Н.П.Пузыревского, А.М.Крылова, А.А.Мустафаева, С.Н.Клепикова, К.М.Мамедова, Н.Н.Павлюка, Д.Д.Баркана, С.А.Савинова, Н.И.Безухова, В.В.Александрова, Ф.М.Гаджиева, Н.А.Сафарова, Г.И.Ахмедиана, В.А.Киселева, Л.П.Винокурова, Л.М.Бородачева, В.А.Ильичева, И.М.Рабиновича, А.П. Синицына, О.В.Лужина, А.С.Яковлева, Х.Кишида, Х.Таджим, Е.Рейснер, Б.А.Урецкого, П.П.Кулмача и многих других.

Вторая глава диссертации посвящена предлагаемому методу статического расчета элементов доковых конструкций гидротехнических сооружений. Здесь автор справедливо отмечает, что усовершенствование методов статического расчета элементов доковых конструкций взаимодействующих с грунтом может бьггь осуществлено двумя подходами:

- уточнением расчетных параметров наиболее приемлемых линейных моделей основания;

- применением физически нелинейных расчетно-механических моделей грунта, позволяющих наиболее полно отображать совместную работу системы «конструкция-основание» при широком диапазоне изменения передаваемых на грунт давлений.

Для статического расчета гибких днищ доковых конструкций автором предложена принципиально новая расчетно-механическая модель, представляющая собой модель упругого слоя конечной толщины, подстилаемой жестким основанием и модели Фусса-Винклера характеризуемой переменным коэффициентом жесткости выражаемый в виде трехчленной параболы (рис. 1):

4 (Ка-Кс) 4(К0-КС) К(х) = К„----Х+--X2

(1)

несжимаемый грунт (скал»)

Кг К.

Рис. 1.

Используя расчетно-теоретический метод определения коэффициента жесткости основания получены следующие расчетные формулы для определения характерных значений ординат седлообразной эпюры коэффициента

9

жесткости:

0,5 пЕ0/Ь

Л . °'5 л«,

г 8 ж

0,5 Л/1

пЕ0/Ь

(3)

А . 1 , 1

где £ - расчетная длина днища; Л - толщина упругого сжимаемого слоя; -относительная толщина сжимаемого слоя; Кс - значение коэффициента жесткости основания под срединной днища; К0=К1 - крайние значения коэффициента жесткости основания; Е0 - осредненный модуль деформации сжимаемого слоя.

Построены графические зависимости между жесткостными характеристиками основания днища и другими параметрами упругого слоя конечной толщины. Установлено, что при постоянных значениях модуля деформации упругого слоя конечной толщины (Е0) и ширины полосовой нагрузки (£) графические зависимости между коэффициентами жесткости Кс, К0 = КI относительной толщины сжимаемого слоя (А/£) имеет ярко выраженный криволинейный характер (рис. 2 и 3). При постоянных заданных значениях относительной толщины сжимаемого слоя (Н/Ь) и ширины полосовой нагрузки (Ь) зависимости между коэффициентами жесткости К„ К0=К1 и модулем деформации (Е0) имеют линейный характер (рис. 4).

В результате проведенных исследований установлено, что для обеспечения достаточной точности расчетов, значений коэффициентов жесткости основания определяемых по формулам (2) и (3), следует их значения умножить на поправочный коэффициент р 0 = 0,85 -г- 0,90 корректирующий принятой расчетной схемой.

JOCO 2000

при Encona и L=5u

0.3 1 13 2 гЗ Э Э3 4 45 3

О 05 1 13 г г? 3 3.54 455

' h/L

Рис.2

Рис.3 Рис.4

На основе предлагаемой расчетно-механичеекой модели математически сформулирована статическая контактная задача об изгибе днищ постоянной жесткости. При этом дифференциальное уравнение рассматриваемой контактной задачи получено в виде:

Г1\х) = д-(а0-а1х + а2х2)у(х), (4)

где

a i =

4 Ьр(К0-Кс) 4 Ьр(К0-Кс)

— -, l> 't «2 =

LEJ

L2-EJ

, [м-6)

(5)

Уравнение (4) рассматривается при следующих граничных условиях для левого конца днища (* = 0):

У(0) = 7о; Г'(0)=ео; = = ¥'"(0) = -^ = -£0 (6)

£./ ЕЗ

Общее решение сформулированной задачи построено с использованием так называемой краевой функции и метода последовательных приближений по

Пикару. При этом общее решение уравнения (4) получено в виде:

Г(х) = Г0 ^,(*) + е о - Мо ^з(х) - ё о + 5 , (7)

где У0, 0 о, М> и 2о - начальные параметры, определяющие соответственно прогиб, угол поворота, изгибающий момент и перерезывающую силу в начальном сечении днища, а функции (у = 0,1,2,3,4) определяются в

виде суммы бесконечных знакопеременных рядов:

г) » а"0х*п+> - а?х*"*1

х(уЧ11)....Ч5и+;-4)]+£(-1)"^^[ОЧ1)а + 2)(У+7)х (8) х(у+8)....-(бя+у-5)(бя+у-4)] + ...

Практически на результаты расчета влияют лишь первые два-три члена

ряда.

На основании общего решения (7) получены расчетные формулы для определения угла поворота, изгибающего момента, перерезывающей силы в произвольном сечении днища.

Для интегрально-среднего значения коэффициента жесткости основания доказано, что основные функции построенного общего решения (7) совпадают с функциями идентичных задач полученных другими авторами.

В зависимости от рассматриваемого предельного случая в данной главе гибкое днище доковых конструкций представляется как растянуто-изогнутая (первый эксплуатационный случай) или как сжато-изогнутая гибкая балка на сплошном грунтовом основании. Исходя из предложенной расчетно-механичсской модели основания задачи деформационного расчета гибких днищ как растянуто-изогнутая балка на сплошном грунтовом основании сводится к интегрированию следующего обыкновенного дифференциального уравнения четвертого порядка:

Г(х) = <7+V 2У " (*)-(Яо -«.* + 2,

(9)

где

а0 =

-_ д _К0ЬР

4 ЕГ У ЕУ 4 (К0-Кс)Ьр

а>=-Ш-; а2= ьш

EJ ' 4(К0-Кс)Ьр

(10)

Уравнение (9) рассматривается при следующих граничных условиях для левого конца днища (при х = 0):

У(0) = Г0; Г'(0) = е0; у»(0) = ^ = Мо;

у"'(О)=|7+17Г(О)=^о+у200

(П)

Принимая в качестве нулевого приближения к искомой функции У(х) так называемой краевой функции:

= = + (12)

и построив последовательные приближения в интегрально-дифференциальном уравнении

о ' о

полное решение рассматриваемой контактной задачи в продольно-поперечном изгибе днища можно представить в виде:

Г(*) = УвФ1(х) + в0Ф2(*) + Л/вФз(*) + боФ4(х)+?Ф5(*); в(Лс) = УвФ'1(*) + в0Ф'2(*)+Л7вФ'з(*) + ёвФ4(*)+9Ф5(*); М(х)_

■ = ¥0Ф';(х)+в0Ф^х) + М оФ'^х)+0 0Ф"4(х)+дФ"5{х)-, (14)

ЕЗ

^ = Уo[Ф'."(x)-v2Ф'1(^)]+0o[Ф2'(x)-v2Ф'2(x)] + Mo[ф'r(x)--У'Ф'^Х^+О^Ф'^-^Ф'Лх^+^Ф'^-У'ФМХ)]

Основные функции Фу(х) (7 = 1,2,3,4,5) построенного общего решения в (14) определяются следующими выражениями:

,П у, 6п

+ Х(-1)"-^-^[1-2-7-8...(6и-5)(6и-4)]+

(, У2Х2 У4Х4 , <*\(чх у3х3 У5Х5 .

I ~~2!~ + _4! ЗР + —5!

2л2 (, Чгхг V4*4 У6Х6 .

(15)

+ ¿(-1) Р-3-8-11.... (6и-4)(6и-3)]Д (8Ь ух -УХ)-

£! (би+1)! V

*> у 2п

(2и+7)! ('".1 =26, 68,...)+...;

(16)

Г 2 ^ а"ах4"+2 » а1х5л+2 + £(-1)\ГГ->лЛ3-4-9-10-(6и-3)(6и-2)]—ух

(6»+2)! V2

, * Л «у« 1 и ТихА гл Тн Т их 1

у1* ■

х 1 +—;--сИух -йг0У-^-——+ У „

V- 2! У £ (2и+6)! ; (2я+7)!

ю у2л,.2л+8

х(/7+1)(и+3)-а2^——— /Л>2 (г„>2 =42, 98,...)+...;

(.¿И+о)!

з оо д/1 ^4/1+3 00 аях5л'''3

V3*3

х(и+1)(и+4)-а2Х (2и+9), 'о Сл.з=62, ...)+...;

(18)

4 00 00

-6и+4

/ у2ДГ2 У4*4 ^ 00 у2лХ2"+8 00 у2яХ2л+9

х(п+1)(и+5)-а2£У(2^10)! <„,4 (/„,4=86, ...)+...;

В диссертации на основании анализа и сопоставления построенного решения для отдельных частных случаев доказана ее достоверность.

С использованием предложенной модели рассмотрена задача о де-

формационном расчете гибких днищ доковых конструкций как сжато-изогнутая балка на сплошном основании (второй эксплуатационный случай).

В этом случае задача деформационного расчета сжато-изогнутого гибкого днища сводится к интегрированию следующего обыкновенного дифференциального уравнения четвертого порядка:

Г"(х) = д-у*¥"(х)-(а0-а1х + а2х2Мх) (20)

Уравнение (20) рассматривается при следующих начальных граничных условиях для левого конца днища (х = 0):

У(0)=у0; П0)=е„; у"(0) = -^2-=-Мо;

о _ (21)

Сформулированная контактная задача решена аналогично предыдущему случаю и ее общее решение получено в виде:

Г(х) = У0Мх) + е0/2(х)-М о/3(*)+ё0/4(*)+9 /5(х) (22)

где основные функции этого решения выражаются суммой быстросходящихся бесконечных степенных рядов:

+£(-1)"^гг[1-2-7-8-13-14...(би-5)(бя-4)]-

1В=1

(6 я)!

До ( У2Х 2 У4х 4 у41 2! + 4!

■ вт уд: -

2 Я;

(. \1х1 V4*4 У6*6 V 2! ' 4!---вГ-со«^+...;

00 Qn 00 On

00 д. бя+l I

+ ——[2-3-8-9-14-15... (6я-4)(6и-3)]-—(vx-sin vx) +

~ (ои+1)! V

«2, V2n_2«+S oo v2nr2n+6

v2B~2H+7

+ L (-») "+l n j.7M . ('«, » =26, 68', 140,... ) +

2 <x> дЛд.4я+2 OO

+ £(-Ол^^-[3-4-9.10.15.16...(6я-3)(6«-2)]+ ^ 1 Г, V2*2 V"/• я+i у2я-*2я+6 / ,ч

» у2яу2я+7

00 у 2л у 2л+8

оо qH ^-6/1 + 3

+ Ï(-1)"(^3j7[4-5-10.11-16-17...(6W-2)(6W-1)]+ ^lfvx v3*3 . "I A, 14„+I v2"*2"+7 ,

oo v2»„2«+8

00 y2fty 2л+9

+ «21(-l) "+l (2y>+9), tn. 3 ('„, 3 = 62,134,... )+...;

4 00 а" х 00 а" х

П=1

00 .. 2я « 2я+9

«о углу^п+'в

На основании построенного общего решения (22) получены расчетные формулы для определения значений угла поворота, изгибающего момента и перерезывающей силы в произвольных сечениях днища.

Следует отметить, что в правых частях основных функций построенного решения продольно-поперечного изгиба члены учитывающие в отдельности влияние предельной растягивающей силы содержат гиперболические функции, а в случае сжимающей силы тригонометрические функции.

Предложенные методики расчета продольно-поперечного изгиба позволяют исследовать напряженно-деформированное состояние днища в условиях первого и второго эксплуатационных случаев.

Во второй главе диссертации рассмотрена также задача о деформационном расчете гибких днищ доковых конструкций с учетом нелинейной деформируемости основания.

Установлено, что при широком диапазоне изменения передаваемых конструкцией на грунты основания давлений, зависимость между уплотняющим грунт давлением и осадкой наилучшим образом аппроксимируется степенной функцией следующего вида (рис. 5):

_ \ Р

^пр/

где 5 - осадка основания при уплотняющем грунт давлении с; Запредельная осадка основания, соответствующая предельному критическому давлению <тпр; р - параметр в

нелинейности, учитывающий

крутизну диаграммы ст - £.

Для линеаризации поставленной нелинейной задачи действительная кривая о-Я в диапазоне

Рис. 5.

давлений от 0 до <тпр прямолинейными отрезками (ОЛ и А В). Первая из них ограничивается давлением 0 < а < Я, а вторая Л < ст < стпр (рис. 5). В пределах отрезка АВ, значение уплотняющего грунт давления можно представить в виде:

о = Л ¡Я+Л2

(29)

где

пр

-Л

■Я £Пр - °пр &Я

(30)

- осадка основания при давлении о = Л .

Принимая, что во всех точках контактной поверхности прогибы днища равны осадкам основания, то тогда согласно (29) интенсивность реактивного сопротивления грунта основания будет определяться выражением:

Чт^х) = Ьр[А,Г{х) + А1\, (31)

где Ьр - расчетная ширина днища, обычно принимаемая равной А^, =1,0.

В соответствии с принятой расчетной моделью (31) дифференциальное уравнение поперечного изгиба днища постоянной изгибной жесткости примет вид:

где

Г1У(х) = д1-а1у(х), (32)

а-А2 Ьп А I Ь„

а,=--в,=—(33)

ЧХ ЕЗ Х ЕЗ К '

Построив решения сформулированной контактной задачи (32) с использованием нулевых граничных условий для левого конца днища и метода последовательного приближения по Пикару получены расчетные формулы для определения деформации и усилий:

Г(х) = Г051(х)+8052(л)+Л/о5з(л:) + ео54(х) + ^15'5(х)

^Ку^иху+возчы+моэ^м+о^ы+ч^'их) (34)

ЕЗ

б(х)

ЕЗ

Функции 5 )+у(х) (/ = 0,1,2,3,4) в (34) определяются следующими знакопеременными быстросходящимися рядами:

] 00 О* X ^

(35)

Данная методика расчета позволяет выполнить полный деформационный расчет гибких днищ доковых конструкций на первый эксплуата-

ционный случай в диапазоне передаваемых конструкцией на основание давлений от расчетного сопротивления грунта до предельной критической нагрузки, эта методика позволяет наиболее полно использовать несущую способность грунта основания при проектировании балочных конструкций и фундаментов.

Во второй главе диссертации разработана также методика расчета гибких консольных стен доковых конструкций постоянной и переменной толщины с учетом и без учета влияния собственного веса стены. При этом в качестве расчетной модели принята модель Фусса-Винклера характеризуемая коэффициентом жесткости грунта обратной засыпки, линейно-изменяющегося по глубине. Для всех рассмотренных случаев получены расчетные зависимости для оценки напряженно-деформируемого состояния стены и значений неизвестных начальных параметров.

Здесь также рассмотрен случай расчета гибкой консольной стены постоянной толщины при наличии уровня грунтовых вод в обратных засыпках и ступенчато-прерывных законах изменения по высоте стены интенсивности результирующей распределенной нагрузки и эпюры коэффициента жесткости грунта.

В третьей главе диссертации даются предлагаемые методики динамического расчета гибких днищ доковых конструкций на сплошном грунтовом основании.

Исходя из модели Фусса-Винклера характеризуемой коэффициентом жесткости основания днища изменяющегося по закону трехчленной параболы математически сформулирована и решена динамическая контактная задача о свободных изгибных колебаниях днища.

Получены расчетные формулы для определения динамического прогиба, угла поворота, изгибающего момента и перерезывающей силы в продольных сечениях днища в любой момент времени, а также скорости перемещения точек днища.

На основании полученного общего решения уравнения главных форм изгибных колебаний днища рассмотрен частный случай когда коэффициент жесткости основания днища принимается интегрально-средним. Произведен анализ построенного решения для этого частного случая. Сравнивая основные функции построенного решения с решениями идентичных задач других авторов доказана достоверность предлагаемой методики расчета.

В этой же главе исходя из построенного решения уравнения главных форм изгибных колебаний днища выведены частотные уравнения для различных случаев.

При свободном опирании концов днища и использования интегрально-среднего значения коэффициента жесткости грунта основания днища получен полный спектр частот изгибных колебаний днища:

(О , =

со, =

<о, =

К р + 500,547 £7

1 тпр « Пр ¿4

^ср + 3803,53

'"пр

^ср + 14619,7 ЕЗ

»»пр

кср + 39941,9

1«пр '"пр

ш„ =

-ср

'пр

т„Р £

+ , П

>4.

(36)

При наличии шарнирных опор для спектра частот колебаний днища получены формулы

*ср | £7 п4п тир тпр ь4

ср

В этой же главе дана методика расчета вынужденных колебаний гибких днищ доковых конструкций при действии вибрационных нагрузок изменяющихся по гармоническому закону. В условиях установившегося колебательного движения днища дана методика определения амплитуды колебаний.

На основе построенного общего решения динамической контактной задачи проанализированы отдельные частные случаи. Во всех этих случаях получены расчетные формулы для определения деформаций и усилий в произвольных сечениях днища в любой момент времени вынужденных колебаний.

Четвертая глава диссертации посвящена предлагаемым методикам расчета термонапряженного состояния элементов доковых конструкций гидротехнических сооружений. Здесь отмечается, что изменение температурного режима в случаях опорожненной камеры, особенно нагрев наружных поверхностей стен и днища, вызывает в этих конструкциях дополнительные перемещения и усилия.

В этой главе автором предложены аналитические зависимости описывающие свободные температурные перемещения точек тыловых поверхностей консольных стен постоянной и переменной толщины, а также днища постоянной толщины. На основании этих зависимостей впервые математически сформулированы термоконтактные задачи для оценки термонапряженного состояния элементов доковых конструкций. Получены необходимые расчетные формулы для определения дополнительных деформаций и усилий в произвольных сечениях стен и днища от действия положительного температурного фактора, изменяющегося по различным закономерностям в пределах рассчитываемой конструкции.

Построенные термоконтактные задачи позволяют определить величины дополнительного реактивного сопротивления грунта, а также вызванные в элементах доковых конструкций деформации и усилий.

Основные выводы

Основные результаты проведенных исследований сводятся к следующему:

1. На основании всестороннего анализа и обобщения типов, конструкции, специфические условия работы доковых конструкций гидротехнических сооружений предложена принципиально новая расчетно-механическая модель основания, представляющая собой сочетание модели упругого слоя конечной толщины и модели Фусса-Винклера характеризуемой коэффициентом жесткости основании, изменяющегося в пределах длины расчитываемой конструкции по закону трехчленной параболы.

2. С применением расчетно-теоретического метода определены основные расчетные параметры предлагаемой комбинированной модели и установлены взаимосвязи между этими расчетными параметрами.

3. На основе принятой расчетно-механической модели математически сформулирована и решена статическая контактная задача о поперечном и продольно-поперечном изгибе гибких днищ доковых камер на сплошном грунтовом основании. Общее решение рассматриваемых статических контактных задач построено методом последовательных приближений по Пикару с использованием так называемой краевой функции, содержащие все необходимые статические и кинематические параметры начального сечения рассчитываемой конструкции. При рассмотрении задач о продольно-поперечном изгибе днища доковых конструкций представляется в виде сжато-изогнутой или растянуто-изогнутой гибкой балки на сплошном грунтовом основании в зависимости от предельного расчетного случая определения нагрузок и воздействий на доковую камеру. Получены расчетные зависимости

для определения неизвестных начальных параметров, а также деформаций и усилий в произвольных сечениях днища.

4. Разработана методика деформационного расчета гибких днищ постоянной изгибной жесткости доковых конструкций на нелинейно-деформируемом грунтовом основании и исходя из реальной диаграммы между напряжением и деформацией в диапазоне уплотняющих грунт давлений достигающей величины от нуля до предельной критической нагрузки для грунта основания. Рассматриваемая нелинейная контактная задача решена путем линеаризации нелинейного уравнения изгиба где реальная диаграмма между напряжением и осадкой заменяется двумя прямолинейными отрезками. Первая из них охватывает диапазон напряжений от нуля до условного расчетного сопротивления грунта основания, а вторая от последнего до второй предельной критической нагрузки на грунт. Получены расчетные зависимости для определения деформаций и усилий в произвольных сечениях днища. Предложенная методика расчета позволяет наиболее полно использовать несущую способность грунта основания при проектировании балочных конструкций и фундаментов.

5. Исходя из модели Фусса-Винклера, характеризуемой линейной изменяющейся по глубине коэффициентом жесткости грунта обратной засыпки разработана методика деформационного расчета гибких консольных стен доковых конструкций с постоянной изгибной жесткостью на первый эксплуатационный случай. Математически сформулирована и решена статическая контактная задача деформационного расчета гибких стен доковых конструкций постоянной толщины с учетом влияния собственного веса. Получены необходимые расчетные формулы для оценки напряженно-деформированного состояния консольной стены.

6. Разработана методика деформационного расчета гибкой консольной стены переменной толщины с использованием модели Фусса-Винклера. При этом дифференциальное уравнение изгиба стены решено с использованием

метода разложения искомой функции на степенные ряды. Здесь также получены необходимые расчетные зависимости для определения деформации и усилий произвольных сечений гибкой стены переменной толщины.

7. Разработана методика деформационного расчета гибких консольных стен при наличии уровня грунтовых вод в обратных засыпках и ступенчато-переменного закона изменения коэффициента жесткости грунта обратной засыпки по глубине. Данная задача решена также с помощью степенных рядов с использованием реккурентных соотношений. При этом участки консольной стены выше и ниже уровня грунтовых вод рассмотрены раздельно.

8. Исходя из модели Фусса-Винклера характеризуемой коэффициентом жесткости основания изменяющегося по длине днища трехчленной параболы математически сформулировано динамическая контактная задача о свободном изгибном колебании гибких днищ постоянной изгибной жесткости. При этом приведенная масса колеблющейся конструкции определены с учетом погонной массы днища и воды, наполняющей камеры до расчетного уровня. Дифференциальное уравнение главных форм колебаний днища решено с использованием динамической краевой функции и метода последовательных приближений. Получены расчетные формулы для определения деформаций и усилий в произвольных сечениях днища в любой момент времени, а также скорости перемещений точек днища. На основание построенного общего решения получены расчетные формулы для определения частоты колебаний для первых трех приближений. В случае использования осредненного значения коэффициента жесткости основания получены полные спектры частот колебаний для рассматриваемых граничных условий днища.

9. Решена динамическая контактная задача о вынужденном колебании гибких днищ постоянной изгибной жесткости при действии вибрационной нагрузки изменяющегося по гармоническому закону с учетом интегрально-среднего значения коэффициента жесткости основания. Получены расчетные формулы для определения динамического прогиба, угла поворота,

изгибающего момента и перерезывающей силы в произвольных сечениях днища в любой момент времени. На основании постороенных общих решений динамических контактных задач проанализировано частные случаи и путем сопоставления с решениями других авторов доказаны их достоверность.

10. Исходя из требований нормативных документов предложены аналитические зависимости для описания свободных температурных перемещений точек тыловой поверхности гибких консольных стен постоянной и переменной жесткости, а также днище постоянной изгибной жесткости для случая полностю опорожненной камеры. Впервые сформулировано и решены термоконтактные задачи о гибких стенах и днищах доковых конструкций и получены расчетные зависимости для оценки термонапряженного состояния этих конструкций. Разработанные методики расчета термоконтактных задач позволяют учитывать влияние дополнительного реактивного давления грунта обратной засыпки от расчетного температурного воздействия на величину деформации и усилий возникающих в этих конструкциях.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1) Пириев А.Ю. Термоконтактная задача о расчете днища доковых камер судоходных шлюзов. Материалы VI Республиканской научной конференцииаспирантов и молодых исследователей. Баку, 2000, стр. 253-254

2) Пириев А.Ю. Об одной методике расчета днища доковых камер судоходных шлюзов. АзИСУ, сб. науч. трудов факультета ВХС и экологии, №4, Баку, 2000, 103-111 с.

3) Пириев А.Ю. К вопросу расчета днища доковых камер судоходного шлюза. АзИСУ, сб. научных трудов факультета «ВХС и экологии», №5, Баку, 2001, стр. 140-147

4) Мамедов K.M., Пириев А.Ю. К вопросу расчета свободных изгибных колебаний днища доковых камер судоходных сооружений. Тезисы докладов IV Российской национальной конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным участием. Сочи, 9-13

октября 2001 г., М., 2001, с. 151.

5) Пириев А.Ю. Расчет свободных изгибных колебаний днища доковых конструкций гидротехнических сооружений. Сборник научных трудов по механике, №12, часть вторая, Баку, 2002, с. 143-148.

6) Мамедов K.M., Пириев А.Ю. Методика расчета свободных изгибных колебаний гибких днищ доковых камер судоходных шлюзов. Тезисы докладов V Российской Национальной Конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным участием. Сочи, 22-26 сентября 2003 г., М„ 2003, стр. 111.

7) Пириев А.Ю. Об одном общем решении дифференциального уравнения свободных изгибных колебаний гибких днищ доковых конструкций. Межвузовский научно-технический журнал «Прикладная механика», №1, Баку, 2004, стр. 107-113

8) Пириев А.Ю. О методе расчета днищаконструкций докового типагидротехнических сооружений. Журнал «Гидротехническое строительство», 2004 г., №10, стр. 21-24

9) Пириев А.Ю., Гаджиев A.C. Современное состояние гидроэнергетики и перспективы ее развития в Азербайджанской Республике. Журнал «Гидротехническое строительство», 2005 г., №6

10) Пириев А.Ю., Гаджиев A.C., Гасумов И.И., Александров Л.В. Особенности проектирования и строительства комплекса Худаферинского гидроузла на реке Араке. Журнал «Гидротехническое строительство», 2005 г., №6

11) Пириев А.Ю. Строительство Еникендской ГЭС. Журнал «Гидротехническое строительство», 2005 г., №6

12) Пириев А.Ю. «Бакгидропроект»у - 60 лет. Журнал «Гидротехническое строительство», 2005 г., №6

13) Piriyev A.Y. The Yenikend run at river plant nears completion of Azerbaijan. Журнал "Hydropower & DAMS", Issue 3, volumesix, 1999, стр. 73-74

14) Пириев А.Ю. Деформационный расчет днища доковых кострукций гидротехнических сооружений на поперечный изгиб. Научные труды, №1, Баку-2004, стр. 104-107

15) Пириев А.Ю. Об исследовании дифференциального уравнения поперечного изгиба днища доковых конструкций гидротехнических сооружений. Научные труды, №1, Баку-2004, стр. 108-111

Piriyev Aydin Unus oglu

Methods of calculation of dock shaped hydrotechnical constructions influenced by static, dynamic and temperature loads

ABSTRACT

They offer both a linear and non-linear calculation-mechanical models in order to calculate bottom slabs of dock shaped constructions influenced by static and dynamic loads.

They determine the main characteristics of these models and connection with each other.

They give mathematical expressions of static and dynamic contacts of mobile bottom slabs according to the offerred both linear and non-linear models. They work out calculations of deformation of console walls of dock shaped constructions considering the coefficient of hardness of Fuss-Vinkler model changing when the constructions have both constant and changing thickness. They work out the solution of static contact problem considering the intensity of regular resultant load and the coefficient of hardness of filled soil changing as a stepped broken function.

They offer analytic equations of free displacements of elements of dock shaped constructions and using them come to engineering solution of termo-contact problems. That helps to calculate both the deformation of the considered elements caused by positive temperature and internal forces.

They calculate practically considerable problems with the help of the models offerred and basing on those worked out methods of calculations of static, dynamic and termo-contact problems.

f

■v

i

\

Отпечатано в типографии «Гидропроекта». Тираж 100 экз. Заказ № 173.

» 1 б 1 5 S

РНБ Русский фонд

2006-4 13393

€

Введение.

Глава I. Общие сведения о доковых конструкциях гидротехнических сооружений и методиках их расчета на различные воздействия.

1.1. Общие сведения о доковых конструкциях гидротехнических сооружений.

1.2. Условия работы и виды действующих нагрузок на доковые конструкции.

1.3. Краткий анализ существующих методов расчета доковых конструкций.

Глава И. Предлагаемые методики статического расчета элементов доковых конструкций гидротехнических сооружений.

2.1. Постановка задачи и выбор расчетной модели основания.

2.2. Определение жесткостных характеристик основания при расчете гибких днищ на слое толщины, подстилаемым жестким основанием.

2.3. Дифференциальное уравнение поперечного изгиба днища доковых конструкций и построение его общего решения.

2.4. Деформационный расчет днища доковых конструкций как растянуто-изогнутой балки на сплошном грунтовом основании.

2.5. Деформационный расчет днища доковых конструкций как гибкая сжато-изогнутая балка на сплошном грунтовом основании.

2.6. Деформационный расчет гибких днищ доковых конструкций с учетом нелинейной деформируемости основания.

2.7. Деформационный расчет гибких стен доковых конструкций с постоянной изгибной жесткостью на первый эксплуатационный случай.

2.8. Деформационный расчет гибких стен доковых конструкций постоянной толщины с учетом влияния собственного веса.

2.9. Поперечный изгиб консольных стен доковых конструкций переменной толщины.

2.10. Деформацонный расчет гибких стен доковых конструкций с учетом влияния грунтовых вод в обратных засыпках.

Глава III. Предлагаемые методики динамического расчета гибких днищ доковых конструкций на сплошном грунтовом основании.

3.1. Математическая формулировка задачи о свободном изгибном колебании гибких днищ на сплошном упругом основании.

3.2. Построение общего решения дифференциального уравнения свободных изгибных колебаний гибких днищ доковых конструкций.

3.3. Анализ общего решения уравнения главных форм изгибных колебаний днища.

3.4. Вывод частных уравнений днища доковых конструкций.

3.5. Расчет вынужденных колебаний гибких днищ доковых конструкций при действии вибрационных нагрузок.

Глава IV. Предлагаемая методика расчета термонапряженного состояния элементов доковых конструкций гидротехнических сооружений.

4.1. Постановка задачи.

4.2. Методика расчета термонапряженного состояния стен доковых конструкций.

4.3. Расчет термонапряженного состояния гибких стен доковых конструкций с учетом переменности толщины стен и температурного воздействия.

4.4. Расчет термонапряженного состояния гибких днищ доковых конструкций.

Актуальность темы диссертации. Доковые конструкции различных типов и назначений находят самое широкое применение в различных областях современного гидротехнического строительства. В большинстве случаев эти конструкции являются неотъемлемой частью судопропускных, судостроительных, судоремонтных, открытых водосбросных, водовыпускных, отстойных и других сооружений. В зависимости от условия применения доковые конструкции подвергаются разнообразным нагрузкам и воздействиям. Особенно сложными условиями работы отличаются доковые конструкции судоходных шлюзов, открытых поверхностных водосбросов, судостроительных, судоремонтных сооружений и отстойников. В условиях эксплуатации доковые конструкции могут подвергаться значительным статическим, динамическим (сейсмическим) и температурным воздействиям.

Несмотря на достигнутые успехи в области расчета инженерных конструкций взаимодействующих с грунтом, вопросы статического, динамического и термического расчета доковых конструкций вплоть до настоящего времени не получили должного развития.

Настоящая работа посвящена весьма актуальной проблеме - развитию и усовершенствованию методики расчета статических, динамических и термоконтактных задач доковых конструкций гидротехнических сооружений с использованием наиболее точных и совершенных линейных и нелинейных расчетно-механических моделей основания.

Целью диссертационной работы является разработка методики статического, динамического расчета элементов доковых конструкций как на основе существующих, так и предлагаемых новых линейных и нелинейных расчетно-механических моделей, а также решений термоконтактных задач.

Для достижения этой цели потребовалось решение следующих задач: - на основании всестороннего анализа и обобщения типов конструкций, специфических условий работы доковых конструкций гидротехнических сооружений разработать принципиально новую расчетно-механическую модель основания представляющую собой сочетание модели упругого слоя конечной толщины и модели Фусса-Винклера характеризуемой коэффициентом жесткости основания изменяющимся в пределах длины балочной конструкции по закону трехчленной параболы;

- установление основных расчетных параметров предлагаемой модели и взаимосвязи между ними;

- на основе предлагаемой новой расчетно-механической модели разработать методики расчета поперечного и продольно-поперечного изгиба гибких днищ доковых конструкций;

- с использованием физически нелинейной модели основания разработать методики деформационного расчета гибких днищ постоянной изгибной жесткости;

- исходя из модели Фусса-Винклера характеризуемой линейно изменяющимся по глубине грунта обратной засыпки коэффициентом жесткости разработать методики деформационного расчета гибких консольных стен постоянной и переменной толщины с учетом и без учета влияния собственного веса;

- разработать методики деформационного расчета гибких консольных стен постоянной толщины при наличии уровня грунтовых вод в обратных засыпках и ступенчато-прерывных законов изменения результирующего гидростатического давления воды на стенки и коэффициента жесткости грунта обратной засыпки по глубине;

- на основании принятой расчетной модели разработать методики расчета свободных колебаний гибких днищ постоянной изгибной жесткости и получить соответствующие уравнения для определения частоты и спектров частот колебаний;

- решить задачу о вынужденных колебаниях гибких днищ постоянной изгибной жесткости с использованием модели Фусса-Винклера характеризуемой постоянным или интегрально-средним значением коэффициента жесткости основания и гармонического закона изменения импульсивной нагрузки;

- предложить аналитические зависимости для описания свободных температурных перемещений точек тыловых поверхностей гибких стен постоянной и переменной жесткости, а также для гибких днищ постоянной жесткости;

- с использованием предложенных аналитических зависимостей для описания свободных температурных перемещений разработать методики расчета термоконтактных задач стен и днищ доковых конструкций для случая полностью опорожненной доковой камеры.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- предложена новая расчетно-механическая модель основания представляющая собой модель упругого слоя конечной толщины и модели Фусса-Винклера характеризуемой переменным коэффициентом жесткости грунта, изменяющегося в пределах балочной конструкции (днища) по закону трехчленной параболы;

- с использованием предложенной расчетно-механической модели основания математически сформулированы и решены статические контактные задачи о поперечном и продольно-поперечном изгибе гибких днищ постоянной изгибной жесткости;

- предложена физически нелинейная модель основания и на ее основании сформулирована и решена статическая контактная нелинейная задача о деформационном расчете гибких днищ постоянной изгибной жесткости;

- на основании предложенной новой линейной расчетной модели математически сформулирована и решена динамическая контактная задача о свободных изгибных колебаниях гибких днищ постоянной жесткости и на основании этого решения получены уравнения частот для первых трех приближений. При осредненных значениях коэффициента жесткости основания исходя из построенного решения получены полные спектры частот колебаний для рассматриваемых граничных условий днища;

- разработана методика расчета вынужденных колебаний гибких днищ постоянной изгибной жесткости при осредненных значениях коэффициента жесткости винклерового основания и вибрационной динамической нагрузки изменяющейся по гармоническому закону;

- предложены новые аналитические зависимости для описания свободных тем-пературных перемещений точек тыловых поверхностей гибких стен постоянной и переменной по высоте толщины днища и постоянной по длине толщины;

- на основании этих зависимостей впервые математически сформулированы и решены термоконтактные задачи, о стенах и днищах доковых конструкций позволяющие проанализировать термонапряженные состояния этих конструкций при положительных постоянных и переменных законах изменения расчетного температурного воздействия.

Практическая ценность работы. Результаты выполненных исследований позволяют внедрить в практику расчета конструкций взаимодействующих с грунтом принципиально новых линейных и нелинейных расчетно-механических моделей основания, позволяющие наиболее полно учитывать совместную работу "конструкция-основание" при статических и динамических воздействиях. Рассмотренные в диссертационной работе методики расчета статических, динамических и термоконтактных задач имеют прямое отношение к практике проектирования доковых конструкций гидротехнических сооружений. Предложенные методики расчетов могут быть использованы при уточнении отдельных положений существующих нормативных документов по проектированию доковых конструкций судоходных шлюзов, поверхностных водосбросов, судостроительных, судоремонтных и других сооружений. Предложенные методики расчета позволяют также усовершенствовать существующие теории расчета конструкций на сплошном грунтовом основании.

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований были доложены на IV республиканской научной конференции аспирантов и молодых соискателей (Баку, 2000 г.), на IV Российской Национальной конференции по сейсмостойкому строительству и районированию с международным участием (Сочи, 2001 г.) и семинарах кафедры гидротехнических сооружений и гидравлики, испытания и сейсмостойкости сооружений Азербайджанского Архитектурно-Строительного Университета (Баку, 2000-2002 г.г.) и отражены в пяти опубликованных научных трудах.

На защиту выносятся следующие вопросы:

1. Методика статического расчета гибких днищ постоянной изгибной жесткости на поперечный и продольно-поперечный изгиб с использованием предложенной новой линейной расчетно-механической модели основания.

2. Методы расчеты гибких днищ постоянной жесткости с использованием физически нелинейной модели основания.

3. Методы деформационного расчета гибких консольных стен постоянной и переменной жесткости с учетом и без учета влияния собственного веса.

4. Метод деформационного расчета гибких консольных стен доковых конструкций при прерывных законах изменения результирующей распределенной нагрузки и коэффициента жесткости винклерового основания по глубине грунта обратной засыпки.

5. Методы расчета динамической контактной задачи о свободных изгибных колебаниях гибких днищ постоянной изгибной жесткости.

6. Метод расчета вынужденных колебаний гибких днищ доковых конструкций при действии импульсивных нагрузок.

7. Методы расчета термоконтактных задач стен и днища доковых конструкций с использованием новых аналитических зависимостей для описания свободных температурных перемещений точек тыловой поверхности гибких стен и днища доковых конструкций для случая полностью опорожненной камеры.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего 94 наименования. Общий объем работы 164 страниц, в том числе 36 рисунков и 6 таблиц.

Основные результаты проведенных исследований сводятся к следующему:

1. На основании всестороннего анализа и обобщения типов конструкций, специфических условий работы доковых конструкций гидротехнических сооружений, предложена принципиально новая расчетно-механическая модель основания, представляющая собой сочетание модели упругого слоя конечной толщины и модели Фусса-Винклера характеризуемой коэффициентом жесткости основания, изменяющегося в пределах длины расчитываемой конструкции по закону трехчленной параболы.

2. С применением расчетно-теоретического метода определены основные расчетные параметры предлагаемой комбинированной модели и установлены взаимосвязи между этими расчетными параметрами.

3. На основе принятой расчетно-механической модели математически сформулирована и решена статическая контактная задача о поперечном и продольно-поперечном изгибе гибких днищ доковых камер на сплошном грунтовом основании. Общее решение рассматриваемых статических контактных задач построено методом последовательных приближений по Пикару с использо-ванием так называемой краевой функции, содержащей все необходимые стати-ческие и кинематические параметры начального сечения рассчитываемой конс-трукции. При рассмотрении задач о продольно-поперечном изгибе, днища доковых конструкций представляются в виде сжато-изогнутой или растянуто-изогнутой гибкой балки на сплошном грунтовом основании в зависимости от предельного расчетного случая определения нагрузок и воздействий на доковую камеру. Получены расчетные зависимости для определения неизвестных начальных параметров, а также деформаций и усилий в произвольных сечениях днища.

4. Разработана методика деформационного расчета гибких днищ постоянной изгибной жесткости доковых конструкций на нелинейно-деформируемом грунтовом основании и исходя из реальной диаграммы между напряжением и деформацией в диапазоне уплотняющих грунт давлений достигающей величины от нуля до предельной критической нагрузки для грунта основания. Рассматриваемая нелинейная контактная задача решена путем линеаризации нелинейного уравнения изгиба где реальная диаграмма между напряжением и осадкой заменяется двумя прямолинейными отрезками. Первая из них охватывает диапазон напряжений от нуля до условного расчетного сопротивления грунта основания, а вторая от последнего до второй предельной критической нагрузки на грунт. Получены расчетные зависимости для определения деформаций и усилий в произвольных сечениях днища. Предложенная методика расчета позволяет наиболее полно использовать несущую способность грунта основания при проектировании балочных конструкций и фундаментов.

5. Исходя из модели Фусса-Винклера, характеризуемой линейной изменяющейся по глубине коэффициентом жесткости грунта обратной засыпки разработана методика деформационного расчета гибких консольных стен доковых конструкций с постоянной изгибной жесткостью на первый эксплуатационный случай. Математически сформулирована и решена статическая контактная задача деформационного расчета гибких стен доковых конструкций постоянной толщины с учетом влияния собственного веса. Получены необходимые расчетные формулы для оценки напряженно-деформированного состояния консольной стены.

6. Разработана методика деформационного расчета гибкой консольной стены переменной толщины с использованием модели Фусса-Винклера. При этом дифференциальное уравнение изгиба стены решено с использованием метода разложения искомой функции на степенные ряды. Здесь также получены необходимые расчетные зависимости для определения деформации и усилий в произвольных сечениях гибкой стены переменной толщины.

7. Разработана методика деформационного расчета гибких консольных стен при наличии уровня грунтовых вод в обратных засыпках и ступенчато-переменного закона изменения коэффициента жесткости грунта обратной засыпки по глубине. Данная задача решена также с помощью степенных рядов с использованием реккурентных соотношений. При этом участки консольной стены выше и ниже уровня грунтовых вод рассмотрены раздельно.

8. Исходя из модели Фусса-Винклера характеризуемой коэффициентом жесткости основания изменяющегося по длине днища трехчленной параболы математически сформулировано динамическая контактная задача о свободном изгибном колебании гибких днищ постоянной изгибной жесткости. При этом приведенная масса колеблющейся конструкции определены с учетом погонной массы днища и воды, наполняющей камеры до расчетного уровня. Дифференциальное уравнение главных форм колебаний днища решено с использованием динамической краевой функции и метода последовательных приближений. Получены расчетные формулы для определения деформаций и усилий в произвольных сечениях днища в любой момент времени, а также скорости перемещений точек днища. На основании построенного общего решения получены расчетные формулы для определения частоты колебаний для первых трех приближений. В случае использования осредненного значения коэффициента жесткости основания получены полные спектры частот колебаний для рассматриваемых граничных условий днища.

9. Решена динамическая контактная задача о вынужденном колебании гибких днищ постоянной изгибной жесткости при действии вибрационной нагрузки изменяющейся по гармоническому закону с учетом интегрально-среднего значения коэффициента жесткости основания. Получены расчетные формулы для определения динамического прогиба, угла поворота, изгибающего момента и перерезывающей силы в произвольных сечениях днища в любой момент времени. На основании построенных общих решений динамических контактных задач проанализированы частные случаи и путем сопоставления с решениями других авторов доказаны их достоверность.

10. Исходя из требований нормативных документов предложены аналитические зависимости для описания свободных температурных перемещений точек тыловой поверхности гибких консольных стен постоянной и переменной жесткости, а также днище постоянной изгибной жесткости для случая полностью опорожненной камеры. Впервые сформулировано и решены термоконтактные задачи о гибких стенах и днищах доковых конструкций и получены расчетные зависимости для оценки термонапряженного состояния этих конструкций. Разработанные методики расчета термоконтактных задач позволяют учитывать влияние дополнительного реактивного давления грунта обратной засыпки от расчетного температурного воздействия на величину деформаций и усилий возникающих в этих конструкциях.

1. Александров В.В. Колебания упругих балок на весомом упругом основании. Тр. Хар. ИСИ, вып. 13, 1959, 57-63 с.

2. Андре Анго. Математика для электро- и радиоинженеров. Изд. "Наука", М., 1967, 778 с.

3. Баркан Д.Д. Расчет и проектирование фундаментов под машины с динамическими нагрузками. М., Госстройиздат, 1938, 263 с.

4. Баркан Д.Д., Смольников Я.Н., Санчев П.И. Экспериментальная проверка теории колебаний массивных фундаментов. Проект и стандарт, №12, 1936, 70 с.

5. Безухов Н.И. Динамика сооружений в примерах и задачах. Стройиздат, 1947, 371 с.

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М., 1962, 608 с.

7. Бородачев Н.М. Вертикальные колебания кругового штампа на упругом полупространстве. "Строительная механика и расчет сооружений", №5, 1964, 24-28 с.

8. Волков И.М., Кононенко П.Ф., Федичкин И.К., Бочкарев Я.В., Сергеев Б.И., Иванов В.П., Бондаренко B.C. Проектирование гидротехнических сооружений. М., "Колос", 1977, 384 с.

9. Винокуров Л.П. Решение динамической контактной задачи для фундаментов при использовании упрощенной модели оснований. Труды Хар. ИСИ, вып. 16, 1961, 22-28 с.

10. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. Изд-во "Наука", М.,1967, 984 с.

11. Гидротехнические сооружения. Под ред. Н.П.Розанова. М., Агропромиздат, 1985,432 с.

12. Гидротехнические сооружения. Под ред. М.М.Гришина. М., Высшая школа, 1979, части 1 и 2, 610 е., 333 с.

13. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. М., Стройиздат, 1983, 543 с.

14. Глушков Г.И. Статика и динамика сооружений заглубленных в грунт. М., Стройиздат, 1967, 210 с.

15. Герсеванов Н.М. Собрание сочинений. М., Стройвоенмориздат, тип. им. Евг. Соколовой, т.2, 1948, 376 с.

16. Глушков Г.И. Статика и динамика сооружений, заглубленных в грунт. М., Стройиздат, 1967, 210 с.

17. Гаджиев Ф.М. Влияние инерционных свойств грунта при определении частот собственных колебаний круглоцилиндрической одиночной сваи. Труды координационных совещаний по гидротехнике. JL, вып. 40, 1967, 34-37 с.

18. Гаджиев Ф.М. Влияние инерционных свойств грунта на динамические характеристики свай при вынужденных колебаниях. Динамика оснований и фундаментов. Т., II, 1969,47 с.

19. Горбунов-Посадов М.И. Современное состояние научных основ фундаментостроения. М., "Наука", 1967, 68 с.

20. Горбунов-Посадов М.И., Маликова Т. А., Соломин В.И. Расчет конструкций на упругом основании. М., Стройиздат, 1984, 679 с.

21. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. Изд-во "Наука", М., 1971, 1108 с.

22. Джунковский Н.Н., Каспарсон А.А., Курлович Е.В., Смирнов Г.Н., Сидорова А.Г. Порты и портовые сооружения. Часть II, М., Стройиздат, 1967,448 с.

23. Дуброва Г.А. Методы расчета давления грунтов на транспортныесооружения. М., изд. "Транспорт", 1969, 232 с.

24. Жемочкин Б.Н., Синицын А.П. Практические методы расчета фундаментных балок и плит на упругом основании. М., Госстрой из дат, 1962, 239 с.

25. Ильичев В. А. К решению нестационарной контактной задачи в квадратном штампе, лежащем на упругом инерционном полупространстве. В сб. "Исследование по теории сооружений", вып. 17, 1969, 43-52 с.

26. Коренев Б.Г. Конструкции лежащие на упругом основании. В сб. "Строительная механика в СССР 1917-1967". Стройиздат, М., 1969, 423 с.

27. Клепиков С.Н. Расчет конструкций на упругом основании. Киев, Буд1вельник, 1967, 187 с.

28. Корневиц Э.Ф., Эндер Г.В. Формулы для расчета балок на упругом основании. М., Стройиздат, 1952, 212 с.

29. Киселев В.А. Строительная механика. Специальный куср, М., 1964, 332 с.

30. Kishida Н. Nakais. Nonlinearsty of coefficent of horizontal subrude reaction. Proc. Annal Meeting of IssMFE, 1976.

31. Кадыш Ф.С. Опытные исследования изгиба балок, лежащих на грунте. Сб. статей "Вопросы динамики и прочности", Рига, Изд-во АН Латв. ССР, 1962, 52-64 с.

32. Крылов А.Н. О численном решении уравнения, которые в технических вопросах определяют частоты малых колебаний материалов систем. ИМЕН, №1, 1931,49 с.

33. Крылов А.Н. О расчете балок лежащих на упругом основании. Л., 1931, 154 с.

34. Lamb Н. On the propogatione of tremors over the surfeca of the elactics solid. Phil, trans Roy. Soc. London, 203, 1904.

35. Михайлов A.B. Внутренние водные пути. M., Стройиздат, 1973. 328 с.

36. Михайлов А.В. Судоходные шлюзы. М., Издательство "Транспорт", 1966,528 с. ■

37. Мамедов К.М., Караев Н.А., Махмудов Т.М., Исмаилова С.С. Проектирование и расчет судоходных сооружений на внутренних водных путях. Баку, тип, АзПИ им. Ч.Ильдрыма, 1984, 129 с.

38. Мустафаев А.А. Фундаменты на просадочных и набухающих грунтах. М., "Высшая школа", 1989, 590 с.

39. Мамедов К.М. К вопросу расчета изгибных колебаний опор морских нефтепромысловых сооружений. Ученые записки вузов министерства высшего и среднего специального образования Азербайджанской ССР. Серия №3, АзПИ им. Ч.Ильдрыма, Баку, 1974, 41-49 с.

40. Мамедов К.М., Исмайлов Ф.М., Ахмедиан Гусейн. Изгибные колебания балочных фундаментов на глинистых набухающих основаниях. Сб. науч. трудов по вопросам гидротехники. АзИСУ, Баку, 1994, 8-22 с.

41. Мамедов К.М. Об одном методе расчета изгибных колебаний опор морских нефтепромысловых сооружений. Известия АН Уз. ССР, серия технических наук, №5, 1982, 72-73 с.

42. Мамедов К.М., Сафарова Н.А. Расчет изгибных колебаний опор глубокого заложения с учетом нелинейного изменения жесткости грунтовой среды. Библиографический указатель ВНИИИС по строительству и архитектуре, №1,1984, 14 с.

43. Мамедов К.М., Исмайлов Ф.М., Ахмедиан Гусейн. Динамический расчет гибких опор глубокого заложения в структурно-неустойчивых просадочных грунтах I типа по просадочности. Тезисы II республиканской научной конференции. Баку, 1997, 175 с.

44. Манвелов Jl.И., Бартошевич Э.С. О выборе расчетной модели упругого основания. "Строительная механика и расчет сооружений", М., 1961, №4, 72-87 с.

45. Массальский Е.К. Экспериментальное исследование работы гибкой балки на песчаном основании. "Основания, фундаменты и механика грунтов", М., 1964, №6, 2-4 с.

46. Массальский Е.К. К расчету балок на грунтовом основании. Сб. "Проектирование фундаментов в промышленном строительстве", обзорный выпуск №1 Главпромстройпроекта, Госстрой СССР, 1966, 89-110 с.

47. Мамедов К.М. Вопросы расчета бурозамяных свай, применяемых в основаниях морских нефтепромысловых сооружений на прочность и устойчивость. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Баку, 1970, 224 с.

48. Мустафаев А.А. Фундаменты на просадочных и набухающих грунтах. Изд. "Высшая школа", М., 1989, 590 с.

49. Мамедов К.М., Исмайлов Ф.М. Деформационный расчет противо-фильтрационных шпунтовых стен, применяемых в гидротехническом строительстве. Труды юбилейной сессии Варшавской Сельхозакадемии. Варшава, 1990, с. 183-196.

50. Мамедов К.М. Деформационный расчет консольных днищ переменного сечения камер судоходного шлюза на второй эксплуатационный случай. Сборник научных трудов "ВХС и Экологии", №5, Баку, 2001, с. 152-157.

51. Мустафаев А.А., Мамедов К.М. Продольно-поперечный изгиб гибких весомых опор глубокого заложения. Ученые записки АзИСИ, серия №2, 1978, 68-74 с.

52. Mammadov К.М., Bayramov А.С., Mammadov Q.Q. Garni ke^iran §luz kamerasinin 9evik dib konstruksiyasinin deformasiyaya hesablanmasi metodikasi.C6opHHK научных трудов факультета ВХС и экологии, №3, Баку, 1999, с. 141-147.

53. Прокофьев И.П. Давление сыпучего тела и расчет подпорных стен. М., Госстройиздат, 1947, 144 с.

54. Пастернак П.Л. Основы нового метода расчета фундаментов на упругом основании при помощи двух коэффициентов постели. М., Гос. Изд., 1954, 54 с.

55. Пузыревский Н.П. Фундаменты. Л.-М., Госстройиздат, 1954, 456 с.

56. Павлюк Н.П. О колебаниях твердого тела, опирающегося на грунтовое основание. "Сборник статей о вибрациях фундаментов". М., Госстройиздат, 1933, 14-17 с.

57. Пириев А.Ю. Об одной методике расчета днища доковых камер судоходных шлюзов. МО Азерб. Республики. АзИСУ, сб. науч. трудов факультета ВХС и экологии, №4, Баку, 2000, 103-111 с.

58. Протусевич Я А. Вариационные методы в строительной механике. М., Гостехиздат, 1948, 248 с.

59. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. Изд-во1. Наука", М., 1981,798 с.

60. Пириев А.Ю. К вопросу расчета днища доковых камер судоходного шлюза. Сборник научных трудов факультета водохозяйственного строительства и экологии ААСИ, №5, Баку, 2001, с. 140-147.

61. Пириев А.Ю. Расчет свободных изгибных колебаний днища доковых конструкций гидротехнических сооружений. Сборник научных трудов по механике, №12, часть вторая, Баку, 2002, с. 143-148.

62. Рабинович И.М., Синицын А.П., Лужин О.В., Теренин В.М. Расчет сооружений на импульсивные воздействия. I., 1970, 304 с.

63. Reissner Е. Stationare, axlalsimmetrishe durch enies shiiteelnde Masse erregte Schnigungen eines homogen elastische Halbroums, Ingeneiur-Archiv. Bezember, 1936.

64. Смирнов Г.Н., Горюнов Б.Ф., Курлович E.B., Левачов С.Н., Сидорова А.Г. Порты и портовые сооружения. М., Стройиздат, 1979, 608 с.

65. СНиП П-55-79. Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения. М., Стройиздат, 1980, 41 с.

66. СНиП 2.06.04.-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). М., Стройиздат, 1983, 39 с.

67. СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах. М., Госстрой России, 2000, 45 с.

68. Снитко Н.К. Статическое и динамическое давления грунтов и расчет подпорных стенок. М., Стройиздат, 1963, 295 с.

69. Сокловский В.В. Статика сыпучей среды. М., Изд. АН СССР, 1942, 357 с.

70. СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений. М., Госстройиздат, 1986, 45 с.

71. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. М., Госстройиздат, 1985,41 с.

72. Савинов О.А. Фундаменты под машины.М.,Госстройиздат,1955, 402 с.

73. Савинов О.А. Об основах методики экспериментального определенияхарактеристик упругости грунта, входящих в расчеты фундаментов под машины. "Вопросы механики грунтов", 1953, №4, 27-34 с.

74. Савинов О.А., Клатцо М.М., Степанов Г.Н. Расчеты свайных фундаментов энергетических сооружений на динамические нагрузки. JL, "Энергия", 1976, 217 с.

75. Снитко Н.К. Статическое и динамическое давление грунтов и расчет подпорных стенок. М., Стройиздат, 1963, 295 с.

76. Снитко Н.К. Динамика сооружений. Госстройиздат, 1960, 304 с.

77. Сафарова Н.А. Статические и динамические методы расчета опор глубокого заложения на основе нелинейной модели грунтовой среды. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Баку, 1987,23 с.

78. Силин К.С., Глотов Н.М., Каржинский В.И. Фундаменты опор мостов из сборного железобетона. Изд-во "Транспорт", М., 1966, 324 с.

79. Терцаги К. Механика грунтов в инженерной практике. М., Госстройиздат, 1952, 263 с.

80. Тимошенко С.П., Дж.Гудьер. Теория упругости. М., изд. "Наука", 1979, 560 с.

81. Taj mi. Н. Seismic effect on piles. Paper cpesialy session. nlO. JX, JCSMF.E. Tokyo, 1977.

82. Урецкий Б.А., Кульмач П.П. О динамическом расчете свайных причальных сооружений на швартовке нагрузки и навале кораблей. Тр. Л., ВИГУВМФ, вып. 4, 1957, 19-24 с.

83. Урбан И.В. Расчет тонких стенок с учетом упругих свойств грунта и стенки. Труды МИИТ, вып. 55, М., Трансжелдориздат, 1939, с. 51-63.

84. Хаяси К. Теория расчета балок на упругом основании в применении к фундаментостроению. ГТИ, М., 1930, 181 с.

85. Цытович Н.А. Механика грунтов. Стройиздат, М., 1963, 636 с.

86. Черкасов И.И. Механические свойства грунтовых оснований. М.,

87. Автотрансиздат, 1958, 156 с.

88. Яропольский И.В. Полевые и лабораторные исследования устойчивости и прочности свай и шпунтовой стенки. "Труды ЦНИИВТ"а, 1935, вып. 155, 3250 с.

89. Яковлев А.С. Учет инерции упругого основания в задачах о вынужденных колебаниях плит и балок. "Строительная механика и расчет сооружений", №1, 1967,41-48 с.

90. Яковлев А.С. Вынужденные колебания бесконечной балки с учетом инерции упругого основания. "Строительная механика и расчет сооружений №1, 1965, 17-23 с