автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Взаимодействие грунтового основания и сборных ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы

На правах рукописи

Архипов Дмитрий Николаевич

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ И СБОРНЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ С ГЕОМЕТРИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЕМОЙ ФОРМОЙ ПОДОШВЫ

Специальность 05.23 02. - Основания и фундаменты, подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте)

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Евтушенко Сергей Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Клочков Юрий Васильевич

кандидат технических наук, профессор Ляшенко Павел Алексеевич

Ведущая организация:

ГОУ ВПО Ростовский государственный строительный университет

Защита состоится 11 мая 2006 г. в 10м часов на заседании диссертационного совета Д 212.026.01 при ГОУ ВПО Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, в аудитории Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан 7 апреля 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Кукса Л.В.

¿oOG fr '77o7

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Сегодня строительный комплекс представляет собой одну из наиболее динамично развивающихся отраслей Российской экономики. В Ростовской области в 2003 г. по объемам строительства был достигнут уровень 1986 г. Это говорит о том, что кризисный период в строительной отрасли, начавшийся в 1991-1993 г.г., остался позади.

В планах развития стройкомплекса Ростовской области приоритетным направлением развития стало жилищное строительство и до 2010 г. ежегодный запланированный рост объемов строительства должен составить не менее 7% от введенного в эксплуатацию жилья в 2004 г. Рост объемов строительства жилья будет обеспечен за счет освоения новых территорий в городах, а также за счет развития малоэтажной застройки в пригородных зонах городов. Важной составной частью увеличения объемов ввода жилья является стимулирование индивидуального и многоквартирного строительства на территориях сельских поселений.

В 2003 г. объем индивидуального строительства составил около 60% от общего количества сданного в эксплуатацию жилья в Ростовской области. Как известно при возведении индивидуальных домов в качестве конструктивного решения фундаментов преобладают ленточные фундаменты. Учитывая темпы и предпосылки развития жилищного строительства, доля ленточных фундаментов будет возрастать. В связи с этим вопросы внедрения новых конструкций ленточных фундаментов, усовершенствование методов их расчета, экспериментальное и теоретическое изучение работы оснований таких фундаментов является на сегодня актуальной задачей.

Цель диссертационной работы. Создание эффективных конструкций ленточных фундаментов со сложной конфигурацией подошвы, обеспечивающих более полное использование несущей способности основания.

Задачи исследования:

1. Разработка новых эффективных конструкций ленточных фунда-

ментов с геометрически изменяемой формой п

3

бо-

РОС. НАЦИОНАЛ!. ( БИБЛИОТЕКА СИ 09

tDJIHU I СИЛ

лее полное использование несущей способности основания.

2. Проведение модельных экспериментальных исследований несущей способности песчаного основания ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы и выявление наиболее эффективной формы.

3. Проведение экспериментальных исследований напряженно-деформированного сосюяния (НДС) песчаного основания под моделью ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы, с выдвижением ее элементов на эффективную величину.

4. Проведение экспериментальных исследований напряженного состояния песчаного основания вдоль вертикальной оси модели ленточного фундамента со смещением элементов подошвы.

5. Разработка методики расчета осадки ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы.

6. Разработка рекомендаций по конструированию и прочностному расчету элементов подошвы ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы.

Научная повилшработы: >

1. Разработаны эффективные конструкции ленточных фундаментов, обеспечивающие более полное использование несущей способности основания, защищенные патентами на полезную модель.

2. Экспериментально подтверждено снижение деформации и увеличение несущей способности песчаного основания при изменении геометрической формы подошвы ленточного фундамента.

3. Интервал пропорциональной зависимости между нагрузкой и деформацией для песчаного основания ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы, при эффективном выдвижении элементов, больше чем у эквивалентного по площади сплошного ленточного фундамента.

4. Получены новые данные о напряженно-деформированном со-

стоянии в массиве песчаного основания, а также вдоль вертикальной оси ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы в экспериментальных исследованиях на моделях, во всем интервале нагружения.

5. Установлено, что высота арочного грунтового свода, возникающего в промежутках между выдвинутыми элементами фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы, в процессе нагружения увеличивается и при предельной нагрузке экспериментальное значение высоты свода приближается к теоретическому, определенному по формуле предложенной М.М. Иротодьяконовым.

Практическая значимость работы:

1. Экспериментально подтверждена работоспособность новых конструкций ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы.

2. По результатам лотковых экспериментов определена эффективная величина выдвижения элементов опорной плиты ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы на песчаном основании по значениям минимальной осадки и максимальной несущей способности.

3. Экспериментально исследовано напряженно-деформированное состояние основания модели ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы во всем интервале нагружения. Получены данные, которые могут быть использованы другими авторам.

4. Разработана программа по расчету осадки ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы. На программу получено свидетельс1во об отраслевой регистрации разработки.

5. Предложены рекомендации по конструированию и прочностному расчету лен точных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы, внедренные в проектную практику и учебный процесс.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Новые конструкции сборных ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы фундамента.

2. Результаты экспериментальных исследований закономерностей взаимодействия песчаного основания и моделей сборных ленточных фундаментов с геомегрически изменяемой формой подошвы.

3. Методика определения осадки ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы с использованием модели основания в виде линейно-деформируемого полупространства.

4. Рекомендации по конструированию и прочностному расчету опорной плиты ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы.

Достоверность результатов исследований. В основу экспериментальных исследований положена метрологически обоснованная методика, разработанная на кафедре «САПР ОСФ», позволяющая получить достоверные значения исследуемых параметров. Сравнение результатов лотковых испытаний с данными других авторов и с теоретическими решениями показало удовлетворительную сходимость.

Выполнялась статическая проверка равновесия внешних сил, приложенных к фундаменту, и измеренных сжимающих напряжений в песчаном основании, а также сравнивалась действительная осадка фундамента и вычисленная по результатам измерения относительных послойных деформаций основания.

Правильность полученных выводов подтверждена использованием научно обоснованной методики проведения экспериментальных исследований, сравнением с расчетами но методам, приведенным в нормативной и научно-технической литературе, и с результатами исследований других авторов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и опубликованы в трудах III и IV Международных научно-праюических конференций «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах» (Новочеркасск, 2003-2004 гг.), на юбилейной Международной научно-практической конференции «Строительство 2004» Ростовского государственною строительного университета

(Ростов-на-Дону, 2004 г.), на IV Международной научно-практической конференции "Моделирование. Теория, методы и средства" (Новочеркасск, 2004 г.), на IV Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» ВолгГАСУ. (Волгоград, 2005 г.), на конференции "Математическое моделирование и компьютерные технологии", материалы которой опубликованы в журнале "Известия высших учебных заведений. Северо-кавказский регион. Технические науки" (Новочеркасск, 2004 г.), на семинарах в Техническом университете г. Дрез-дена (Германия, 2004-2005 гг.), на 1-ой и 2-ой Всероссийских выставках-ярмарках ИННОВ-2003, ИННОВ-2005 (г. Новочеркасск, 2003 г., 2005 г.), на ежегодных внутривузовских конференциях профессорско-преподавательского состава кафедр строительного профиля ЮРГТУ (НПИ) (2002-2005 гг.), на семинаре стипендиатов по программе «Михаил Ломоносов» в г. Бонн (Германия, февраль 2005 г.).

Внедрение результатов: Результаты исследований и практические рекомендации, разработанные в диссертационной работе, внедрены:

- в фирме ООО «Тор Дизайн» в качестве контрольного примера рассчитаны ленточные фундаменты при реконструкции здания ресторана по пр. Платовский 78 в г. Новочеркасске;

- в учебном процессе Ростовского государственного строительного университета, Новочеркасской государственной мелиоративной академии и Южно-Российского государственно!« технического университета (Новочеркасского политехнического института).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 105 наименования и шести приложений. Полный объем диссертации 162 страницы, включая 61 рисунок и 9 таблиц.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в десяти публикациях (семь из них в соавторстве), среди которых свиде-

тельство об официальной регистрации npoi раммы для ЭВМ и два патента на полезную модель.

Теоретические и экспериментальные исследования проведены на кафедре «Системы автоматизированного проектирования объектов строительства и фундаментостроение» в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) под руководством, кандидата технических наук, доцента С.И. Евтушенко. Автор выражает признательность за помощь при выполнении исследований профессору д.т.н. Ю.Н. Мурзенко и зав. каф. «САПР ОСФ» д.т.н. Г.М. Скибину.

Диссертационная работа выполнена в рамках деятельности научной школы ЮРГТУ (НПИ) «Механика грунтов, основания и фундаменты» (руководитель проф. Ю.Н. Мурзенко).

Основное содержание работы

В первой главе рассматриваются результаты ранее проведенных теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия системы «основание-фундамент». Основоположниками современной механики грунтов и теории расчета оснований являются К Тсрцаги, Н.М. Герсеванов, В.А. Флорин, H.A. Цытович и др.

Процессы, происходящие в основаниях, в условиях предельного состояния изучались в работах JI. Прандтля, М.И. Горбунова-Посадова, H.A. Цытовича, В.В. Соколовского, И.В. Федорова, М.В. Малышева, Ю.Н. Мурзенко, А.П. Пшеничкина, Г.В. Василькова, В.П. Дыбы и др.

Модель упругого полупространства впервые применена Г.Э. Проктором, К. Вихардом, Н.П. Пузыревским и получила дальнейшее развитие в трудах Н.М. Герсеванова, В.А. Флорина, М.И. Горбунова-Посадова и др.

I В основе изучения совместной работ ы оснований с прерывистыми фундаментами находятся фундаментальные исследования, осуществленные М.М. Протодьяконовым, Энгессером и др. Разработке методов расчета прерывистых фундаментов посвящены работы F А. Сорочана, М.И. Фидарова и ДР-

Ряд вопросов совершенствования методов расчета оснований и фундаментов был разработан в трудах Б.Н. Жемочкина, А.П. Синицина, В.А. Во-лосухина, А.Н. Богомолова, В.К. Цветшва, К.Ш. Шадунца, В.А. Пшеничкиной.

Существенный вклад в развитие экспериментального изучения работы грунтовых оснований под нагрузкой внесли H.H. Давиденков, Г.И. Покровский, Н.В. Лалетин, И.С. Федоров, В.Ф. Бабков, В.Г. Березанцев, А.Г. Род-штейн, М.В. Малышев, П.Д. Евдокимов, Ю.Н. Мурзенко, Г.Е. Лазебник и др.

Обзор литературных источников позволил сформулировать цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе приводится описание экспериментального комплекса и его составных частей для исследования работы фундаментов на песчаном основании, с метрологическим обоснованием оборудования. Описывается используемая методика проведения экспериментальных исследований, разработанная на кафедре «САПР ОСФ».

Центральным звеном автоматизированной системы научных исследований (АСНИ) оснований и фундаментов является испытательная машина МФ-1 конструкции проф. Ю.П. Мурзенко. Комплекс АСНИ включал также систему дистанционных преобразователей (месдозы, деформометры, датчики сдвига), информационно-измерительную систему СИИТ-3 и персональный компьютер (ПК) на базе процессора Pentium. Сопряжение измерительной станции СИИТ-3 с ПК осуществляется с помощью интерфейса И-2, разработанного при участии автора. Интерфейс И-2 представляет собой расширение стандартного порта принтера.

Автором проведено метрологическое обоснование измерений относительных линейных деформаций по результатам статистической обработки выборки состоящей из 1749 показаний деформометров Д-2 при различной величине деформации. При этом было установлено, что достаточно снятия пяти показаний с прибора на каждой ступени нагружения для получения достоверных данных с вероятностью 95%. Повышение достоверности получен-

ных в опыте данных достигалось также дублированием измерений в симметричных точках моделей фундаментов.

Примененные в опытах приборы, датчики и методика измерений обеспечили достаточную точность результатов экспериментов.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований работы модели сборного ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы (рис. 1) на песчаном основании.

При участии автора было разработано две конструкции ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы (рис. 1 и 5).

Рис. 1 - Ленточный фундамент с плитной частью из сборных балочных элементов 1 - 1-равийно-иесчаная иодютовка, 2 - сборные балочные элементы, 3 - фундаменгная стена

Опорная плита ленточного фундамента (рис. 1) выполнена из сборных пустотелых балочных элементов с равносторонним треугольным поперечным сечением С целью увеличения несущей способности и снижения деформаций (осадки) основания сборные пустотелые балочные элементы смещены на величину Г, в направлении перпендикулярном оси фундамента. В результате такого смещения образуется плит ная часть фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы. Изменение геометрической формы подошвы фундамента приводит к увеличению периметра краевой зоны и соответственно к увеличению несущей способности основания. Повышению несущей способности основания способствует так же возникновение между балочны-

ми элементами явления «арочного эффекта».

Автором были проведены экспериментальные исследования на моделях по изучению особенностей взаимодействия ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы и песчаного основания.

Всего было проведено шесть серий экспериментов с общим числом опытов равным 26. При исследовании конструкции фундамента из балочных элементов (рис. 1) проведено пять серий опытов. А при изучении работы конструкции фундамента показанного на рис. 5, проведена одна серия экспериментов из четырех опытов.

Первые три серии экспериментов были проведены с целью проверки работоспособности конструкции и изучения влияния изменения геометрической формы подошвы ленточного фундамента на осадку и предельную несущую способность песчаного основания. В этих опытах основание доводилось до предельного состояния с образованием призм выпора.

Сравнение результатов этих экспериментов позволило выявить эффективную величину выдвижения балочных элементов, при которой была достигнута минимальная осадка. Эта величина составила С/ 0,25 /, (I, - длина сборного элемента подошвы фундамента). На рис. 2 представлены графики «нагрузка - осадка» экспериментов.

Во второй серии опытов (при Су-=0,25 1Э) наблюдалось уменьшение осадки модели фундамента по отношению к величине осадок в первой серии экспериментов. Что объясняется перераспределением напряжений в грунте основания в промежутках между балочными элементами и вовлечением в работу грунта основания находящегося в этих промежутках. Перераспределение напряжений происходит в результате возникновения в массиве грун га основания явления «арочного эффекта». Увеличение осадки модели фундамента в третьей серии опытов (при С?" 0,5 IX по отношению к величине осадок в первой и во второй сериях экспериментов объясняется неудовлетворительной совместной работой балочных элементов.

О 200 <00 600 АОО 1000 1200 8«Па

Рис. 2 - Графики осадки модели фундамента ! - осредненный график осадки первой серии опытов Со=0,2 - осредненный 1 рафик осадки второй серии опытов Cf 0,25 /,, 3 - осредненный график осадки третьей серии опытов С2=0,5 /э

Последующие серии опытов с применением тензометрических преобразователей проводились с полученной эффективной величиной выдвижения элементов Ct 0,25 /3.

Четвертая и пятая серии опытов проведены с целью изучения НДС песчаного основания в интервале нагружения от 0 до 0,75 Р1|ред. Ограничение по нагрузке в этих сериях опытов было введено с целью обеспечения работоспособности датчиков.

В четвертой серии экспериментов измерялись относительные деформации с,, и напряжения а, в массиве основания вдоль вертикальной оси, проходящей в промежутке между выдвинутыми балочными элементами. Полученные графики относительных линейных деформаций приведены на рис. 3.

Графики распределения относительных деформаций ^ (рис. 3) на всех ступенях нагружения имеют отрицательные значения на глубине z 0,125 I, (деформация растяжения, те. разуплотнение песчаного основания), а на глубине г 0,25 и ниже - имеют положительные значения (деформация сжатия) Это свидетельствует о том, что точка с нулевой вертикальной деформацией находится на глубине ог 0,125 до 0,25 lj от уровня поверхности песчаного основания и, как видно из i рафика (рис 3), зта глу-

бина с увеличением нагрузки также увеличивается. Так как тензометрические преобразователи линейных деформаций были установлены вдоль вертикальной оси проходящей в центре промежутка между балочными элементами, то можно утверждать, что глубина, на которой находится точка с нулевой вертикальной деформацией, равна высоте «арочного грунтового свода». Эта высота была также определена теоретически для предельного напряженного состояния основания исходя из теории М.М. Протодъяконова о давлении нескальных грунтов на подземные горные выработки и составила величину равную 72 мм или 0,26 /,. Данные экспериментальных исследований показали удовлетворительную сходимость с теоретическими расчетами высоты «арочного грунтового свода».

Рис. 3 - Графики распределения вдоль вертикальной оси относительных линейных деформаций Ъ^ а - схема расстановки датчиков, б - графики распределения

Пятая серия экспериментов была посвящена изучению распределения напряжений а, в массиве основания в поперечном створе модели фундамента. С этой целью в массиве основания до глубины г 0,75 /, по ортогональной сетке были размещены месдозы (рис. 4, а).

В поперечном створе модели фундамента эпюра контактных напряжений а, (рис. 4, б) на начальных ступенях нагружения (до 0,30 Р11ред) имеет плавный характер без явного максимума. При дальнейшем увеличении нагрузки эпюра напряжений а? приобретает максимум под центром балочного элемента. В этом же створе находится стык между нижними балочными эле-

ментами, что, несомненно, влияет на форму эпюры контактных напряжений.

Датчик

Рис. 4 - Эпюры напряжений а, а схема расстановки датчиков, б - эпюра контактных напряжений о„ в - этора напряжений а, на глубине г = 0,25I - эпюра напряжений о, на глубине г -0,75 (,

На глубине г = 0,25 I, в промежутке между балочными элементами за счет перераспределения напряжений и возникновения явления арочного эффекта появляются напряжения сг, (рис. 4, в), хотя значения их невелики. С увеличением глубины напряжения аг в промежутке между балочными элементами возрастают и при г~--0,75 /э достигают значений практически равных значениям в том же вертикальном створе, но под балочным элементом (рис. 4, г).

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальных исследований работы модели сборного ленточного фундамента со смещением сборных элементов подошвы (рис. 5) на песчаном основании.

Опорная плита ленточного фундамента, представленного на рисунке 5, выполнена из сборных элементов прямоугольной формы в плане по ГОСТ 13580-68* «Плиты железобетонные для ленточных фундаментов». Элементы подошвы фундамента, так же как и в конструкции фундамента на рисунке 1, смещены на величину С, в направлении перпендикулярном оси фундамента с целью увеличения несущей способности и снижения деформаций (осадки) основания. В результате такого смещения образуется плитная часть фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы. Так же как и в конструкции фундамента, приведенной на рисунке 1, изменение геометрической формы подошвы приводит к увеличению периметра краевой зоны фундамента и к увеличению несущей способности его основания за счет включения в работу массива грунта за пределами проекции подошвы фундамента. Последнее объясняется распределительной способностью грунта.

Для изучения взаимодействия такой конструкции ленточного фундамента и песчаного основания автором была изготовлена новая модель и проведена серия экспериментальных исследований. При этом решалась задача об исследовании распределения напряжений ау и относительных деформаций в массиве основания вдоль вертикальной оси модели фундамента.

Серия экспериментов включала в себя четыре опыта. Все опыты данной серии были проведены с одинаковым выдвижением элементов подошвы фундамента на величину С3 - 0,/5IJ 40 мм. Первые два эксперимента были проведены для проверки работоспособности конструкции фундамента. В этих опытах не использовались датчики для измерения напряжений, и основание было доведено до разрушения с образованием волн выпора на поверхности. Последующие два эксперимента были проведены с использованием тензометрических преобразователей напряжений и деформаций. В этих опытах основание также было доведено до предельного состояния, но без образования волн выпора на поверхности На рис 6 показано сравнение графиков осадки первой, второй и шестой серий опытов

Рис. 5 - Ленточный фундамент с плитной частью из сборных элементов прямоугольной формы 1 - гравийно-иесчаная подготовка, 2 сборный элемент подошвы фундамента, 3 - фундаментный стеновой блок

О 200 400 600 800 1000 (5 кПа

Рис. 6 - Графики осадки модели фундамента 1 - осредненный график осадки первой серии опытов (Со=0); 2 - о сродненный график осадки шестой серии опытов (Сз~0,15 /,); 3 - осредненный график осадки второй серии опытов (С|=0,25 /,)

Графики осадок (рис. 6) в опытах первой и шестой серий имели практически равные значения до нагрузки Р - ^00 кПа, а затем значения осадки первой серии опытов увеличивались в сравнении со значениями шестой серии. Это объясняется тем, что в шестой серии экспериментов при развитии пластических зон в массиве основания включается в работу грунт, находящийся в промежутках между выдвинутыми элементами подошвы фундамента. За счет включения в работу этих участ ков и перераспределения напряжений наблюдается снижение осадки модели фундамента и увеличение предельной нагрузки в этой серии (рис. 6, п.2)

Конфигурация подошвы фундамента в этой серии была очень близка к

форме подошвы модели фундамента во второй серии экспериментов. Этим можно объяснить качественное подобие процесса деформирования основания. Но по количественным показателям (осадка фундамента и предельная несущая способность) конфигурация подошвы фундамента во второй серии опытов показала более высокую эффективность в сравнении с тестой серией (рис. 6).

пий о,, г - графики деформаций £,, 1 - меслочы для измерения напряжений а,, 2 -месдозы для измерения напряжений а, (условно показаны не по оси модели фундамента), 6 - деформометры для измерения деформаций !;, (условно показаны не по оси модели фундамента),

Графики распределения напряжений ег. и ау по оси модели фундамента (рис. 7, б и г), качественно подобны по форме с экспериментальными эпюрами в опытах с ленточными фундаментами других авторов. Значения верти-

кальных напряжений гтг в контактном слое являются максимальными по Шубине лишь на начальных ступенях нагружения. Начиная со ступени 0,ЗЗР„р, максимум напряжений фиксируется на глубине г ~ 0,5 /э, причем значение аг превышает среднее давление по подошве фундамента. Область с наибольшими сжимающими напряжениями находится в верхних слоях основания до глубины г ~ 2 ^ (560 мм), и далее с увеличением глубины напряжения а2 быстро уменьшаются.

Графики распределения на начальных ступенях нагружения имеют максимальное значение на глубине г ~ 1 13 (280 мм), а при приближении к предельной нагрузке максимальное значение было зафиксировано на глубине г-0,5 13 (140 мм). В наших опытах наблюдаются различия в распределении относительных деформаций ^ вдоль вертикальной оси в сравнении с опытами других авторов. Различие заключается в том, что для ленточного сплошного штампа графики распределения Ъ,г имеют форму волны (значения вертикальных деформаций, зарегистрированные на глубине г=0,75Ь и г~-1,75Ь превышают значения деформаций на глубине 1 1,25Ь). При достижении нагрузки 0,6Рпр форма эпюры "выравнивается", значения деформаций по глубине все время возрастают до глубины 75Ь, на которой фиксируется максимальное значение, и далее убывают.

В пятой главе описываются разработанная автором методика расчета осадки исследуемого фундамента на основе теории упругости и рекомендации по расчету сборной подошвы фундамента по прочности на изгиб.

Для определения осадки фундамента с геометрически изменяемой

формой подошвы автором предложена методика расчета позволяющая вы-

(

числять осадку при различной величине смещения С, балочных элементов на основе положений действующих строительных норм и правил.

Осадка основания л определяется методом послойного суммирования с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полу-

пространства по формуле (1) прнл. 2 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».

Главная сложность при определении осадки фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы заключается в вычислении сжимающих напряжений <т2 по оси фундамента. В связи с этим автором предложена методика для вычисления напряжений а2 основанная на методе угловых точек.

В фундаментной ленте выбирают балочный элемент. В точке пересечения оси самого элемента с осью симметрии подошвы фундамента (точка М) будут определяться вертикальные сжимающие напряжения. На первом этапе по методу угловых точек вычисляются сжимающие вертикальные напряжения в точке М на различной глубине в основании от нагрузки, приложенной только к выбранному балочному элементу. Затем также по методу угловых точек вычисляются напряжения в точке М от соседних балочных элементов. Для вычисления напряжений а2 по методу угловых точек автором выведены формулы, позволяющие определять коэффициенты формы л и £ при любой величине выдвижения элементов подошвы фундамента.

Предполагая, что основание находится в плоском напряженно-деформированном состоянии, напряжения в точке М можно вычислять от балочных элементов находящихся по одну сторону от расчетного сечения (в силу симметрии конструкции фундамента), а после увеличивать их вдвое. Количество балочных элементов существенно влияющих на величину напряжения в точке М (не менее 1 % от р), установленное по результатам численного эксперимента, равно 10.

Напряжения в точке М в ¡-ом слое основания определяются но формуле:

т

а = сг , + 2 У ст , гр1 грк _ | гр)

где ач,к - сжимающие напряжения в точке М от нагрузки, приложенной к одному центральному элементу подошвы фундамента; ст,,,, - сжимающие на-

пряжения в гочке М от нагрузки, приложенной к соседним элементам подошвы фундамента находящимся но одну сторону 01 точки М

Все остальные величины необходимые для определения осадки (вертикальные напряжения от собственного веса грунта ач, нижняя граница сжимаемой толщи основания) вычисляются по стандартной методике СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».

Для упрощения и ускорения производства вычислительных операций по расчету осадки ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы автором был разработан алгоритм и создана программа расчета осадки основания фундамента «ОБАОКА-ЬР». На программу получено свидетельство о регистрации разработки в ограслевом фонде алгоритмов и про-1 рамм.

В алгоритм решения задачи заложено вычисление осадки каждого элементарного слоя. После вычисления осадки ¡-го слоя вычисляется общая осадка, затем глубина увеличивается на высоту слоя. Если глубина г, больше юлщины первого слоя грунта с текущими физико-механическими характеристиками груша И, то происходит переход к следующему пласту грунта с использованием в расчете соответственных величин характеристик грунта.

11а каждом шаге определения осадки ¡-го слоя проверяется условие:

<^<0,2^

)

и если оно выполняется, то эта глубина соответствует нижней границе сжимаемой толщи. Расчет прекращается.

Следующим этапом является разработка рекомендаций по конструированию балочных элементов и их расчету. Как известно основной прочностной харакг еристикой гибких фундаментов является несущая способность на изгиб. Остальные критерии прочности конструкции (проверка на продавли-вание, на раскалывание) предлагается определять при полной компоновке здания для конкретных инженерно-геологических условий и нагрузок.

1 (роверка несущей способности сечеггия по прочности на изгиб нро-

водится но стандартной методике, изложенной в СНиП 2.03.01-84* «Бетонные и железобетонные конструкции». Расчетная схема для определения несущей способности одного элемента представляет собой треугольное сечение с двойным армированием.

Для расчета несущей способности на изгиб сборной плиты ленточного фундамента необходимо рассмотреть два сечения - сечение П-Н и сечение lililí В сечении II-II автором предлагается схема представленная на рисунке 8, в которой приняты следующие допущения: часть плиты шириной ЗЬЭ составляет один элемент; принимаем двойное армирование элемента, при этом полагаем a-d.

Рис. 8 - Расчетная схема сборной плиты в сечении II-II

С учетом принятых допущений сечение плиты приведено к эквивалентному тавровому (рис. 8), геометрические характеристики которого определяются по формулам:

hf =h'f =l/3 A-0.9 r, Ьщ =3-ö, - 0.9 12г.

Форма подошвы фундамента в сечении III-III имеет вид представленный на рис 9. Здесь, как и для расчета прочности плиты в сечении II-II предлагается принять следующие допущения- часть плиты шириной 2ЬЭ составляет один элемент; принимаем двойное армирование элемента, при этом полагаем а = а'.

Участок подошвы фундамента шириной 2Ь, указанный на рис. 9 выбран исходя из размышлений, что он имеет наименьший момент сопротивления и в то же время является периодично повторяющимся звеном, из которого может быть составлена подошва фундамента в сечении III-III.

R,A.

Рис. 9 - Расчетная схема сборной пли™ в сечении III-III С учетом принятых допущений сечение плиты также приведено к эквивалентному тавровому (рис. 9), геометрические характеристики которого определяются но формулам:

й, а;--=1/3-й-0.9-г, Ьщ -3/26,-0.9-6г ,

где к расстояние между гранями верхних балочных элементов в уровне сопряжения верхней полки и стенки таврового сечения, к определяется по формуле: k-2hf 1/л/З

11риведенная методика расчета осадки, рекомендации по конструированию и нрочностному расчету подошвы фундамента применены в проектной практике в качестве конкурирующею вариант при разработке проекта реконструкции здания ресторана по пр. Платовский 78 в г Новочеркасске.

Основные результаты работы и выводы

1. Разработаны новые конструкции сборных ленточных фундаментов, защищенные патентами на полезную модель, обеспечивающие снижение деформаций и повышение несущей способности основания.

2. При исследовании модели фундамента из плитных элементов с их выдвижением, зафиксировано снижение осадки и увеличение несущей способности основания в сравнении со сплошной подошвой. Такой эффект объясняется распределительной способностью основания

3. 1 рафики распределения напряжений а, и ау по оси модели фундамента из шиппых элементов при величине выдвижения элементов С3 0,15 1Э качественно подобны графикам распределения напряжений для ленточных фундаментов со сплошной подошвой. Графики aiносительных линейных

22

2b,-k

деформаций отличаются тем, что на начальных ступенях нагружения имеют максимальное значение на глубине 1,0 1Э, а при приближении к предельной нагрузке максимальное значение зафиксировано на глубине 0,51,.

4. Экспериментально подтверждена работоспособность и эффективность разработанных конструкций сборных ленточных фундаментов. Выявлена эффективная форма подошвы фундамента из балочных элементов, при которой была зафиксирована минимальная осадка, а также выявлена форма подошвы, при которой достигнута максимальная несущая способность основания. Снижение осадки и увеличение несущей способности основания происходит за счет возникновения явления «арочного эффекта».

5. При экспериментальном исследовании НДС основания модели ленточного фундамента из балочных элементов установлено, что высота арочного грунтового свода возникающего в промежутках между выдвинутыми элементами подошвы в процессе нагружения увеличивается и при приближении к предельной нагрузке экспериментальное значение высоты свода стремится к теоретическому, определенному по формуле предложенной М.М. Протодьяконовым.

6. Разработана методика и составлена программа по расчету осадки исследуемого фундамента с применением расчетной схемы линейно-деформируемого полупространства. На программу получено свидетельство о регистрации в отраслевом фонде алгоритмов и программ. Разработаны рекомендации по конструированию и прочностному расчету ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы.

7. Методика расчета осадки и рекомендации по конструированию подошвы ленточного фундамента внедрены в проектной практике.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Архипов, Д. Н. Задачи экспериментальных исследований взаимодействия грунтового основания с ленточным фундаментом с регулируемой перфорацией подошвы / Д. Н. Архипов, С. И. Евтушенко ; ЮРГТУ // Моделирование. Теория, методы и средства : материалы ill Междунар. науч.-пракг.

23

-7-707

»-7707

конф., г.Новочеркасск, 11 апр. 2003 г. : в 5-ти ч. - Новочеркасск, 2003. - Ч. 2. -

C. 46-51.

2. Ленточный фундамент . пат. на полезную модель 32138 Рос. Федерация : МПК7 Е 02 D 27/01 / Д. Н. Архипов [и др.] ; заявитель и патентообладатель Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - № 2003107220/20 ; заявл. 20.03.2003 ; опубл. 10.09.2003, Бкш. №25. - 3 с. : ил.

3. Ленточный фундамент : пат. на полезную модель 50552 Рос. Федерация : МПК Е 02 D 27/01 / Д. Н. Архипов [и др.] ; заявитель и патентообладатель Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - № 2005119951/22 ; заявл. 27.06.2005 ; опубл. 20.01.2006, Бюл. № 2. - 2 с. : ил.

4. Архипов, Д. Н. Расчет осадки ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы / Д. Н. Архипов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Сер. : Техн. науки. - 2004. - № 2. - С. 81-83.

5. Моделирование работы ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы на песчаном основании / Д. Н. Архипов [и др.] // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Сер. : Техн. науки. - 2004. - Спецвып. : Математическое моделирование и компьютерные технологии. - С. 105-108.

6. Экспериментальное исследование влияния изменения геометрической формы подошвы ленточного фундамента на осанку и предельную несущую способность песчаного основания / Д. Н. Архипов [и др.] // Актуальные проблемы строительства : материалы 53-й науч.-техн. юнф. проф. - препод, состава, науч. работников, асп. и сгуд. ЮРГТУ (НПИ). - г. Новочеркасск, 2004 г. - С. 54-55.

7. Arkhipov, D. Streifenfundament mit geometrisch geänderter Form der Sohle /

D. Arkhipov // Materialen zum wissenschaftlichen Seminar der Stipendiaten des «Michail Lomonosov» - Programms, 10-12 Februar 2005. : Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) ; Ministerium für Bildung und Forschung der RF. - Bonn, 2005. - S. 15-17. (Ленточный фундамент с геометрически изменяемой формой подошвы. Сборник материалов научного семинара стипендиатов программы "Михаил Ломоносов", 10-12 февр. 2005 г. : Мин. обр. науки РФ ; Герман, служба академ. обменов. - Бонн, 2005. - С. 15-17.)

8. Архипов, Д. Н. Результаты исследования работы основания сборного ленточного фундамента из балочных элементов / Д. Н. Архипов, С. И. Евтушенко ; ВолгГАСУ // Надежность и долговечность строительных материалов, конгсрукций и оснований фундаментов: материалы IV Междунар. науч.-техн. конф., 12-14 мая 2005 г.: в 4-х ч. - Волгоград, 2005. - Ч. III. - С. 52-56.

9. Архипов, Д. Н. Эффективность и область применения ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы / Д. Н. Архипов, С. И. Евтушенко, Р. Шах ; ЮРГТУ ; ООО НПО «ТЕМП» // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений : материалы V Межуднар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 10 июня 2005 г.: в 2-х ч. - Новочеркасск, 2005. - Ч. 1. - С. 49-52.

10 Осадка ленточного фундамента с краевой зоной сложной конфигурации «Osadka-LF» : свид.-во об офиц. регистрации программы для ЭВМ 5147 : отраслевой фонд алгоритмов и программ / Д. Н. Архипов. - № 50200501306 ; зарег. 05.09.2005 ; выдано 14.09.2005.

Отпечатано в Центре оперативной полиграфии ЮРГТУ (НПИ). Заказ J6 47-3646.

ВВЕДЕНИЕ.

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

1.1 Классификация фундаментов под стены зданий и особенности конструктивных решений ленточных фундаментов мелкого заложения.

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

1.3 Обзор экспериментальных исследований работы грунтовых оснований.

1.4 Цель и задачи диссертационной работы.

2 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЕСЧАНОГО ОСНОВАНИЯ И МОДЕЛЕЙ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА.

2.1 Автоматизированная система научных исследований для экспериментального моделирования работы грунтового основания.

2.2 Метрологическое обоснование экспериментов и оценка погрешностей измерений.

2.3 Выводы по второй главе.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО -ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПЕСЧАНОГО ОСНОВАНИЯ МОДЕЛИ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА С ГЕОМЕТРИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЕМОЙ ФОРМОЙ ПОДОШВЫ.

3.1 Характеристика моделей фундаментов.

3.2 Изучение деформаций основания модели фундамента в процессе нагружения.

3.3 Изучение особенностей напряженно-деформированного состояния основания модели ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы.

3.4 Выводы по третьей главе.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НДС ПЕСЧАНОГО ОСНОВАНИЯ ВДОЛЬ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСИ МОДЕЛИ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА.

4.1 Особенности проведения экспериментов.

4.2 Изучение деформаций основания модели фундамента в процессе нагружения.

4.3 Изучение НДС основания вдоль вертикальной оси модели ленточного фундамента.

4.4 Особенности формирования предельных линий скольжения под моделью ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы.

4.5 Выводы по четвертой главе.

5 ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО РАСЧЕТУ ОСНОВАНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ С ГЕОМЕТРИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЕМОЙ ФОРМОЙ ПОДШВЫ.

5.1 Расчет осадки ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы.

5.2 Расчет элементов сборной плиты ленточного фундамента.

5.3 Эффективность и область применения ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы.

5.4 Выводы по пятой главе.

Реформы 90-х годов XX века привели к снижению темпов производства в строительной индустрии, впрочем, как и во всех отраслях народного хозяйства нашей страны. В результате, в этот период практически не возводятся крупные промышленные объекты (в основном выполняется реконструкция существующих зданий), а в области гражданского строительства преобладает практика сооружения зданий по индивидуальным проектам.

Сегодня строительный комплекс представляет собой одну из наиболее динамично развивающихся отраслей Российской экономики. В Ростовской области в 2003 г. по объемам строительства был достигнут уровень 1986 г. (последнего спокойного года советской экономики). Это говорит о том, что кризисный период в строительной отрасли, начавшийся в 1991-1993 г.г., остался позади.

Приоритетным направлением развития стройкомплекса Ростовской области стало жилищное строительство. В 2003 г. сдано в эксплуатацию 1064,8 тыс. квадратных метров жилья, таким образом, годовой план превышен на 1,5%. По отношению к показателям 2002 г. отмечен рост на 4,6%. В 2004 г. в области введено 1146,3 тыс. квадратных метров жилья. В последующие годы и до 2010 г. планируется ежегодный рост не менее 7% от достигнутого. В дальнейшем также планируется сохранение положительных темпов жилищного строительства.

Рост объемов строительства жилья будет обеспечен за счет освоения новых территорий в городах Ростовской области, а также за счет развития малоэтажной застройки в пригородных зонах городов. Важной составной частью увеличения объемов ввода жилья является стимулирование индивидуального и многоквартирного строительства на территориях сельских поселений.

В 2003 г. объем индивидуального строительства составил около 60% от общего количества сданного в эксплуатацию жилья в Ростовской области. Как известно при возведении индивидуальных домов в качестве конструктивного решения фундаментов преобладают ленточные фундаменты. Учитывая темпы и предпосылки развития жилищного строительства, доля ленточных фундаментов будет возрастать.

Стоимость фундаментов при возведении здания или сооружения составляет в среднем 12% от его стоимости, трудозатраты нередко достигают 15% и более от общих затрат труда, а продолжительность работ по возведению фундаментов доходит до 20% срока строительства. При возведении заглубленных частей здания, а также при строительстве в сложных грунтовых условиях эти показатели значительно увеличиваются. Следовательно, совершенствование проектных и технологических решений в области фундаментостроения приводит к экономии материальных и трудовых ресурсов, сокращению сроков строительства зданий и сооружений.

Как было сказано выше, значительное место в фундаментостроении, особенно при возведении жилых малоэтажных зданий, занимают ленточные фундаменты под стены. В связи с этим вопросы внедрения новых конструкций, усовершенствование методов их расчета, экспериментальное и теоретическое изучение работы оснований ленточных фундаментов является на сегодня актуальной задачей.

Среди известных типов фундаментов под стены зданий перспективными с точки зрения экономии материла, по нашему мнению, являются ленточные фундаменты из сборных прямоугольных решетчатых плит, плит с угловыми вырезами и прерывистые фундаменты.

Большая эффективность этих конструкций обусловлена следующими факторами:

- уменьшение жесткости фундаментов приводит к перераспределению контактных напряжений с уменьшением значений по краям фундаментов и увеличением в средней части;

- увеличение соотношения периметра фундамента к его площади приводит к увеличению коэффициента постели;

- увеличение интенсивности давления под подошвой фундамента наиболее существенно снижает коэффициент постели для связных глинистых грунтов с малым углом внутреннего трения и значительным сцеплением;

- изменение контура краевой зоны приводит к появлению в основании «арочного эффекта» и увеличению его несущей способности;

- положения нормативной литературы позволяют при расчетах таких фундаментов увеличивать величину расчетного сопротивления грунта на 2030 %;

- деформации оснований под прерывистыми фундаментами отстают от давлений;

- зоны пластических деформаций оснований под прерывистыми фундаментами меньше, чем под эквивалентными сплошными;

- пределы пропорциональной зависимости между напряжениями и деформациями оснований под прерывистыми фундаментами в 1,1-И,5 раза больше, чем под эквивалентными сплошными;

- применение прерывистых фундаментов позволяет исключить излишние запасы прочности, появляющиеся в связи с использованием типовых блоков подушек, размеры которых изменяются дискретно;

- при применении ленточных прерывистых фундаментов более полно используется несущая способность основания в сравнении с эквивалентными непрерывными фундаментами, а именно, перераспределение напряжений по глубине с увеличением напряжений в верхних слоях (до 1,5 Ь) и снижению напряжений в нижних слоях грунта основания.

При участии автора разработаны две модели ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы которые будут описаны ниже. По принципу взаимодействия с грунтовым основанием они подобны прерывистым фундаментам. Разработанные модели фундаментов защищены патентами на полезную модель. Проведены экспериментальные исследования взаимодействия этих моделей с песчаным основанием и разработаны рекомендации по их конструированию и расчету, внедренные в практику проектирования.

Конструкции фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы являются новыми и включают в себя как сплошную подошву (в центральной части), так и прерывистую (по краям). Возможности конструкций фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы выявлены не полностью и изучение особенностей их взаимодействия с грунтовым основанием является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является создание эффективных конструкций ленточных фундаментов со сложной конфигурацией подошвы, обеспечивающих более полное использование несущей способности основания.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. Анализ и обобщение результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведенных другими авторами, по расчету оснований ленточных фундаментов.

2. Разработка новых эффективных конструкций ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы, обеспечивающих более полное использование несущей способности основания.

3. Проведение модельных экспериментальных исследований несущей способности песчаного основания ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы и выявление наиболее эффективной формы.

4. Проведение экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния (НДС) песчаного основания под моделью ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы, с выдвижением ее элементов на эффективную величину.

5. Проведение экспериментальных исследований напряженного состояния песчаного основания вдоль вертикальной оси модели ленточного фундамента со смещением элементов подошвы.

6. Разработка методики расчета осадки ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы.

7. Разработка рекомендаций по конструированию и прочностному расчету элементов подошвы ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Разработаны эффективные конструкции ленточных фундаментов, обеспечивающие более полное использование несущей способности основания, защищенные патентами на полезную модель.

2. Экспериментально подтверждено снижение деформации и увеличение несущей способности песчаного основания при изменении геометрической формы подошвы ленточного фундамента.

3. Интервал пропорциональной зависимости между нагрузкой и деформацией для песчаного основания ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы, при эффективном выдвижении элементов, больше чем у эквивалентного по площади сплошного ленточного фундамента.

4. Получены новые данные о напряженно-деформированном состоянии в массиве песчаного основания, а также вдоль вертикальной оси ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы в экспериментальных исследованиях на моделях, во всем интервале нагружения.

5. Установлено, что высота арочного грунтового свода, возникающего в промежутках между выдвинутыми элементами фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы, в процессе нагружения увеличивается и при предельной нагрузке экспериментальное значение высоты свода приближается к теоретическому, определенному по формуле предложенной М.М. Протодьяконовым.

Практическая значимость:

1. Экспериментально подтверждена работоспособность новых конструкций ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы.

2. По результатам лотковых экспериментов определена эффективная величина выдвижения элементов опорной плиты ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы на песчаном основании по значениям минимальной осадки и максимальной несущей способности.

3. Экспериментально исследовано напряженно-деформированное состояние основания модели ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы во всем интервале нагружения. Получены данные, которые могут быть использованы другими авторам.

4. Разработана программа по расчету осадки ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы. На программу получено свидетельство об отраслевой регистрации разработки.

5. Предложены рекомендации по конструированию и прочностному расчету ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы, внедренные в проектную практику и учебный процесс.

На защиту выносятся'.

1. Новые конструкции сборных ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы фундамента.

2. Результаты экспериментальных исследований закономерностей взаимодействия песчаного основания и моделей сборных ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы.

3. Методика определения осадки ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы с использованием модели основания в виде линейно-деформируемого полупространства.

4. Рекомендации по конструированию и прочностному расчету опорной плиты ленточных фундаментов с геометрически изменяемой формой подошвы.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 103 наименования и шести

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В итоге выполнения исследований по теме диссертационной работы получены следующие результаты:

1. Разработаны новые конструкции сборных ленточных фундаментов, защищенные патентами на полезную модель, обеспечивающие снижение деформаций и повышение несущей способности основания.

2. При исследовании модели фундамента из плитных элементов с их выдвижением, зафиксировано снижение осадки и увеличение несущей способности основания в сравнении со сплошной подошвой. Такой эффект объясняется распределительной способностью основания.

3. Графики распределения напряжений gz и ау по оси модели фундамента из плитных элементов при величине выдвижения элементов С3=0,15 /э качественно подобны графикам распределения напряжений для ленточных фундаментов со сплошной подошвой. Графики относительных линейных деформаций отличаются тем, что на начальных ступенях нагружения имеют максимальное значение на глубине 1,0 /э, а при приближении к предельной нагрузке максимальное значение зафиксировано на глубине 0,5 /э.

4. Экспериментально подтверждена работоспособность и эффективность разработанных конструкций сборных ленточных фундаментов. Выявлена эффективная форма подошвы фундамента из балочных элементов, при которой была зафиксирована минимальная осадка, а также выявлена форма подошвы, при которой достигнута максимальная несущая способность основания. Снижение осадки и увеличение несущей способности основания происходит за счет возникновения явления «арочного эффекта».

5. При экспериментальном исследовании НДС основания модели ленточного фундамента из балочных элементов установлено, что высота арочного грунтового свода возникающего в промежутках между выдвинутыми элементами подошвы в процессе нагружения увеличивается и при приближении к предельной нагрузке экспериментальное значение высоты свода стремится к теоретическому, определенному по формуле предложенной

М.М. Протодьяконовым.

Разработана методика и составлена программа по расчету осадки исследуемого фундамента с применением расчетной схемы линейно-деформируемого полупространства. На программу получено свидетельство о регистрации в отраслевом фонде алгоритмов и программ. Разработаны рекомендации по конструированию и прочностному расчету ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы. Методика расчета осадки и рекомендации по конструированию подошвы ленточного фундамента внедрены в проектной практике.

130

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

2. Фундаменты сборной конструкции. / Б.Д. Васильев, Ю.Б. Мон-фред, В.П. Шилков. Л. - М., 1955. - 79 с.

3. Гуламирянц С.Г., Пронский А.В. Опыт возведения фундаментов из сборных блоков. М.: Госстройиздат, 1956. - 40 с.

4. Сусов B.C. Новые экономичные конструкции фундаментов жилых зданий (из опыта Ленинграда). Л. - М.: Госстройиздат, 1961. - 75 с.

5. Макарочкин М.Ф., Ситников М.А. Индустриальные фундаменты зданий. Минск: Госиздат, 1962. - 304 с.

6. Проектирование фундаментов: Справочник / А.Н. Тетиор, В.И. Феклин, В.Г. Сургучев. Киев: Буд1вельник, 1981.-207 с.

7. Сорочан Е.А. Фундаменты промышленных зданий. М: Стройиздат, 1986. - 303 с.

8. Основания и фундаменты: Справочник / под ред. Г.И. Швецова. -М.: Высшая школа, 1991. 382 с.

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

10. Фидаров М.И. Проектирование и возведение прерывистых фундаментов. М.: Стройиздат, 1986. - 157 с.

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

12. Герсеванов H.M., Польшин Д.Е. Теоретические основы механики грунтов. -1946.

13. Флорин В.А. Основы механики грунтов. Л. - М.: Госстройиздат, Ленингр. отд-ние, 1961.-т. 2.-543 с.

14. Цытович Н.А. Механика грунтов. 2-е изд., пер. и доп. Л. - М.: Госстройиздат, 1940. - 388 с.

15. Цытович Н.А. О методах расчета балок на сжимаемом основании / Тр. Моск. инж.-строит. ин-та им. В.В. Куйбышева. М., 1956. - №14.

16. Соколовский В.В., О предельном равновесии сыпучей среды // Прикладная математика и механика. вып. 6, 1951. - т. XV.

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

18. Малышев М.В. О влиянии среднего главного напряжения на прочность грунта и о поверхностях скольжения // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1963. - №1. - С. 7-11.

19. Мурзенко Ю.Н. Экспериментально-теоретические исследования силового воздействия фундаментов и песчаного основания: дис. докт. техн. наук. Новочеркасск, 1972. - 576 с.

20. Пшеничкин А.П. Вопросы расчета зданий на статистически неоднородных лессовых основаниях // Основания, фундаменты и механика грунтов / Материалы III Всесоюзного совещания. Киев: Будивельник, 1971.

21. Пшеничкин А.П. Консолидация и ползучесть стохастических грунтовых оснований // Расчет и проектирование оснований и фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 1994.-С. 136- 142.

22. Дыба В.П. Напряженно-деформированное состояние ленточных фундаментов в упругопластической стадии работы: дис. канд. техн. паук. -Новочеркасск, 1982.- 177 с.

23. Клепиков С.Н. Расчет балок на нелинейно-деформируемом винкле-ровском основании // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1972.-С. 8-10.

24. Пастернак П.Л. Основы нового метода расчета фундаментов на упругом основании при помощи двух коэффициентов постели. М.: Гос-стройиздат, 1954. - 112 с.

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

26. Герсеванов Н.М. Собрание сочинений. М.: Стройвоенмориздат, 1948,- т. 1. Свайные основания и расчет фундаментов сооружений. - 270 с.

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

28. Богомолов А.Н. Расчет несущей способности оснований сооружений и устойчивости грунтовых массивов в упругопластической постановке.-Пермь, 1996. 150с.

29. Власов В.З., Леонтьев Н.Н. Техническая теория расчета фундаментов на упругом основании: материалы совещания по теории расчета балок и плит на сжимаемом основании // Сб. тр. Моск. инж.-строит. ин-т. М.: МИСИ, 1956. - №14. - С. 12-31.

30. Черкасов И.И. Механические свойства грунтовых оснований. М.: Автотрансиздат, 1958. - 156 с.

31. Клейн Г.К. Строительная механика сыпучих тел. М.: Госстрой-издат, 1956.-252 с.

32. Винокуров Л.П. Прямые методы решения задач для массивов и фундаментов. Харьков: Изд-во Харьков, ун-та, 1956.

33. Строганов А.С. Анализ плоской пластической деформации грунта // Инженерный журнал. 1965. - t.V, вып. 4.

34. Строганов А.С. Некоторые проблемы пластичности грунтов: авто-реф. докт. дис. М., 1968. - 68 с.

35. О физической сущности процессов деформирования и разрушения глинистых грунтов. С.С. Вялов, Н.К. Пекарская, Р.В. Максимяк // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1970. - №1. - С. 7-9.

36. Зарецкий Ю.К. Вялов С.С. Вопросы структурной механики глинистых грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1971. - №3. -С. 1-5.

37. Ломизе Г.М., Крыжановский АЛ. Основные зависимости напряженного состояния и прочности песчаных грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1966. - №3. - С. 8 - 11.

38. Международный конгресс по механике грунтов и фундаменто-строению, 7-й Мехико: тр. к VII международному конгрессу./ Под ред. Н.А. Цытовича. М.: Стройиздат, 1962.-201 с.

39. Мурзенко Ю.Н. Расчет оснований зданий и сооружений в упруго-пластической стадии работы с применением ЭВМ. Д.: Ленстройиздат, 1989. - 134 с.

40. Березанцев В.Г. Осесимметричная задача теории предельного равновесия сыпучей среды. Гостехиздат, 1954.

41. Березанцев В.Г. Расчет оснований сооружений. Л.: Стройиздат, 1970.-207 с.

42. Протодьяконов М.М. Давление горных пород и рудничное крепление. М.: Госгориздат, 1933.

43. Сорочан Е.А. Сборные фундаменты промышленных и жилых зданий. М.: Стройиздат, 1962. - 96 с.

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

45. Фидаров М.И. Основания и прерывистые фундаменты. Орджоникидзе: «Ир», 1973. - 172 с.

46. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений / Госстрой России.-М.: Стройиздат, 1995. 66 с.

47. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений / НИИ оснований и подземных сооружений. М.: Стройиздат, 1964. - 107 с.

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

49. Далматов Б.И. Определение размеров подошвы фундамента и нормативного давления на грунт основания. JI. 1964.

50. Линович Е.Г. Линович Л.Е. Расчет и конструирование частей гражданских зданий. Киев: Буд1вельник, 1964. 7-е изд., пер. и доп. - 767 с.

51. Ситников М.А. Номограмма для определения размеров подошвы фундамента // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1966. - №1. -С. 27.

52. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М.: Госстрой, 2005. - 130 с.

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

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

55. Березанцев В.Г. Экспериментальные исследования осесиммет-ричного предельного напряженного состояния грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1970. - №4. - С. 1-3.

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

57. Малышев М.В. О влиянии среднего главного напряжения на прочность грунта и о поверхностях скольжения // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1963. - №1. - С. 7-11.

58. Евдокимов П.Д., Ширяев В.А., Липовецкая Т.Ф. Распределение напряжений по контакту бетонное сооружение нескалыюе основание // Изв. Всесоюзн. науч.-исслед. ин-та гидротехн. им. Б.Е. Веденеева. - 1970. - Т.92.

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

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

61. Родштейн А.Г. О распределении касательных напряжений по подошве жестких фундаментов // Гидротехническое строительство. М. - 1951. - №9.

62. Родштейн А.Г. Лабораторные и натурные исследования реактивных давлений под жесткими фундаментами на песчаных основаниях: тр. координационных совещаний по гидротехнике. М.: Госэнергоиздат, 1962. -вып. III.

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

64. Липовецкая Т.Ф. Экспериментальные исследования распределения напряжений по подошве жестких штампов расположенных на песчаном основании: сб. тр./МИСИ. 1956. - №14.

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

66. Баранов Д.С. Некоторые вопросы методики измерения давлений в грунтах // Труды координационных совещаний по гидротехнике. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962.

67. Баранов Д.С. Выбор основных параметров грунтовых месдоз из условий наименьшего искажения измеренных давлений // Труды ЦНИИСК. -М.: Госстройиздат, 1962. вып. 14.

68. Криворотов А.П. Напряженное состояние песчаного основания под подошвой незаглубленного штампа // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1969. - №1. - С. 11-14.

69. Криворотов А.П. Экспериментальные исследования несущей способности песчаного основания при вертикальной нагрузке на незаглубленчные штампы: Автореф. Новосибирск. - 1963.

70. Мурзенко Ю.Н. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния основания под жестким фундаментом: дис. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1964.

71. Мурзенко Ю.Н. Результаты экспериментальных исследований характера распределения нормальных контактных напряжений по подошве жестких фундаментов на песчаном основании // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1965. - №2. - С. 1-4.

72. Мурзенко Ю.Н. Экспериментальные исследования напряженно деформированного состояния несвязанного основания под жесткими фундаментами // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1967. - №2.

73. Куликов К.К. Экспериментальные исследования совместной работы плотного песчаного основания и сборных ленточных фундаментов: дис. канд. техн. паук. Новочеркасск, 1969. - 203 с.

74. Кашкаров П.Н. Усовершенствование метода парафинированного экрана для исследования деформаций песчаного основания // Изв. ВНИИГ. -Л.: Энергия, Т.87. 1960.

75. U. Smoltczuk и D. Netzel «Flachgruendungen», Grundbau-Taschenbuch, Teil 2, S.146, Verlag Wilhelm Ernst&Sohn, 1982.- Berlin

76. Аринина Э.В. Экспериментальные исследования напряженно деформированного состояния песчаного основания при осесимметричном на-гружении: дис. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1972. - 149 с.

77. Ревенко В.В. Экспериментальные исследования напряженно деформированного состояния песчаного основания под круглым штампом: дис. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1982. - 160 с.

78. Галашев Ю.В. Упругопластические деформации в песчаном основании круглого штампа: дис. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1986. - 195 с.

79. Шматков В.В. Деформации оснований сплошных плитных фундаментов в нелинейной стадии работы: дис. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1985.-202 с.

80. Субботин А.И. Работа оснований ограниченной распределительной способности: дис. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1995. - 213 с.

81. Экспериментальное определение сдвиговых деформаций в основании круглого штампа / Ю.Н. Мурзенко и др. // Исследование и расчет оснований и фундаментов при действии статических и динамических нагрузок. -Новочеркасск: НПИ, 1988. С. 73-79.

82. Скибин Г.М. Исследование взаимодействия грунтового основания и ленточных фундаментов и оптимизация проектных решений: дис. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1998. - 173 с.

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

84. Ленточный фундамент / Мурзенко Ю.Н., Евтушенко С.И., Скибин Г.М., Архипов Д.Н. и др.: пат. на полезную модель U1 32138 RU 7 Е 02 D 27/01. №2003107220/20; заявл. 20.03.2003.; опубл. 10.09.2003, Бюл. №25.

85. Ленточный фундамент / Мурзенко Ю.Н., Евтушенко С.И., Ани-щенко Е.Ю., Архипов Д.Н. и др.: пат. на полезную модель U1 50552 RU 7

86. Е 02 D 27/01.- №2005119951/22; заявл. 27.06.2005.; опубл. 20.01.2006, Бюл. №02.

87. ГОСТ 13580-68*. Плиты железобетонные для ленточных фундаментов. М.: Стройиздат, 1968.

88. Мурзенко Ю.Н., Борликов Г.М., Дюмин А.А. Игла-плотномер для измерения плотности песчаного грунта: тез. докл. XVI науч. конф. НПИ. -Новочеркасск, 1965. С. 84-85.

89. Анищенко ЕЛО. Обработка показаний тензометрической станции СИИТ-3 («Комплекс-2»), Свид-во об офиц. регистрации программы для ЭВМ 2004610374 РФ / Роспатент. № 2003612601; заявл. 10.12.2003; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 06.02.2004.

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

91. Христофоров B.C. Расчет устойчивости грунта в основании сооружений с учетом клина уплотненного грунта // Гидротехническое строительство. 1952. - №2.

92. Архипов Д.Н. Расчет осадки ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2004. - №2. - С. 81-83.

93. Новочеркасск, 10 июня 2005 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск : ЮРГТУ, 2005. - Ч. 1. - С. 49-52

94. Архипов Д.Н. Осадка ленточного фундамента с краевой зоной сложной конфигурации «Osadka-LF». Свид-во об отраслевой регистрации разработки / Отраслевой фонд алгоритмов и программ. № 5147. - зарег. 05.09.2005; выдано 14.09.2005.1. St!a;iij if*t SiI141