автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Взаимодействие плитных фундаментов высотных зданий со сжимаемым основанием при значительных кратковременных ветровых нагрузках в грунтовых условиях Кубы

КИЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ~ л - „ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

i I Ü Iii ■

" J ¡к bvy На правах рукописи

ЭРНЕСТО ЛУСИАНО ЧАГОЙЕН МЕНДЕЗ

УДК 024.04.4 : 624.073.2 : 624.159.4

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПЛИТНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ СО СЖИМАЕМЫМ ОСНОВАНИЕМ ПРИ ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ВЕТРОВЫХ НАГРУЗКАХ В ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЯХ КУБЫ.

0S. 23. 02 - Основания и фундаменты

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1SS3.

Работа выполнена в Киевском государственном -техническом университете строительства и архитектуры.

НаучныЯ руководитель:

■ 1 Доктор технических наук, профессор Бойко И. П. ;

Официальные опоненты:

Доктор технических наук, профессор Клепиков С. Н. ;

кандидат технических наук, . ст. н.с. Слободян Я. Е.;

Ведущая организация: Укргидроспацстрой.

Защита состоится •• $ "^е/саорл 1093 г. в часов

на заседании специализированного совета К OBS.05.06 "Строительные материал« и изделия", "Основания и фундаменты" в Киевском государственном техническом университете строительства и архитектуры..

Адрес: £5203?, Киев-37. Воз дух о флот с кий проспект, 31, КГТУСА.

С диссерт&цей можно знакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан ИСЛ^д^0,1983 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

В. А. Ракша.

ОСНСВИ.Е П0ЛСШ1« РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время, на Кубе, одним из :ншс аспектов, которому удаляется большое внимание при актировании ■ здания и сооружений» является расчет ований и фундаментов, поскольку лрямььэ затраты работ :дакентостроения достигают 13. . .30 5С4 общих прямы* затрат, ависимости■от грунтовых условий.

Для эти* ' сооружений часто принимаются плитные фуяда— [ты, что обусловлена характером силовых воздействий, одна-

методика принимаемая на Кубе, при проектировании таких [даментов'еще далако ие оптимальна. Так, например, прини-ггся одинаковые под всей подошвой фундамент* характеристи— грунта при длительных и кратковременных: нагрузках.

Существующие на Кубе компьютерные программы для расчета тных фундаментов базируются на алгоритмах, в которых при-ы только линейные зависимости "осадка-нагрузка" для всех ;ов нагрузок. Расчет фундаментов на упругопластическоы ос-ании в условия* Кубы, только начинается разрабатываться.

Рекомендации по проектированию плитных и ленточных [даыентов, а также их оснований, в общек, отсуствуют.

Совершенствование проектирования большеразмерных фунда— !тов на Кубе, должно базироваться на достигнутых исследо-ий в этой области мировой инженерной практики. Это и |еделяет актуальность настоящей работы.

Цель работы. Разработка ' методики расчета плитных [даментов на сжимаемом основании при значительных ветровых рузках с учетом специфических грунтовых условий Кубы.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить ^дующие задачи:

1> Изучение особенностей деформирования глинистых водо- . ыценных переуплотненных грунтов при действии значительных тковременных ветровых нагрузок на жилые дома Кубы.

2} Выбор модели и расчетной схемы системы "основание-тодамент", при проектировании плитных фундаментов.

. ЗЭ Разработка методики, расчета плитных фундаментов на маеиом основании .при значительных ветровых нагрузках с ■том специфических грунтовых условия Кубы.

Разработка пакета прикладных программ для автомати-юванного проектирования Плитных фундаментов пе> предлагае-1 методике.

Ю Исследование характера вэаимодейсгвия плитных фуь ментов со сжимаемым основанием при действии долговременнь кратковременных нагрузок.

63 Изучение влияния жесткости плиты и надземной кс трукции на характер напряженно-деформированного состоя СНДО основания и фундаментной плиты.

Методы исследований, использованные в диссертацион работе:

-численный расчет;

-сравнительный анализ..

Достоверность научных положений и и* результатов об печивается:

-теоритическим обоснованием принимаемых положений;

-сравнением полученных 8 результате расчета данньс экспериментальными;

-сравнением результатов расчета* с.известными решени других авторов;

Научная новизна работы заключается в следующем:

- изучены особенности деформирования глинистых водо сшценнцх переуплотненных : . унтов Кубы при воздействии кр ковременных нагрузок;

- предложена методика решения контактной задачи расчета плитных фундаментов с учетом характера деформиро ния глинистых водонасьоценных переуплотненных грунтов действии значительных кратковременных ветровых нагрузок высотные здания Кубы;

- в решении задачи проектирования фундаментных плит предлагаемой методике, учтены специфические грунтовые и к маткческие условия Кубы;

- изучен характер взаимодействия фундаментных плит сатного жилого дома со сжимаемым основанием, сложенным во насыщенными переуплотненными глинистыми грунтами при возд твии значительных кратковременных ветровых нагрузок Кубы.

Роактическая ценность работы состоит в том, что пред гаемая общая методика расчета, разработанная методика ре ния контактной задачи для плитных фундаментов и ККП "DIB могут быть использованы при расчете таких фундаментов условиях Кубы. Применение разработанной методики позвол снизить материалоемкость конструкции за счет перераспреде ния усилий в фундаментных плитах, благодаря учету в расче

Йенноствй деформирования грунтов и характера действующи* эузок при решении контактной задачи. Материалы диссерта-рекомендовзны для составления инструкций и рекомендация проектираванию плитных фундаментов в условиях КуСи.

Внедрение результатов работы осуществлено путем исполь-гния разработанной методики, ККП "DI BAL." и программы EPOS" для расчета плитных фундаментов некоторых строи-ьных объектов на Кубе, и их применения а кубинских ектных инетитутахСЕМР)г01 N1 Q. HIDROECONOMXA LAS VILLAS.

результаты работы использованы для расчета фундаментной ты при усилении коллектора Лозняки г. Киева и внедрены в бнои процессе.

Диссертация выполнена в соответствии с общим планом чных исследовании!» строительного факультета Центрального верситета Лас Вильяс, г. . Сайта Клара СКубаЗ и в сотрудни-тве с кафедрой Оснований и Фундаментов Киевского госу-ственного технического университета строительства и архитуры, под руководством доктора технических наук, профес-а И. П. Бойко.

На защиту выносятся следующие вопросы:

- методика решения контактно!» задачи для расчета плит-фундаиенТов с учетом характера деформирования глинистых

онасыщенных переуплотненных грунтов при дейетаии значи-сьных кратковременных ветровых нагрузок на жилья» дома ы;

- Алгоритм и ККП "DIBAL" для автоматизированного проек-ювания фундаментных плит о условиях Кубы.

Результаты. полученные из анализа взаимодействия iTHoro фундамента высотного хилого дома со сжимаемым юванйец. сложенным глинистыми переуплотненными грунтами I ветровых нагрузках Кубы.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на -ом национальном форуме развитых технологий в г. Сайта >ра СКубаЭ, в июле 1Q92 года и на 34—й научно-практической (ференции профессорско-преподавательского состава, лепи— ITов и студентов КИСИ, 1Ö93 г.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из 137 эаниц. машинописного текста, СО рисунков, 13 таблиц, ч держит введение, 4 главы, заключение, список использован-I литературы, включающий 172 Наименований, приложения.

COIOWIE РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность ► цель задачи исследований.

В Первой главе дан обзор о развитии и состоян конструкции плитных фундаментов, описываются и* типы области применения, классифицируются методы расчета систе "основание—фундамент"t оцениваются способы учета совмест» работы основания, фундамента и надземных конструкций здани даются общие сведения о различном моделях грунтового основ ни я и моделях решения контактной задачи; проведен анал достоинств и недостатков существующих моделей, а так области и* применения. Дан критический анализ особенное проектирования болыперазмерных фундаментов на Кубе.

Исследованиями в этой области занимались И. П. Бойко, К. Бугров, В.Э.Власов. Н. М. Лерсеванов, М. И. ГорбуновтПосадс С. С. Давыдов, К.Е.Егоров, Б. Н. Жемочкин, К>. К. Зарецкий. Г. Клейн, С. Н. Клэпиков, Т. А. Маликова, М. В. Малышев, Ю, М. Мещер ков, Ю. М. Мурэенко, А. А. Мустафаев, В.Н.Николаевский, П. Л.Па терн&к, И. А. Симвулиди, А. П. Си ни цып, Я. Е. Слободян, - В. И. Coj мин, В. Н. Шматков, Д. А, Сорочан, С. А. Ривч:ин. М. И. Филоненко-Б родич, В. А. Флорин, С. И. Цымбал, Н. А. Цытович, и Др. из бывша СССР. Из зарубежных стран Дж.Е. Боулес. А.Деменеги, Ф. Диа Р. А. фрасер, М. Хетенй. X. Кеведо.Р. Л. Конднер. И. К. Ли, С. Руи М. Сомоза, A. EaippeTO, Г. Г. Мейергофф, Е. Улрич, К. Терцаги. Эееваерт, и др.

На Кубе имеются специфический услоаия, которые дол» учитываться при проектировании оснований и фундаментов д того, чтобы получить оптимальные результаты ».расчетах. 2 условия характеризуются:

1. Действующими значительными ветровыми нагрузками здания и сооружения.

Ветровые нагрузки, принимаемые на Кубе при проектиров нии зданий и сооружений, устанавливались на основе статист ческого анализа климатических Данных по среднемаксикальн скоростям ветра во время ураганов в данном районе. Значен скоростних Напоров ветра на высоте 10 м над поэерхност земли в зависимости от района Кубы, в 4-3 раз больше, чем Киеве, и в 1.2-1. S раз а. больше, чем максимальное значен »того давления Для условий бывшего СССР С район VII Э. 2 нагрузки действуют только во время ураганов с порывам« вет

едней длительности в течении Ю минут. Таким обрезом, ва-овые нагрузки на Кубе считаются особыми нагрузками при зектировании зданий и расчетах оснований и фундаментов, четание нагрузок с их участием почти всегда является ределяющим в расчетах.

2. Особенностями грунтоя Кубы:

Более 80 'Л территории Кубы сложено переуплотненными инистыми г рун та ии , полностью -либо частично в од о и а с ы::;е н— ».ги, которые обладают значительным давлением переуплотняет. Зги давления нередко достигают 65-223 КПа, что больше, « действующие бытовые нагрузки в настоящее время, т. е. унты находятся в состоянии разгрузки и могут рассматри-гься.как переуплотнении«. Значение давления переуплотнения очень сильно отличается от 'значения структурной прочности унта р , поэтому эти грунты обладают значительной струк-р>ной прочностью. Необходимо отметить, что глинистые унты, залегающие на Кубе, очень медленно уплотняются во гмени Сзначение коэффициента фильтрации для Них составляет = 0.64 х 10'* см/сутЭ, поэтому, при особых нагрузках или 5ых видах кратковременных нагрузок, они практически не де-эмируготся и, таким образом, при проектировании фундаментов второй группе предельных состояний должны приниматься во нлание только постоянные или длительные нагрузки.

В настоящее время на Кубе вопросами исследования . и эектирования большеразмерных фундаментов занимается заниженное число исследователей.

Исходя из анализа работ, приведенных в обзоре, сделаны »оды о том, что в климатических и грунтовых условиях Кубы Чествуют специфические особенности взаимодействия фунда-«тов с основаниями, обусловленные характером действия учительных ветровых нагрузок и процессом деформирования зеуплотненных вйдонасыщенных глинистых грунтов, которые в :тоящее время не учитываются при проектировании плитных !даментов. На самом деле, использованные на сегодняшний <ь в инженерной практике гипотезы, модели и методы расчета юванйй и фундаментных плит, кроме моделей нелинейной ганики, не позволяют достоверно описать^поведение системы :нование-фундамент" во всем диапазоне нагружения. [менение для. описания поведения грунтов . нелинейных |елей, позволяет учесть многие важные свойства их

деформирования* однако требует использование мощных 2 создание для них программного обеспечения, и достаго развитой экспериментальной базы.

Представляет интерес использование для рошг контактной задачи модели переменного коэффициента жееткс основания, которая при адекватном выборе их значен позволяет учесть многие из усло&ип появляющихся на практ проектирования плитных фундаментов С влияние соседних Аугментов, переменная жост кость плиты, переменная *$сткс основания в плане и по глубине, и т.д.Э, и однотареме сохраняет его физическую наглядность и простоту.

Во в т о р о П главе описана общая методика расч плитных фундаментов. Обоснованы применение модели перямену коэффициента жесткости основания, разработка методики и а ритма решения контактной задачи, учитывая особенности дед мхрования глинистых водонасыщгнных переуплотненных rpyi при действии эначите.льных кратковременных ветровых Harpj Кубы. Дано списание вычислительного комплекса "DIBAL", f работанного автором на базе предлагаемой методики. Сопое вигельными расчетами обеспечена достоверность расчетной г нимаемой схемы для решения контактной задачи и для рас--системы "основание-фундамент" и доказано согласование эультатов расчета больтераэмерньос фундаментов с получею данными Т.А. Малиновой при решении подобной задачи.

Важным моментом в проце -е разработки методики рас* плитных фундаментов в условиях Кубы являлся выбор мо; данной системы, в виде переменного коэффициента жестксх позволяющей отразить основные и самые важные фактор! свойства его поведения, и расчетной схемы плиты в i системы перекрестных валок, опирающихся на упругих пружи! жесткость которых ялвяе+ся переменной и определяется ожидаемым осадкам основания.

При предложенном решении контактной задачи учтены i бенноети процесса деформирования водонасыщенньгх переуп. некных глинистых грунтов Кубы при воздействии эначител кратковременных ветровых нагрузок,' что происходит практи ки без увеличения их осадок. Это обясн«?тея тем, что про оседания таких переуплотненных водонасьщенных глини грунтоа является длительным, поскок "-у значительная ч осадки в них происходит за счет, вкхода перовой водь

ита, и во много- раз превосходит длительность воздействия сильных ветрсвых' порывов С5 10 минут!) во время урага-Эти грунты переуплотнены и обладают значительная струнной прочностью Срис.1Э» и пака давления на превосходят их чений, процесс уплотнения в них не наблюдается.

Исходя из этого| решение контактной задачи предлагается о ли иг ь в два этапа:

й этап: при действии длительных нагрузок.

Л этап: при действии длительных и кратковременных на-»ок.

На первом этапе, диаграмму деформирования основания в ам случае мо*но представить кривой 1»рис.2. Кривая "осад-чаалени^" проходит через точку с координатами Ср»£>Э, и граниченно приближается к асимптоте р * От действия руэок этого этапа, давления рА в различных точках основа-дают осадки Б*. Тангенс уг'ла наклона прямой 0А предстает собой коэффициент жесткости основания в 1-ой точке. Их ><ения могут быть определены с достоточно хорошей апрок— ацией методом по ожидаемым осадкам» при котором можно гывать неоднородность основания в плане и по глубине» гкость фундаментной плиты и ее влияние на распределение лений и осадок под фундаментом.

Окончательные результаты расчета на нагрузку 1: зн^че-К*, р* и-НДС в плите СусилияЭ. Затем выполняем расчет второго этапа. Для этого реко-Чуется тагово-итерационный метод. Если принять условно «чину осадок основания неизменной на атом этапе» то диа-ьвма "давление-осадка" развивается по ветви 2» параллельно ги давлений Срис. Для первого шага используем эначе-

4ения К^ 58 К. . По его результатам определяем 1С . Если > то этот участок основания испытывает

эгруэки от действия нагрузок 2-сго этапа и коэффициент ...2 ( 2 > _

гкости К- будет: 2Ш

I 7П 2(1) р.

Если О £ 1>!и* 5 Б4 то, происходит разгрузка в этой

1 * • ' 1(2) <е и» соответственно, коэффициент определяем из

цпосылки об одностороннем контакте фундамента с основа-

и» условно по формуле С1Э.

Если . то происходит отрыв подошвы фундамента от

звания» и коэффициент жесткости будет соответственно: •

р/ р1 р к р

Рис. 1. Компрессионная кривая Рис. 2. АС определению жесткости для образцов грунта ненару— основания, р, 3~ра.счетное сопро-втнноЯ структуры. тивление и соответствующая ему

осадка; К - предельное соп{:<>ти-вление;р , Э^-далление и осадка в £-той точке при нагрузке 1 ; р. -давление в 1~той точке, при нагрузке 2.

(а)

С*)

Рис. 3. Расчетная схема плиты: аЭ основная дискретная, система а гло&хлъних координатах; Л> i-ыЯ элемент в глобальной системе координат и внешние воздействия Р-Х; вЭ внутренние усилия а 1-ом элементе в плане-, гЭ грунтовые воздействия в 1-ом эла-менте в локальной системе координат. Р ,Г — иэги&зиацие моменты, Г - крутящий момент, Г , Рд - грунтовые реакции.

К2'2' ч О С23

i

Подобным путем могут быть получены значения коэффн-ента жесткости при последующих шагах-.

Итерационный процесс заканчивается на таком шггй U, на тором разница между результатами расчета на этом и эдыдуцам и-1 шаге окажется иеныьа заданного значения, рактернзушщаго точность расчета.

Вместе. с тем, для статического расчета фундаментной шты принята расчетная схема а ■ виде системы перекрестных лок Срис. 33, достоверность которой .обеспечивается далыла постаыгтелъными расчетами по ПЛП "LIRA''," для • квадратной иты размерами 26 X 26 м. , толщиной 1.2 и. Результаты а де эпюр изгйбаюЕ$их моментов показаны на рис. 4. ксимальное расхождение достигло £7. Q !4.

На основе предлагаемой методики решения контактнс-Л дачи в грунтовых условиях оснований И силовых воздействиях бы, лЬ общим этапам расчета системы "сснование-фундамент",■ аэанным в этой главе, автором диссертации разработан комикс компьютерных программ СККЮ "DIБД!,", предназначенный я расчета пряааугольнчх фундаментных плит С сплошных или с бргыиЭ, опирающихся на упруте- неоднородное в плане и по ¡убине. основание. Oil разработан на языке Т\рбо Паскаль 5. S 1Я микрокомпьютеров IBM PC-XTVAT, ориентированных на работу сфере MS/PC-DOS. Его работа о с уп с т в л я.е Г' с л на основе алога пользователь—машина.

В основу ККП положены следующие модели основания для .счета осадок:

Линейно-деформируемый слоя конечной толщины, с параметром

Линейно-деформируемое полупространство с условным ограни-нием глубины сжимаемой толщи, с параметром za.

К особенности предлагаемой методики относится тот факт, о выбор модели и расчет ее параметров осуществляется с рвого тага работы программы. Далее ККП "DIBAL" позволяет:

Определить осадки фундамента в соответствии с расчетной дельк), выбранной на первом шаге. . Определить креыы фунда-нта от неоднородности основания в плане и ПО глубине, и от Яствия внецентренных нагрузок.

Выбрать модель основания для решения контактной задачи и ределить параметры модели, которая мо*ет быть в виде:.

Линейно-деформируемого слоя конечной толщины, с napaMei

ми Hp, En,>, JJ , op ^cp

63 Линейно-деформируемого полупространства с условным огрг чением глубины сжимаемой толщи, с параметрами z^.m^.e"'' ,^ вЗ Переменного коэффициента жесткости, с параметрами К^.

3. Определить значения коэффициента жесткости основания, Ь аЭ Без учета влияния жесткости плиты на распределение кс тактных давлений и осадок основания.

б3 С учетом влияния жесткости плиты.

4. Определить внутренние усилия в фундаментной плите модели переменного коэффициента жесткости основания.

С цель» проверки результатов расчета, полученных поиоцью КПП "DIBAL" и сравнения их с результатами получе ными другими авторами, были проведены сопоставительные pi четы плитного фундамента каркасного здания. Аналогичная : дача решена Т. А. Маликовой.

Изгибающие моменты, показанные на рис. 5, полученные решении Т.А. Маликовой с помощью программы NKP-1, разработ; ной по МКР.е учетом и без учета жесткости плиты С кривые 1, с использованием модели переменного коэффициента жестко( основания . Нами получены с помощью ККП "DI BAL" с учет жесткости плиты Скривая 33 и для сравнения при К^ const - рср = 8000 кН/м* Скривая 43.

Ьер

Результаты расчета по предлагаемой методике хорошо < гласуются с результатами представленными Т. А. Маликовой величинам осадок и кренов плиты. Полученные расхождения С1 тавляют 10. ..38 XX без учета влияния соседних фундаментов решению с помощью ККП "01ВА1-".

В атом случае значения коэффициентов жесткости не 01 аыаают существенного влияния на порядок полученных внутр! них усилий в плите, а сказываются на перераспределении в. сечениях. . ,

В.третьей глабе анализируются результаты зкс •риментального изучения взаимодействия фундаментной плит» сжимаемого основания, сложенного глинистыми водонасыщенн грунтами, проведенного на кафедре оснований и фундаментов вти результаты сравниваются с полученными из расчета предлагаемой методике с по мощью ККП "ШВАЬ" и с классичес решением теории упругости.

На строительной площадке пивзавода в г. Чернигове . б

Н-м

'не. 4. Результаты расчета Фундаментной плиты в вида эгпьры югмбаххдих моментов, кН-м, по середине плиты: 1 — по расчетной хеме ППП "LIRA" СНКЭ>; 2 - по расчетная Схеме ККП "DIBAL".

кН-м

400 200_

О, 200.

400. 600, 800. 1000.

'ис. 5. D/поры изгмОс¡хщих моментов по середине короткой стороны плиты: 1,2 - по решению Т. А: Иаликовоа бея учета н с счетом жесткости плиты; 3 - по ККП "DfBAL" с ' учетом же с т— гости плиты; 4 - по ККП'"DIBAL", при К = const = 80Q0 кН/ы*

проведены натурные наблюдения деформаций оснований сооружений в течение В л^т.

В состав сооружений входят сблокированные два силосн корпуса ССК-1, СК-23 и рабочая башня СРЕЗ, которые возведе на сплошной железобетонной плите с отметкой подошвы - 2.70 от планированной поверхности.

Целью исследования являлось изучение деформаций С г-' ки, крены сооружений 3 по глубине основания и в предел петгна сооружения по настенным маркам, измерение фактическ глубины сжимаемой толщи для определения значения оби деформаций, выявление графика наростания осадки во времен а также составление рекомендаций по выбору расчетной моде грунтового основания при проектировании силосных корпусов.

Геологические условия площадки представлены следующи грунтами:с поверхности под растительным слоем мощностью 0. -0.3 мСслой 13 залегает слой пластичной супеси мощностью 1 -1.С кСслой 23, подстилаемый суглинком мягкопластичным мо ностыо 4.0-3.0 м Сслой 33. Ниже находится слой тугопласти ного суглинка мощность» 8.0 мСслой 43 подстилаемый слоем л лутвердой глины,раззеданным до г Зины 25 МСслой БЗ. Грунт вые веды на период изысканий находились на глубине 2.8-Е и, ниже дневной поверхности. Поскольку основание с ложе глинистыми водонасищенными грунтами, в качестве . тестов сравнительных значений для предлагаемой методики выбраны р зультаты натурных наблюдений. Физико-механические характ ристики грунтов приведены в табл'. 1.

Результаты расчета Показали, что осадки, расчитанные предлагаемой методике, согласуются с измеренями натурных н блзодений, которые не превышают предельных значений, предуск тренных нормативными документами.

Фактические осадки СК-1 и РБ согласуются с расчетнь по схеме линейно-деформируемого слэя конечной толщины. Рг ннцы составили соответственно: 8.6 Я и 20, в Я .

Фактическая величина сжимаемой толщи по глубинным мг кам Нр=12 м согласуются с расчетной Нр=12. 32 м .СЙ. в У. раз>-цыЭ по методу линейно-деформируемого ¿лоя конечной толщинь

Осадка СК-г превысила осадку' СК-1: разница между средними осадками 'составила 72.В8 К, что можно объясни следующими причинами:

- Темп нагруж^ния основания СК-1 и СК--2 существе!

ТАБЛИЦА 1

Основные характеристики грунтов основания

!>рактермстика грунта Обоз, нач. Един. Номер слоя

3 4 В

1лотность Р КР/Н 1990 .2090 1Е50

1риродная влажность GJ - 0. 2S6 0. 109 0. 209

1окаэатель текучести I - 0.72 0. да 0.10

коэффициент пористости е - О. 74 0. 53 0.80

'гол внутреннего трения *> ^рлдус 20 23 20

'дельное сцепление с !-!!а 17- 30 so

■кэдуль деформации Е мПа 10 10. 542 21

коэффициент Пуассона V - 0. 33 0. ЗБ 0. 43

.зличается, поскольку CK-i строился 20 месяцев, а СК-2 - 13 ■сяцегс;

- при первичной нагрузке час1«чно загружен только СК-2;

— 'полная первичная эагруэка СК-2 проводилась более [Тенсивно С загрузка СК-2 проведена за 1 месац, а СК-1 был 1Гружен Эа 2 месяца 3.

Проведенными натурными наблюдений на плоп^дке исследо-1НИЙ зафиксировано, что характер нагрузок, то есть темп на— нужения, оказывает существенное влияние на процесс деформи-эйэния грунтов основания.

Контактная задача решена для плиты ГБ с помощь» ККП }IBAL". Результаты показаны на рис. в Скривые 13.

Для расчета длинных полое Ct>103, как в случае аналиэи-^емой плиты, М. И. Горбунов-Посадов рекомендует использование 1алитического решения Н. М. Герсеванова и Я. А. Мачерета яги Г. Попова и В. А.Воробьева в зависимости от упругой харак-ге-ютики полосыС бесконечная либо полу бесконечная}. Результаты нечета с помощью этих решений показаны рис, б, кривая 2.

По решению М. И. ГЪрбунова-Посадоиа для коротких полос »тором диссертаций разработана программа "GORPOS" на языке ^рбо Паскаль S.S, для микрокомпьютеров IBM PC-XT/AT. работа эограммы осуществляется в диалоговом режиме. Полоса рассчи-iHa с помощью этой программы для сравнения,хотя и э »том лучае СОЮЗ использование такого решения не рекоми-ндуетс.«?. встроенные эпюры изгибающих моментов и контактных дАвланий э этому решению тоже показаны на.рис, в Скривая 33.

Рассмотрение этих результатов показало, что решение по втоду М. И. ГорбуноВа-Посадева для коротких полос занимает ромежуточное положение между реп»ниеи по модели переменного орффицие'нта жёсткости 'С помощью ККП "DIBAL" и решением линных полос-. 'Ручницы в изгибающих .моментах между решением-

*3. „

хл

в>

кГЬ

№ гоо__ 302.

i

4CQ

600 600 ТОО 8СО

.р.гх

Рис. резгульгаты расчета в сеченш1 по плиты РВ в по-

перечном направлении: сО »тора удельных иэгивахдих моментов» л:Н перемещения плиты* м; sO контактные давления, кПа. 1-решение по модели,переменного коэффициента . жесткости ■ с помощью ККЛ MDJBAL"'¡2-результаты распета как длинная полоса; З-ло решению И. И. Горбунова-Посадова Скак' короткая полоса^.

ю ККП "DI BAL" и решением для коротки* полос достигла до 127 : С средняя 46 >0 • между решениями для длинных и для коротких голос до 143 ЧС средняя ВО ?0 и между решенями по ККП "DI BAL" I как длинная полоса от 34 до 80 5в£Ссредняя 53.7 Ю. решение 1. И. Горбунова-Посадова близка к решению по ККП "DIBAL" у :раеэ плиты, но по мере приближения к центру плиты око стремится к решению как длинная полоса. Максимальные моменты ю решению М. И. Горбунова-ПосаДова и по "DI BAL" не галучаются в центре полосы, как в решении для длинных полос.

По решению И. И. ГЬрбунова-Посадова получается пик кон-' •актных давления у краев плитыС2. 4-2. 6 раза больше, чем зна-|ения давлений в других решениях^,который в действительности ie происходит из-за развития в »тих зонах основания пласти-■еских деформаций. Это приводит к перераспределению контактах давлений и, соответственно, усилий. За счет этого больного пика,изгибающие моменты по край полосы превышают моменты полученные по модели переменного коэффициента жесткости.

Снижение изгибающих моментов и контактных давлений у сраев плиты по решению длинных полос объясняется тем, что |з-эа учета гибкости полосы а этом реконии, все расчетные величины очень быстро затухают по мере удаления от точки триложенмя нагрузки рассматриваемого сечения полосы. Одно-•реманно это сопровождается повыгэзние» значений контактных явлений.по середина полос, что обеспечивает болге льготны» условия работы полосы и которые в большой мер» соответствуют процессу деформирования основания.

Разницы, полученные в впюрах"изгибающих кементо» Сот 34 lo 80 Я>0 и контактных давлений СО. ..19 JsSO , по сравнению с решением для длинных полос и по "DIBAL" объясняются учетом в эешении длинных полое их гибкости, что приводит к более 5ыстрому затуханию влияния всех расчетных величин и к более льготным условиям работы полос по этому решению.

В четвертой главе с помощью предлагаемой методики выполнена оценка влияния характера нагрузок на взаимодействие фундаментных плит жилых домов со сжимаемым основанием в условиях Кубы.

ВосемнадЦатиэтажное здание построено го улице N» IDS, в районе Мгрианао, на западе города Гаваны, Куба, ■ 1S01 г.

Здание • возведено на железобетонной плите с ребрами эбращенними вверх в двух направлениях. Размеры плиты в плане

-18- £Э X 23 м, толщина - 0.S м, высота ребер - 1.2 м, шири ребар - О. Б и. Глубина заложения фундаментной плиты. - 3 м.

Геологическое строение участка характеризуется однорс; ньш основанием в плане и по глубине, сложенным водоиасыще ным переуплотненным слоем текучепластичного суглинка. Физ ко-механически£ характеристики по изысканиям.ENIАСКубаЗ пр. ведены в табл. 2. Грунтовые ооды находились на глубине 3.2 3. 4 ы, ниже дневной поверхности грунта.

ТАБЛИЦА

Основные характеристики грунта основания:

Характеристика грунта Обоз нач. Единицы Измерен. Значение.

Удельный вес в природном состоянии Г к}} / м" кН м9 20. 30

Удельный вес в сухом состоянии Yd ie.30

Степень влажности S - 0. 00

Природная влажность w'. - 0. 17

Показатель текучести IL — О. 766

Коэффициент пористости е - 0. 47

Угол внутреннего трения Р градус '23

Удельное сцепление с кПа. 20

Модуль деформации Е кПа. 1Ü000

Коэффициент Пуассона Р — 0. 36

Результаты расчета представлены на рис. 7 а, б; Ö а.

и 9 а, б в ззиде эшор иэгибахмцих моментов, контактных давлен и коэффициента жесткости а двух сечениях плиты: по середи Соси ВЭ а по краю Соси A3, параллельно направлению ветра.

Задача решена сначала При длительных нагрузках С1-ат&пЗ. Результаты показаны на данных рисунках кринами 1.

С целью цллюстрации сходимости итерационного процес на этих рисунках представлены результаты 1-ой и 3-ей Спо лодней и окончательной) итерации Скривые 2 и 33. Распредел пне вертикальных С длительных} и горизонтальных Скрат'ковр менных нагрузок и. влияние положения несущих стен на. не: очень четко отражается в апюрах изгибающих моментов.

В зпюрах давлений и коэффициентов жесткости, выюеук 3aHHiie факторы выявляются повышением с наветренной стороны уменьшением с подветренной стороны значений этих величин.

С целью оценить влияния климатических условий Кубы, да! Нал задача была решена при ветровых нагрузках г. Кнеаа про, полагая, что грунтовые условия остались те же самые,что и ; Кубе. Результаты 3-ей итерации решения представлены на ри< 7а,б в виде эпюр изгибаю1дих моментов- в. сечении -по осям А и кривой 6.

гх * кратковременных нагрузках, 1-ая итерация ;3-гоже само?, я итерация; 4 - тоже самоа, при К* = сопль » 5/5.3 кН/м г гоже самое, при Кв = сопл » 4000 кН/м*; 6-гоге самое, при •трових нагрузках г>. Киева.

По сравнению с кривой 2, представляющей 3-ю итерацш решения подобной задачи при ветровых нагрузках Кубы, кот ори/ а Б раз больше, чем в г. Кииае можно констатировать, что э; счет действия на Кубе таких нагрузок иэгкбак^ций момент! увеличиваются до 14 раз.

Одновременно,на указанных рисунках представлены результаты полученного проектировщиками ресания контактной зздач> 'на Кубе (кривой 4Э, при использовании модели Винклера с постоянным коэффициентом постели, полученным от рекомендованного Васичом выражения:

. '..3>Р5 »«/ —Е...В'*__Е..,_ сз:1

К* * В' У Е' I* 1 - м • С33

где Ка - значение коэффициента жесткости, кН'*м ; В - ширина фундамента; Е/, ^-соответственно, 'модуль деформации материала, кПа и Момент инерции поперечного сечения фундамента, и*; - модуль деформации, к Па и коэффициент Пуассона грунта.

С учетом выражения О. £5 у г< ^,— =1, по рекоменд ц;гям Боулеса, на Кубе приняли:

«НГ - ^ ЛТзе' = — ■

значение для Кв очень низкое. При згоы, перемещения достигла порядка от 23 до 33 Ом Св 10 раз больше рассчитанных по модели линейно-деформируемого слоя конечной толщиньй. Очевидно, что эти осадки не совпадают с реальностью.

На рис. 7а, б видно, что характер кратковременных воздействий, согласно с предлагаемой методикой, вызывает уменьшение отрицательных С среднее и увеличение положительных Сот О до 1005-а, среднее <4050 моментов, по сравнению с традиционным решением принятым на Кубе Скривая 43. По предлагаемой методике, с точки зрения работы конструкции плиты, решение есть более рациональное потому, что эд счет перераспределения усилий верхняя и нижняя арматуры будут более равномерными. Это приводит к снижении стоимости проектного решения; что особенно наблюдается в сечении В Спо средним полосам плиты).

Полученные перераспределения коэффициента жесткости основания отражают' влияние характера нагрузок ¿длительности!) на поведение системы "основание-фундамент", которые еще выражаются в указанных выше перераспределениях усилий. Эти не очень большие изменения в. значениях и в распределениях коэффициента жесткости основания вызывают, однако, значительные

* >» f ДЗ п ш 7г m ггз /зв /л> тг

ЮО. 200 JW..

'не. 8. Эпк>ры контактных давления под подошвой плиты: а> по 'см п° оси В. 1—при длительных нагуэках;г-прн длитель-

ных + кратковременных нагрузках, t ~ая и те рац и я ¡3-тою самое, 1-я итерация; 4 - тоже самое, при К* = const = 513. 3 кН/м" ■ > - row самое, при Km = const = 4000 кЯ/м". '

-vO

V

г ts ei

м too гв аг '"(f t*a

Jt

97 NC ЛИ Hf кг

Рис. 9.- Эгпсры коэффициента fecrtrocrw осмотр: cJ по «я А ■ б:1 по оси а. I -при длительных нагуэках; S-rtpu длительных ♦ + кратковременных нагрузках, i-ajj итерация; 3 - топ самое, 3-я итерация;^ - К* - const = 315.3 кНуи ; 5 - У.т •= сопл " ~ 4000 /tlf/м .

-22в эпюрах иэгибаюсрах моментов» о которых mo^üio с дигь по сравнена» кйивых 2—оЯ и 3-ей, в рис, 7 а, <3, пред с т вляи1Т?!Х результаты 1-ой и 3-ей итерации, соответственно.

Получить решение контактной задачи с применением по гоягшого значения коэффициента жесткости основания баз уча характера нагружания, лучше не по выражению Весича С форму

.33, а по рекомендуемому автором диссертации:

,. рс р 131.7 кПа. ^ , . ,, з ,

Ks " * -оТбзТ-^- = 4С)00 кН/м ' С43

где р , S - среднее значение контактного давления, кПа

ср ср

соогввтстаующая ему средняя осадка плиты, м, при длительн нагрузках.

Результаты решения полученного при таком коэ$фициен жесткости тоже представлены на рис. 7, S и 6, кривой S.

Из рис. "7 очевидно, что усилия, полуивнныэ с испольэ влккви постоянного коэффициемта жесткости рекоианд}твмого а тором диссертации Сформула 4, кривая ЕО, ближе }< усилиям ni лученным по яодела переменного, коэффициента жесткости учетом характера нагрузок Скривая 23, чем усилия, по-nyveHHJ с применением К» по выражению Весича С формула 3, крнаая i'. хотя н с подьегренной стороны вщз наведались раэниць , ]23>í. В апирах коэффициента жесткости видно, что значение по формула 4 С кривая S, рис. В а, 63 занимает промажуточн« полегание мзжду обоими решениями С кривые 2 к 43 .

В приложении представлен документ, подтвердаюфгй вн* дрение результатов работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований в рамках диссе{ тацнонной работе можно сделать следующие» выводы:

1. Разработана методика расчета большераэмерных фунд' мйнгньос плит высотных зданий при воздействии эначительш кратковременных ветровых нагрузок для случая залегания в о£ ноааниях водонасыв^энных переуплотненных глинистых грунтов.

2. Предлагаемая методика позволяет учесть реальн! климатические условия Кубы, то есть при атом учитываете характер деформирования глинистых водрнас&аценных грунтов nf воздействии значительных ветровых нагрузок.

3. На основе гипотезы переменного коэффициента жестко' ги основания представилась возможность . ьюдалирования осг банностей деформирования глинистых переуплотненных водонг сыпанных грунтов при эоздайствии значительных вотревь

грузок, а также другие особенности проектироэания большо-змерных фундаментных плит. При этом сохраняется их зическая наглядность и простота.

Л. Методика расчета фундаментных плит программно рэали->вана автором в виде комплекса компьютерных программ >IBAL", позволяюс^его рационально выбрать модель основания и | параметры для расчета их деформаций, определить осадки и 1ены фундаментной плиты, рекомендоэать модель основания для тения контактной задачи, определить значения коэффициента ■сткости, учитывая переменность сжимаемости основания в ¡ане и по глубине, и решить контактную задачу, то есть почить внутренние усилия, перемес$еиия и реактиэякэ давления >д плитой по модели переменного коэффициента жесткости, с етом специфических условий Кубы; облэгчающего работу инз»-рам, проектировщикам, и внедрение предлагаемой методики в гактику проектирования болыаэраэмерных фундаментоэ на Кубе. .

S. К достоинствам ККП "DIBAL" можно отнести тот факт, о он объединяет а одном комплексе расчеты и задачи, гторые обычно выполняется двумя или тремя программами, что 13Воляет экономить затраты машинного времени и облегчает .боту пользователя.

8. Применение предложенной расчетноЯ схемы плиты в виде стены перекрестных Салок при реализации модели и методики ияения контактной задачи обосновано сопоставительными рас-■тами. Расхождения результатов по величинам усилий — 1.3... . 27.9 'Ci, деформаций и давлений - около IX.

7. Сравнение результатов расчета по предлагаемой мето-:ке и с помощью ККП "DIBAL" с данными других авторов покали хорошее согласование по величинам осадок и кренов О. . . Зв «{ разницы, без учета по "DI BAL" влияния соседних "ндаментовЗ. Значения коэффициента жесткости не оказали су— ■ственного влияния на порядок полученных внутренних усилий плите, а сказываются на перераспределение в сечениях мты; они больше всего Влияют на величины осадок, получен-IX из'решения контактной задачи.

0. Натурные наблюдения за осадками реального сооруже-1я, возводимого на основании из глинистых вод онас ионных >унтоэ, проводимые на кафедре оснований и фундаментоэ ¡аспечиваюТ достоверность обтегй методики расчета оснований больоераэмериых фундаментов. Результаты наблюдений согла-

суются с расчетами по величинам сжимаемой толщи С2.6 разнмцьй и осадок СК-1 и РБ Ссоответственно в.О М и НО.G /О

9. По результатам натурных измерений установлено с> ¡Чйствениоа влияние характера процесса нагружения Стемпа} у де^оркации основания под плитой СК-2. Расхождение достиг.; порядка 100 S4 по величинам измеренных ось. док: СК-1, 41 показывает необходимость его учета.

10. Характер С длительность О нагружения существен! влияет на поведение системы "основание-фундамент", вызьш< перераспределение усилий от 2 до раз,' особенно с по/ ветренноЯ стороны , по сравнению с традиционными решенямк испоьзуэиълю на Кубе, для случая постоянного коаффициеш постели. Это приводит к равномерному расположению арматурь что уменьшает общие затраты проектного решения.

11. Использование выражения Васича для определения >ш чения постоянного коэффициента жесткости при решении кок такгноя задачи с помощью модели Врнклера для фундамент»» плит в специфических климатических и грунтовых условиях Ky¿ не оправдано. Вместо него автором, диссертации рекомендует!: для продеарительных/расчетов среднее значение коаффициен^ жесткости использовать, исходя ив определения ожидаеш осадок основания.

12. Результаты работы внедрены в учебном процессе и практику проектирования большеразмерных фундаментов на Куб« Материалы диссертации послужат для составления рекокендаць по проектированию фундаментных плит в климатических и гру» тоиых условиях Кубы, применение которых облегчается испод эованием комплекса "DIBAL" и программы "GORPOS" а кубинсш проектных институтах. ККП "DIBAL" использован для проектирс вания фундаментов плиты при усилении колектора на Поаняю г. Киева.

Основные положения работы изложены в следующих работа)

1. Э.Л. Чагойен Расчет фундаментных плит на упругом ос нова, ни и. Киев, инж-строит ин-т. Киев, 1Q93, 14 е.: и л. 6t блиог.: 3 назв. Деп. а ГНТБ Украины 08. 07. 03. N* 1432-Ук Э:

2. Chagoyón Méndez, Е. L. Cálculo de ciment-acipnes i balsas sobre bases elásticas por computadoras. Aceptado publicar 13.08.83. Revista Ingeniería Estructural y Vial ISPJAE, Ciudad de La Habana, Cuba.