from 01.01.2019 until now
Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI) (Obscheinzhenernye discipliny, professor)
from 01.01.1980 to 01.01.2019
Moskva, Moscow, Russian Federation
Novocherkassk, Rostov-on-Don, Russian Federation
Novocherkassk, Rostov-on-Don, Russian Federation
Novocherkassk, Rostov-on-Don, Russian Federation
BBK 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
V dannoy stat'e privedeny rezul'taty eksperimental'nyh issledovaniy raboty modeley lentochnogo fundamenta s kraevoy zonoy lomannogo ochertaniya na peschanom osnovanii. Proizvedeno sravnenie grafikov osadka-napryazhenie dlya razlichnyh modeley fundamentov. Poluchena velichina nesuschey sposobnosti, predel'noy osadki i predel'nyh normal'nyh napryazheniyah pod podoshvoy fundamenta.
lentochnye fundamenty, lomannoe ochertanie kraevoy zony, ispytaniya fundamentov, osadka fundamentov, uglovye vyrezy, model' fundamenta, nesuschaya sposobnost' osnovaniya
На сегодняшний день, вопросы, касающиеся разработки новых конструкций ленточных фундаментов, а также усовершенствование методик их расчета, являются остроактуальными. Сорочан Е.А в своих работах отмечал “совершенствование фундаментов мелкого заложения может проводиться не только путем использования новых методов расчета, но и путем применения новых конструкторских решений.” Одним из направлений совершенствования конструктивных решений является изменение характера передачи нагрузки на грунты основания, что может быть осуществлено в фундаментах с промежуточной подготовкой переменной жесткости в плане [1, 2], с выпуклой подошвой [3], с угловыми вырезами плитах [4] и в прерывистых фундаментах [5], и др.
Опыты с устройством промежуточной подготовки переменной жесткости под ленточным фундаментом [1] и фундаментом под отдельную колонну [2] были проведены в НИИОСП им. Н.М. Герсеванова в лотке размерами в плане 4,0х14,0 м высотой 6,0 м. Модели устанавливались на песчаное основание плотностью 16,8 Н/м3. Осадка фундаментов с подготовкой меньше осадки фундамента на естественном основании на 15-40% в зависимости от величины нагрузки на фундамент (рис. 2 [1]). Измерение напряжений в песчаном основании показало снижение влияния подготовки на нормальные напряжения при увеличении глубины и при глубине 1,5 b практически прекращаются. На основании проведенных опытов разработаны рекомендации по расчету осадки и определению изгибающего момента в расчетном сечении.
Опыты с фундаментами с выпуклой поверхностью опирания [3] проводились при моделировании плоской задачи на основании из мелких песков средней крупности и на тугопластичных суглинках в лотке размерами 1,2х0,42 м в плане и глубиной 1,0 м. Осадка моделей с ростом нагрузки изменялась нелинейно, причем в начале нагружения приращения осадки на каждой ступени больше чем после увеличения площади контакта до наибольшей величины. Полная осадка фундаментов с плоской подошвой на 15-20% меньше, а напряжения под подошвой наоборот меньше на 35-40%. Авторами анализировалось влияние подъема консолей н несущую способность грунта, что в условия моделирования плоской задачи, по-нашему мнению, некорректно.
В лотке размерами в плане 6,0х5,0 м и высотой 5,5 м заполненном песком средней крупности плотностью 16,7 Н/м3 испытывались гибкие модели с угловыми вырезами в плитах и жесткими сплошными штампами прямоугольной формы [4]. Характер распределения контактных напряжений под жесткими штампами аналогичен полученному нами ранее для столбчатых фундаментов [6] и соответствует параболообразной эпюре с концентрацией напряжений по оси фундамента. Способность гибкого железобетонного фундамента с вырезами воспринимать повышенную нагрузку объяснена авторами перераспределением контактных напряжений, но не оценена количественно. Устройство угловых вырезов в плитах приводит концентрации контактных напряжений в центральной части подошвы фундамента и появлению локальных пластических зон. В результате происходит снижение изгибающего момента в расчетном сечении, позволяющее экономить материалы. Использование железобетонных моделей не позволило авторам, вследствие образования трещин и пластической работы арматуры, выделить особенности работы песчаного основания.
Опыты проведенные с ленточными фундаментами с различной величиной раздвижки плит подробно описаны в [4] и, по нашему мнению, корректно описывают возникающий между плитами арочный эффект.
В течении ряда лет в ЮРГПУ (НПИ) ведутся исследования работы песчаного основания под жесткими штампами [7], в том числе различных ленточных фундаментов: сплошных [8, 9], из балочных элементов с геометрически изменяемой формой подошвы [10 - 13], с ломанным очертанием краевой зоны [14 – 19], с поворотом блок-подушек [20, 21] и др. Экспериментальные исследования позволили выявить резервы увеличения несущей способности основания и защитить патентами на полезные модели ряд новых конструктивных решений использующих распределительную способность грунта и арочный эффект [22, 23, 24]. Совместный анализ результатов выявил зависимость несущей способности основания от периметра краевой зоны фундамента [25]. В результате многолетних исследований разработаны новые конструкции ленточных фундаментов [26-30].
Опираясь на вышесказанное авторы статьи изучили экспериментально, ранее не исследованную, конструкцию ленточного фундамента с ломанным очертанием краевой зоны опорных блоков-подушек.
Наши экспериментальные исследования работы фундаментов на песчаном основании были проведены в лаборатории оснований и фундаментов кафедры «ПГСГиФ» ЮРГПУ (НПИ) на испытательной машине МФ-1 конструкции Ю.Н. Мурзенко, которая является центральным звеном автоматизированной системы научных исследований оснований и фундаментов на моделях. Лоток машины МФ-1 размерами в плане 3,0х3,0 м и на глубину 2,2 м заполнен крупнозернистым песком плотностью 17,1 Н/м3. Песок укладывался с послойным трамбованием и контролем плотности иглой плотномером. Нагрузка на модели прикладывалась тремя вертикальными гидравлическими домкратами, позволяющими получить суммарное усилие 1500 кН. Установкой грузов на маятнике выбирался диапазон нагружения каждого домкрата от 0 до 100 кН, при этом единица шкалы силоизмерителя составляла 100 кг. На диаграммном аппарате машины МФ-1 вычерчивался график изменения осадки во всем интервале нагружения. Ручной пульт управления позволял выбирать скорость нагружения модели, а использование микрометрического винта позволяло с высокой точность выдерживать постоянную нагрузку на каждой ступени нагружения для стабилизации осадок основания.
В процессе исследования авторами статьи были произведены две серии испытаний. При выполнении опыта в качестве модели ленточного фундамента были применены пять плит с размерами в плане 420x400мм, выполненных из многослойной фанеры толщиной 18 мм, имитирующие блок-подушки с шириной 2,0 м в масштабе 1:5 (серия опытов №1). В общей сложности протяженность модели составила 2,2 м. Чтобы имитировать краевую зону имеющую ломанное очертание в блок-подушках производились вырезы следующих размеров b x l= 60 x 120мм. (серия опытов №2). Подготовка опытов производилась по одной методике [5] при которой выдержка нагрузки на каждой ступени составляла 15 минут, а сама нагрузка при этом, прикладывалась ступенями по 10 кН. Инструментом измерения осадки выступал прогибомер Аистова 6ПАО, который в свою очередь был закреплен на жесткой траверсе. Нагружение производилось до тех пор, пока не будет достигнута предельная нагрузка, в нашем случае сопровождающаяся потерей устойчивости основания.
Площадь модели первой серии опытов составляла 0,96 м2 и 0,672м2 для второй серии. В результате исследования были получены следующий результаты: предельная нагрузка на сплошную модель ленточного фундамента составила 160 кН при этом осадка достигла 20,2 мм; для модели с вырезами предельная нагрузка дошла до отметки 115 кН при этом осадка составила 17,1 мм.
На начальном этапе нагружения (до давления σ = 250 кПа) графики осадок близки к линейному (рис. 1). Нелинейная стадия графиков осадок начинается при σ> 250 кПа , причем нелинейность возрастает при росте нагрузки вплоть до потери устойчивости основания.
Рис. 1. График зависимости осадки моделей фундамента от нагрузки
1-осредненный график первой серии; 2-осредненный график второй серии
При достижении предельной нагрузки произошла потеря устойчивости основания, которая сопровождалась выпором грунта. В первой серии выпор произошел в форме двух волн, со следующими геометрическими характеристика: x=700 мм., Y=240 мм., Z=480 мм (Рис. 2). В серии опытов №2 выпор произошел на следующем расстоянии от края модели Z=360 мм., Y=220 мм.
Рис. 2. Формы выпора при разрушении песчаного основания для первой и второй серии опытов
Выводы
В результате экспериментов работоспособность и эффективность конструкции с краевой зоной, имеющей ломаное очертание подтверждено. Получены экспериментальные данные о предельной нагрузке на фундаменты, определены осадка и предельное напряжение основания.
Задача дальнейших исследований провести опыты с измерением нормальных напряжений в массиве основания с использованием месдоз конструкции Г.Е. Лакзебника и для сравнения провести опыты с равновеликими по площади фундаментами.
1. Sorochan E.A., Bycutenko O.V.. Lihovcev V.M. Fundamenty na promezhutochnoy podgotovke peremennoy zhestkosti // Osnovaniya, fundamenty i mehanika gruntov.- 1991. № 1.- S. 7-8.
2. Sorochan E.A., Abuhanov A.Z. Eksperimental'nye issledovaniya napryazhennogo sostoyaniya fundamenta s promezhutochnoy podgotovkoy na peschanom osnovanii // Issledovanie i raschet osnovaniy i fundamentov pri deystvii staticheskih i dinamicheskih nagruzok : Mezhvuz. sb. / NPI, Novocherkassk, 1988.- s. 79-85.
3. Gricuk M.S., Ignatyuk V.Yu. Napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie fundamentnyh blokov s krivolineynoy poverhnost'yu opiraniya // Izv. vuzov. Stroitel'stvo i arhitektura.- 1978. № 10.- S. 31-33.
4. Fidarov M.I. proektirovanie i vozvedenie preryvistyh fundamentov.- M.: Stroyizdat, 1986.- 157 s.
5. Ermashov V.P. Vliyanie formy fundamenta na raspredelenie normal'nyh kontaktnyh napryazheniy // Osnovaniya, fundamenty i mehanika gruntov.- 1985. № 2.- S. 16-17.
6. Murzenko Yu.N. Evtushenko S.I. Eksperimental'nye issledovaniya raboty kraevoy zony sbornyh fundamentov pod otdel'nuyu kolonnu i setku kolonn na peschanom osnovanii.- Rostov n/D : Izd-vo «Izv. Vuzov. Sev.-Kavk. Region».- 2008.- 248 s.
7. Murzenko Yu.N., Evtushenko S.I., Murzenko A.Yu., Krahmal'nyy T.A. Issledovanie raboty osnovaniya v kraevoy zone pod fundamentami protyazhennyh sooruzheniy// Gorodskie aglomeracii na opolznevyh territoriyah: Mater. III Mezhdunar. nauchn. konf., 14-16 dekabrya 2005 g., Volgograd/ VolgGASU.- Volgograd, 2005.- Ch. 1.- S. 148-150.
8. Dyba V.P. Ocenka nesuschey sposobnosti zhelezobetonnyh fundamentov : monografiya // Yuzh.-Ros. gos. tehn. un-t.- Novocherkassk: YuRGTU, 2008.- 200 s.
9. Dyba V.P., Skibin G.M. Verhnie ocenki nesuschey sposobnosti osnovaniy lentochnyh fundamentov. // Osnovaniya, fundamenty i mehanika gruntov.- 1997. № 6.- S. 2-6.
10. Modelirovanie raboty lentochnogo fundamenta s geometricheski izmenyaemoy formoy podoshvy na peschanom osnovanii. / Yu.N. Murzenko, S.I. Evtushenko, G.M. Skibin, D.N. Arhipov // Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Tehn. nauki. 2004. - Specvypusk. Matematicheskoe modelirovanie i komp'yuternye tehnologii. - S. 105-108.
11. Evtushenko S.I., Skibin G.M., Arhipov D.N. Issledovanie osobennostey formirovaniya uplotnennoy zony grunta pod model'yu lentochnogo fundamenta s geometricheski izmenyaemoy formoy podoshvy // Stroitel'stvo i arhitektura. - 2014. - T. 2. - № 1(2). - S. 9-12. DOI: 10.127437/3382
12. Evtushenko S.I., Arhipov D.N. Issledovanie raspredeleniya vertikal'nyh napryazheniy i deformaciy v osnovanii sbornogo lentochnogo fundamenta iz balochnyh elementov // Stroitel'stvo i arhitektura. - 2014. - T. 2. - № 1(2). - S. 17-20. DOI: 10.127437/3384
13. Evtushenko S.I., Arhipov D.N. Issledovanie raspredeleniya normal'nyh napryazheniy v massive osnovaniya sbornogo lentochnogo fundamenta iz balochnyh elementov // Stroitel'stvo i arhitektura. - 2014. - T. 2. - № 1(2). - S. 13-16. DOI: 10.127437/3383
14. Evtushenko S.I., Krahmal'nyy T.A. Model' lentochnogo fundamenta s lomanym ochertaniem opornoy plity // Aktual'nye problemy stroitel'stva : mater. 53-y nauch.-tehn. konf. professorsko-prepodavatel'skogo sostava, nauchnyh rabotnikov, aspirantov i studentov YuRGTU (NPI), g. Novocherkassk, apr. 2004 g. - Novocherkassk : YuRGTU, 2004.- s. 57-59.
15. Evtushenko S.I., Krahmal'nyy T.A. Razrabotka novyh konstrukciy protyazhennyh fundamentov, effektivno ispol'zuyuschih nesuschuyu sposobnost' osnovaniya // Vestnik Volgogradskogo gos. arhitekturno-stroit. un-ta. Ser. Str-vo i arhitektura. 2008. Vyp. 10. S. 122-127.
16. Evtushenko S.I., Krahmal'nyy T.A. Konstruirovanie opornyh plit lentochnyh fundamentov s lomanym ochertaniem kraevoy zony // Vestnik MGSU. - 2011. - № 5. - S. 172-177.
17. Evtushenko S.I., Krahmal'nyy T.A. Innovacionnye konstrukcii sbornyh lentochnyh fundamentov // Nauchno-tehnicheskaya konferenciya i vystavka innovacionnyh proektov, vypolnennyh vuzami i nauchnymi organizaciyami YuFO v ramkah uchastiya v realizacii federal'nyh celevyh programm i vneprogrammnyh meropriyatiy, zakazchikom kotoryh yavlyaetsya Minobrnauki Rossii : sb. materialov konf., g. Novocherkassk, 14-16 dek. 2014 g. / Yuzh.-Ros. gos. politehn. un-t im. M.I. Platova. - Novocherkassk : Lik, 2014. - S. 283-285.
18. Evtushenko S.I., Krahmal'nyy T.A. Issledovanie raboty lentochnyh fundamentov so slozhnoy konfiguraciey podoshvy // Osnovaniya, fundamenty i mehanika gruntov.- 2017. № 3.- S. 14-17.
19. Evtushenko, S.I., Krakhmal’nyi, T.A., Krakhmal’nay, M.P. New designs of the combined tape bases providing fuller use of the bearing ability of the basis // Challenges and Innovations in Geotechnics : proceedings of the 8th Asian Young Geotechnical Engineering Conference, Astana, Kazakhstan, 5-7 August 2016 / Editor Askar Zhussupbekov; Kazakhstan Geotechnical Society. - London, UK : Taylor and Francis Group, 2016. - P. 147-150. DOI:https://doi.org/10.1201/b-9781315374949-29.
20. Evtushenko S.I., Krahmal'nyy T.A. Eksperimental'nye issledovaniya raboty novyh konstrukciy lentochnyh fundamentov s lomanym ochertaniem kraevoy zony na peschanom osnovanii : monografiya // Novocherkassk: LIK, 2011. - 158 s.
21. Evtushenko S.I., Krahmal'nyy T.A. Resursosberegayuschie konstrukcii sbornyh lentochnyh fundamentov // Stroitel'stvo i arhitektura. - 2015. - T. 3, Vyp. 1 (6). - S. 21-26. DOI: 10.127437/10936
22. Skibin G.M., Evtushenko S.I. Eksperimental'nye issledovaniya raboty kraevoy zony protyazhennyh v plane fundamentov na peschanom osnovanii.- Rostov n/D : Izd-vo «Izv. Vuzov. Sev.-Kavk. Region».- 2008.- 192 s.
23. Evtushenko S.I., Pihur V.N. Eksperimental'noe izuchenie raboty peschanogo osnovaniya dvuh shtampov pri ih razdvizhke // Vestnik Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politehnicheskogo universiteta. Stroitel'stvo i arhitektura.- 2017. - T. 8, № 2 S. 109-118. DOI:https://doi.org/10.15593/2224-9826/2017.2.11.
24. Bogomolov A.N., Evtushenko S.I., Pihur V.N. Izuchenie predel'noy nesuschey sposob-nosti dvuh blizkoraspolozhennyh stolbchatyh fundamentov // Vestnik Volgogr. gos. arh.-stroit. un-ta. Stroitel'stvo i arhitektura. - 2011. - Vyp. 24 (43). - S. 29-32.
25. Evtushenko S.I., Krahmal'nyy T.A. Aktual'nye problemy uvelicheniya nesuschey sposobnosti sbornyh lentochnyh fundamentov // Stroitel'stvo i arhitektura. - 2013. - T. 1. - № 1(1). - S. 32-37. DOI: 10.127437/338
26. Pat. 50552 Rossiyskaya Federaciya: MPK7 E 02 D 27/01. Lentochnyy fundament / Yu.N. Murzenko, S.I. Evtushenko, E.Yu. Anischenko, T.A. Krahmal'nyy, D.N. Arhipov; zayavitel' i patentoobladatel' GOU VPO YuRGTU (NPI). № 2005119951; zayavl. 27.06.2005; opubl. 20.01.2006, Byul. № 02. 3 s.
27. Pat. 55386 Rossiyskaya Federaciya: MPK7 E 02 D 27/01. Lentochnyy fundament / T.A. Krahmal'nyy, Yu.N. Murzenko, S.I. Evtushenko, A.Yu. Murzenko; zayavitel' i patentoobladatel' GOU VPO YuRGTU (NPI). № 2005138664/22; zayavl. 12.12.2005; opubl. 10.08.2006, Byul. № 22. 3 s.
28. Pat. 32139 Rossiyskaya Federaciya: MPK 7 E 02 D 27/01. Lentochnyy fundament / Yu.N. Murzenko, S.I. Evtushenko, G.M. Skibin, E.Yu. Anischenko, D.N. Arhipov; zayavitel' i patentoobladatel' GOU VPO YuRGTU (NPI). № 2003107220/20; zayavl. 20.03.2003; opubl. 10.09.2003; Byul. № 25.
29. Pat. 40333 Rossiyskaya Federaciya: MPK7 E 02 D 27/01. Lentochnyy fundament / Yu.N. Murzenko, S.I. Evtushenko, G.M. Skibin, A.S. Evtushenko, E.Yu. Anischenko, D.N. Arhipov, V.A. Butyrskiy; zayavitel' i patentoobladatel' GOU VPO YuRGTU (NPI). № 2003132337/20; zayavl. 06.11.2003.; opubl. 10.09.2004, Byul. № 25.
30. Pat. 32138, MPK U1 7 E 02 D 27/01. Lentochnyy fundament. / Murzenko Yu.N., Evtushenko S.I., Skibin G.M., Arhipov D.N., Anischenko E.Yu.; zayavitel' i patentoobladatel' GOU VPO YuRGTU (NPI). №2003107220; Zayavl. 03.04.2003; Opubl. 10.09.2003, Byul. №25.
