Volgograd, Volgograd, Russian Federation
Volgograd, Vologda, Russian Federation
Vologda, Russian Federation
Volgograd, Russian Federation
BBK 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
v stat'e privedeny rezul'taty chislennyh issledovaniy vliyaniya geometricheskih parametrov periodicheskogo fundamenta i chislennyh znacheniy fiziko-mehanicheskih svoystv gruntov na velichinu nesuschey sposobnosti ego osnovaniya. Vse chislennye eksperimenty vypolneny pri pomoschi komp'yuternyh programm, v kotoryh dlya opredeleniya napryazheniy v gruntovom massive formalizovan metod konechnyh elementov v uprugo-lineynoy postanovke. Schitaetsya, chto predel'no dopustimaya nagruzka na osnovanie dostigaetsya v moment smykaniya oblastey plasticheskih deformaciy (OPSG) pod podoshvoy fundamenta, forma, polozhenie i razmery, kotoryh, opredelyayutsya na osnove usloviya plastichnosti Kulona. V rezul'tate obrabotki dannyh chislennogo eksperimenta ustanovleno, chto velichina intensivnosti predel'no dopustimoy nagruzki na odnorodnoe osnovanie zaglublennogo lentochnogo «periodicheskogo» fundamenta pri vseh prochih ravnyh usloviyah naibolee chuvstvitel'na (po mere ubyvaniya) k uglu vnutrennego treniya grunta osnovaniya , chislu fundamentov v sisteme, velichine otnosheniya moduley deformacii materiala fundamenta i grunta, chislennomu znacheniyu privedennogo davleniya svyaznosti. Zavisimost' predel'no dopustimoy nagruzki ot velichiny privedennogo davleniya svyaznosti prakticheski lineyna, v to vremya kak ee zavisimost' velichiny ugla vnutrennego treniya grunta s dostatochnoy dlya inzhenernoy praktiki stepen'yu tochnosti mozhet byt' approksimirovana eksponentoy. Pri rasstoyanii mezhdu fundamentnymi lentami ravnom priblizitel'no polovine glubiny zalozheniya fundamenta velichina predel'no dopustimoy nagruzki na osnovanie yavlyaetsya maksimal'noy. Ustanovleno, chto vyyavlennye zakonomernosti mogut byt' rasprostraneny na «periodicheskie» fundamenty, sostoyaschie iz fundamentnyh lent razlichnoy shiriny.
lentochnyy fundament, metod konechnyh elementov, napryazhennoe sostoyanie, oblasti predel'nogo sostoyaniya osnovaniya
Под периодическим ленточным фундаментом будем понимать группу идентичных по всем параметрам фундаментных лент, расположенных параллельно друг другу на одинаковой глубине (рис. 1), каждую из которых, называем элементом. Несущую способность основания предлагается оценивать через величину предельно допустимой нагрузки, которая соответствует условию смыкания областей предельного состояния грунта (ОПСГ) под элементами фундамента.
Для отыскания положения, формы и размеров ОПСГ традиционно используют условие прочности Кулона [1], которое можно представить в следующих транскрипциях
- где s1; s2 и sx; sz;txz – соответственно безразмерные (в долях γН) главные нормальные напряжения и компоненты напряжения в точке грунтового массива; sсв = (yHt), приведенное давление связности; С; j и qmax – соответственно сцепление, угол внутреннего трения грунта и угол максимального отклонения; Н – глубина заложения фундамента.
|
|
|
|
Рис.1. Общий вид расчетной схемы основания периодического заглубленного ленточного фундамента, состоящего из двух элементов, используемые обозначения, области предельного состояния грунта (ОПСГ) и уплотненные грунтовые ядра (УГЯ)
При проведении численных исследований использованы компьютерные программы [2;3], в которых реализованы метод конечных элементов (МКЭ) и решения краевых задач теории упругости для полуплоскости [4-6].
На рис. 1 изображен общий вид расчетной схемы МКЭ для периодического фундамента, состоящего из двух элементов, приведены обозначения параметров, используемых при расчете, показаны области предельного состояния грунта (ОПСГ) и уплотненные грунтовые ядра (УГЯ), образовавшиеся в основании фундамента при предельно допустимом значении величины интенсивности равномерно распределенной нагрузки. Не останавливаясь на вопросах составления расчетных схем и отработки граничных условий, приведем некоторые результаты численных исследований, выполненных в упругой постановке задачи.
На рис. 2 и 3 в качестве примера изображены картины изолиний компонент напряжения, ОПСГ и УГЯ в основании нежесткого (слева) и жесткого (Eф/Eо=103, справа) одиночного и периодического (четыре элемента) ленточного фундамента, соответствующие предельным значениям безразмерной (в долях γН) величины интенсивности равномерно распределенной нагрузки qпр, воспринимаемой фундаментом. Анализ этих рисунков и результатов вычислений показывает, что величины предельных нагрузок для нежесткого и жесткого фундамента существенно отличаются по величине при всех прочих равных условиях из-за различного характера распределения напряжений в основании этих фундаментов, зависящего от их жесткости.
фундаментов, состоящих из одного, двух и четырех элементов, при условии, что b=H, d=0;0,25H;0,5H;H;2H. Основание фундаментов сложено однородным глинистым грунтом; величина коэффициента бокового давления принята равной [7], величина угла внутреннего трения при расчетах принимает значения φ=15о; 21о; 25о; 30о, а величина приведенного давления связности =0,56; 1,0; 3,0. Все просчитано 360 вариантов; результаты расчетов сведены в таблицы № 1-5, приводимые ниже.
На основании данных, приведенных таблицах № 1-5, построены кривые зависимостей вида
Результаты анализа этих кривых и содержания таблиц позволяет утверждать, что жесткость периодического фундамента оказывает существенное влияние на несущую способность основания, увеличивая ее.
Проведя дополнительные исследования, вопроса о том, как влияет при всех прочих равных условиях расстояние между элементами периодического фундамента на несущую способность основания, построили графические зависимости вида Qpd=f (b\H) при фиксированных значениях угла внутреннего трения φ грунта основания и различных численных значениях приведенного давления связности Q и наоборот. Эти кривые представлены на рис. 5 и 6. Из этих рисунков видно, что при расстоянии межу фундаментами равным примерно половине их глубины заложения, величина предельно допустимой нагрузки на основание «периодического» фундамента становится максимальной. Отметим, что такая закономерность прослеживалась при условии, что ширина элемента фундамента принимала различные значения.
- величина интенсивности предельно допустимой нагрузки на однородное основание заглубленного ленточного «периодического» фундамента (qпд) при всех прочих равных условиях наиболее чувствительна (по мере убывания) к углу внутреннего трения грунта основания j, числу n, жесткости фундамента (Еш/Ео), приведенному давлению связности sсв. Так, увеличение угла внутреннего трения грунта j от 15о до 30о вызывает рост qпд при n=1 в 3,16 раза, при n=2 – в 4, 11 раза, а при n=4 – в 4,14 раза; изменение величины sсв от 0,59 до 6 обуславливает увеличение qпд для тех же значений n в 2,52; 2,6 и 2,63 раза соответственно. Такое же изменение расчетных параметров для основания жесткого периодического фундамента (Еш/Ео=103) влечет за собой рост интенсивности предельно допустимых нагрузок в 3,68; 5,67; 7,09 и в 2,74; 2,85; 3,03 раза соответственно. При расстоянии между фундаментными лентами равном приблизительно половине глубины заложения фундамента величина предельно допустимой нагрузки на основание является максимальной. Изменение величины Еш/Ео от 1 до 103 при всех прочих равных условиях может повысить несущую способность основания более чем на 200%.
1. Coulomb, C. Application des riles de maxim us et minims a quelques problems de statique relatives an L`architecture / C. Coulomb. -Memories de savants strangers de L`Academlie des sciences de Paris, 1773.
2. Bogomolov, A.N. Ustoychivost' (Napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie) A.N.Bogomolov i dr.// Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registracii programmy dlya EVM № 2009613499 ot 30 iyunya 2009g.
3. Bogomolov, A.N. FEA /A.N.Bogomolov i dr.// Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registracii programmy dlya EVM № 2015617889 ot 23 iyulya 2015g.
4. Bogomolov, A.N. Raschet nesuschey sposobnosti osnovaniy sooruzheniy i ustoychivosti gruntovyh massivov v uprugoplasticheskoy postanovke / A.N.Bogomolov. - Perm': PGTU, 1996.
5. Bogomolov, A.N., Ushakov, A.N. Metody teorii funkciy kompleksnogo peremennogo v zadachah geomehaniki. - Volgograd : Izd-vo VGSPU "Peremena", 2014. - 227 s.
6. Bogomolov, A.N., Bogomolova, O.A. Sopostavlenie rezul'tatov fizicheskih i chislennyh eksperimentov po opredeleniyu nesuschey sposobnosti odnorodnogo osnovaniya shtampa // Osnovaniya, fundamenty i mehanika gruntov. - 2015. - № 6. - S. 7-11.
7. Bogomolov, A.N. K voprosu o minimal'nyh znacheniyah koefficienta bokovogo davleniya gruntov / A.N.Bogomolov i dr. / Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Ser.: Estestvennye nauki. - Volgograd : Izd-vo VolgGASU, 2007. - Vyp. 6 (23).
