WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Общим недостатком рассмотренных методов расчета является высокая степень идеализации расчетных схем, принятие целого ряда допущений и упрощений, которые серьезно влияют на снижение достоверности полученных расчетом результатов. Как правило, расчетные характеристики грунта представляются математическими символами без рекомендаций по их определению для практических расчетов.

В известных методах расчета ФВК на горизонтальную нагрузку отсутствует экспериментальное обоснование учета в расчетной схеме уширенного основания образованного путем втрамбования в основание жесткого сыпучего материала (щебня или гравия). Отсутствуют предложения по использованию данных статического зондирования.

На основании проведенного обзора были сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе приведены методика, планирование и результаты численных исследований взаимодействия горизонтально нагруженных ФВК с грунтом основания.

В настоящее время существует большое разнообразие численных методов. К ним можно отнести различные вариационные методы (метод Ритца, метод наименьших квадратов и т.д.), метод конечных разностей, метод конечных элементов, метод граничных элементов.

Наиболее эффективным и широко применяемым методом является метод конечных элементов (МКЭ). Достоинствами МКЭ по сравнению с другими методами являются гибкость и разнообразие сеток, стандартные приемы построения дискретных задач для произвольных областей, простота учета естественных краевых условий и т.д. Кроме того, математический анализ МКЭ является более простым, его методы применимы к более широкому классу исходных задач, а оценки погрешностей решений, как правило, получаются при менее жестких ограничениях. Поэтому МКЭ в настоящее время является одним из наиболее эффективных методов расчета НДС в различных задачах механики грунтов.

Для приближения теоретического решения к реальному поведению грунтовой среды выполнено численное исследование НДС взаимодействия грунтового основания и горизонтально нагруженного ФВК с учетом образования и развития зон пластических деформаций во всем диапазоне изменения нагрузки на фундамент. При решении поставленных задач использовался геотехнический расчетный комплекс PLAXIS, реализующий метод конечных элементов.

На основе анализа известных результатов экспериментов различных авторов были запланированы численные исследования, в которых определяющими факторами, влияющими на перемещение горизонтально нагруженных ФВК, были выбраны:

– характеристики грунта с,, Е (глинистые грунты);

– глубина вытрамбованного котлована h;

– объем втрамбованного щебня Vщ.

Каждый фактор, определяемый методом априорного ранжирования, должен иметь число дискретных уровней. Для расчета оснований зданий и сооружений можно принять значения прочностных и деформационных характеристик грунтов согласно СНиП 2.02.01-83*. Таким образом, характеристики грунта основания имеют 3 уровня (типа):

1) I тип грунтовых условий с = 30 кПа, = 180, Е = 15 МПа;

2) II тип грунтовых условий с = 20 кПа, = 160, Е = 12 МПа;

3) III тип грунтовых условий с = 10 кПа, = 140, Е = 9 МПа.

Глубина вытрамбованного котлована имеет 2 уровня h = 3 м и h = 4 м.

Объем втрамбованного щебня имеет 4 уровня: Vщ = 0; Vщ = 1м3; Vщ = 2м3; Vщ = 3м3.

В расчетах использовались также следующие характеристики грунта: удельный вес = 18,0 кН/м3; коэффициент Пуассона = 0,3.

Для расчетов был принят фундамент пирамидальной формы, имеющий размеры в верхнем сечении 1,0х1,0 м, в нижнем - 0,3х0,3 м.

Расчеты производились в условиях плоской задачи. На основании выполненного литературного обзора и известных результатов экспериментов была разработана расчетная схема горизонтально нагруженного ФВК с учетом уплотненной зоны.

Расчетная схема разбивалась на 4 области с различными характеристиками: 1 – фундамент; 2 – грунты природного сложения; 3 – грунты в уплотненной зоне вокруг фундамента; 4 – уширенное основание из втрамбованного щебня.

Граничные условия в принятой схеме принимались согласно следующим правилам: по контуру верхней границы перемещения не ограничиваются (Ux0, Uу0); по вертикальным границам перемещения ограничиваются в горизонтальном направлении Х (Ux=0, Uу0); по нижней границе перемещения отсутствуют (Ux=0, Uу=0). В расчетах использовались 2 модели: линейная упругая модель для моделирования работы материала фундамента и упругопластическая модель с критерием текучести Кулона – Мора. Для моделирования контакта ФВК с грунтом использовались специальные линейные элементы, позволяющие учитывать трение боковой поверхности фундамента о грунт. Разбивка расчетной области на конечные элементы проводилась автоматически с локальным измельчением сетки. Ступени нагрузок подбирались программой автоматически в зависимости от заданной степени точности.

В результате численных исследований были получены и проанализированы основные параметры НДС системы «горизонтально нагруженный ФВК – основание».

Из характера полученного распределения главных напряжений в грунтовом основании горизонтально нагруженных ФВК следует что, зона с максимальными значениями главных напряжений возникает на глубинах 1,5-1,8 м (1,5-1,8d) перед передней плоскостью фундамента и простирается на глубину под углом примерно 450 на расстояние до 1 м (1d) от фундамента.

Увеличение физико-механических характеристик грунта повышает сопротивление горизонтальной нагрузке в большей степени для коротких ФВК (LФВК=3 м). С увеличение длины ФВК с 3 до 4 м изменение характеристик грунта позволяет увеличить значение сопротивления грунта действию горизонтальной нагрузки на 10-15%.

С увеличением объема втрамбованного щебня до 3 м3 наблюдается увеличение горизонтального сопротивления грунта. Из сопоставления зависимостей «горизонтальная нагрузка – перемещение» для ФВК глубиной 3 и 4 м следует, что объем втрамбованного материала оказывает более существенное влияние на короткие фундаменты. Для ФВК с глубиной 4 м увеличение сопротивления ФВК горизонтальной нагрузке с увеличением объема втрамбованного щебня наблюдается при перемещениях более 6-10 мм. Из полученных результатов следует, что с улучшением характеристик грунтового основания уменьшается влияние объема втрамбованного щебня на сопротивление горизонтально нагруженного ФВК. При увеличении глубины ФВК с 3 до 4 м влияние объема втрамбованного материала уменьшается практически в 2 раза.

Исследование глубины расположения точки нулевых перемещений (т.н.п.) показали, что для ФВК без втрамбованного щебня (Vщ=0) при нагрузке 0,6-0,8Но т.н.п. расположена в уровне подошвы фундамента, с увеличением горизонтальной нагрузки т.н.п. поднимается от подошвы на 0,5-1,0 м. Для ФВК с втрамбованным щебнем (Vщ0) максимальная глубина т.н.п. достигается при нагрузке 0,8Но и расположена ниже уровня подошвы уширения. С увеличением горизонтальной нагрузки глубина расположения т.н.п. начинает уменьшаться, располагаясь в уровне подошвы фундамента.

Результаты численных исследований показали, что на сопротивление фундамента горизонтальной нагрузке и деформационную схему большое влияние оказывает наличие и размер уширенного основания. При принятии расчетной схемы горизонтально нагруженного ФВК необходимо учитывать объем уширенного основания.

В результате выполненных численных исследований получена качественная картина взаимодействия горизонтально нагруженного ФВК с грунтовым основанием. Для получения количественных значений и окончательного принятия расчетной схемы горизонтально нагруженного фундамента были обработаны и проанализированы результаты натурных испытаний ФВК.

Третья глава диссертации содержит результаты натурных полевых экспериментальных исследований горизонтально нагруженных ФВК, проведенных на трех опытных площадках с различными инженерно-геологическими условиями.

На всех опытных площадках производились отбор монолитов грунта для определения их физико-механических характеристик и статическое зондирование установкой С-832М, оснащенной зондом II типа.

Первая площадка (опытный полигон в Северо-Западном районе г.Челябинска) представлена делювиально-аллювиальными глинами с карбонатными включениями, полутвердой консистенции до глубины 4 м, аллювиальными глинами полутвердой консистенции до глубины 8 м. Площадка характеризуется наличием грунтовых вод, вскрытых на глубине 4 м от поверхности грунта. Относительным водоупором водоносного горизонта являются аллювиальные глины полутвердой консистенции, обладающие меньшей водопроницаемостью по сравнению с вышележащими глинами.

Вторая площадка (силосный склад сульфата натрия на «Уфанефтехим» в г.Уфе) представлена четвертичными делювиальными отложениями в виде суглинков от тугопластичной до полутвердой консистенции мощностью от 1,1 до 1,9 м, подстилаемыми суглинками мягко- и текучепластичной консистенции мощностью 1,0-1,8 м, полутвердыми и тугопластичными суглинками с максимальной мощностью 16,5 м. Подземные воды при бурении скважин вскрыты на глубинах от 2,0 до 2,2 м.

Третья площадка (корпус 4.2 опытного химзавода в п. Ново-Александровка в г.Уфе) представлена отложениями пермской, неогеновой и четвертичной систем. До глубины 11,0 м грунты представлены суглинками четвертичными, тугопластичными, объединяющие суглинки и глины полутвердой и тугопластичной консистенции. Ниже 11,0 м залегает глина уфимская полутвердая, объединяющая глины полутвердой и твердой консистенции мергелистые, выветренные с тонкими прослоями слабо сцементированного песчаника. Гидрогеологические условия участка характеризуются развитием водоносного горизонта на глубинах от 1,6 до 5,7м.

Устройство опытных ФВК производилось с помощью навесного оборудования на базе крана РДК-25, состоящего из направляющей штанги двутаврового сечения с опорной пятой и трамбовки. В качестве рабочего органа при вытрамбовывании котлованов применялись трамбовки двух типов. Основные параметры опытных фундаментов приведены в таблице.

Таблица. Основные характеристики опытных ФВК

№ площадки

(местораспо-ложение)

Марка фунда-мента

Геометрические размеры трамбовки, м

Объем втрам-го щебня, м3

по верху

по низу

длина

1

(г.Челябинск)

ФВК-1

ФВК-2

ФВК-3

1,3х1,12

0,55х0,48

2,8

1,5

1,0

0

2 (г.Уфа)

ФВК-4

1,1х1,1

0,6х0,6

3,0

4,4

3 (г.Уфа)

ФВК-5

1,0

Результаты статических испытаний опытных фундаментов представлены на рис.1 в виде графиков «горизонтальная нагрузка-перемещение».

Зависимости «горизонтальная нагрузка-перемещение» имеют ярко выраженный нелинейный характер. Линейная часть зависимостей наблюдается только при перемещениях в уровне поверхности грунта до 2-3 мм. При этом стабилизация перемещений имеет место в достаточно большом диапазоне перемещений (до 24-28 мм), т. е. значительно больших, чем допускается нормами. Вместе с тем из-за больших поперечных размеров фундамента и наличия армирования практически невозможен его изгиб, т.е. фундамент работает как «жесткий», поворачиваясь в грунте без изгиба. Из этого следует, что нелинейность графика «нагрузка-перемещение» проявляется только за счет нелинейной работы грунтового основания.

Рис. 1. Зависимость «горизонтальная нагрузка-перемещение»

Анализ результатов испытаний выполненных на опытной площадке №1 показывает, что с увеличением объема втрамбованного щебня сопротивление ФВК горизонтальной нагрузке возрастает. Так, при объеме втрамбованного щебня в дно котлована от 0 (ФВК-3) до 1,5 м3 (ФВК-1) происходит повышение сопротивления фундамента горизонтальной нагрузке на 53%.

Определенное напряженно-деформированное состояние с помощью мессдоз давления, установленных на боковой поверхности ФВК без уширенного основания (ФВК-3) показало, что контактные напряжения на боковой поверхности фундамента растут равномерно, по мере увеличения горизонтальной нагрузки. При этом характер их распределения свидетельствует о том, что фундамент работает по «жесткой» схеме.

Из анализа зависимостей «глубина расположения т.н.п. – относительная горизонтальная нагрузка» следует, что глубина расположения т.н.п. является не постоянной и зависит от величины горизонтальной нагрузки и объема втрамбованного щебня. Так, у фундамента без втрамбованного щебня т.н.п. располагается на глубине 0,5lф (где lф - глубина ФВК) (рис.2а). При наличии уширенного основания с увеличением горизонтальной нагрузки до значений, равных 0,8Но, т.н.п. снижается к уровню подошвы фундамента, затем по мере увеличения нагрузки начинает несколько подниматься и при достижении предельной горизонтальной нагрузки (1,2Но) наблюдается вновь ее снижение (рис.2б).

а)

б)

Рис.2. Зависимость «глубина расположения т.н.п. – относительная горизонтальная нагрузка» горизонтально

нагруженного ФВК-3 (а) и ФВК-4 (б)

- по испытанию; - расчет по PLAXIS

Оценка возможности применения для проектирования горизонтально нагруженных ФВК программного комплекса PLAXIS показала, что результаты расчетов существенно отличаются от данных испытаний натурных фундаментов по получаемым значениям горизонтальной нагрузки и перемещению (расхождение составляет до 66%).

Из полученных результатов экспериментов следует, что при построении расчетной схемы горизонтально нагруженного ФВК за критерий предельного состояния следует принимать некоторую предельную величину деформации основания, т. е. следует решать задачу определения горизонтального перемещения ФВК. При этом в расчетной схеме следует предусмотреть учет влияния объема втрамбованного щебня. Прочность ФВК при этом считается обеспеченной при соответствующем его армировании.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»