Введение к работе
ffJL92
Актуальность работы. При проектировании зданий и сооружений на закарстованных территориях конструктивная защита зданий против карстовых деформаций преимущественно выполняется в фундаментной части, рассчитываемой при условии образования карстового провала. Практический опыт таких расчетов показывает, что учет совместной работы здания и основания позволяет снижать усилия в сечениях фундамента до 50%, что соответственно уменьшает его материалоемкость и стоимость при обеспечении эксплуатационной надежности здания. Поэтому расчет и проектирование фундаментов на закарстованных территориях целесообразно выполнять на основании совместных расчетов здания и основания. В наибольшей степени это требование правомерно для многоэтажных крупнопанельных зданий, обладающих значительной жесткостью.
Расчет свайного фундамента крупнопанельного здания совместно с надфундаментной частью представляет собой комплексную задачу, включающую рассмотрение следующих вопросов: выбор модели основания и определение его характеристик; выбор модели здания и определение характеристик материалов конструктивных элементов и деформируемости стыковых соединений; выбор системы уравнений совместности деформирования здания и основания и способов их решения.
Моделирование процессов совместного деформирования основания и здания базируется на допущениях и при выборе модели основания, и при выборе модели здания, при этом используемые исходные данные о прочностных и деформационных характеристиках грунтов основания и материалов конструкций являются приближенными. Поэтому целесообразно не усложнять расчетную модель, а, напротив, применять упрощенные модели. Такой упрощенной расчетной моделью основания свайного фундамента крупнопанельного здания при условии образования карстового провала является модель переменного коэффициента постели, характеристики которой определяются в соответствии с изменением напряженно-деформированного состояния основания при образовании карстовых деформаций.
На основании ранее выполненных исследований установлено, что при образовании карстового провала нагрузки на сваи вокруг провала распределяются неравномерно, в результате чего условия работы свай у границ провала отличны от условий работы свай в свайном фундаменте, что влияет на величину переменного коэффициента постели основания. Однако в действующих нормах отсутствуют какие-либо рекомендации по определению коэффициента постели при образовании карстовых деформаций.
Надфундаментная часть крупнопанельного здания представляется набором конечных элементов, для описания взаимодействия которых используется метод конечных элементов (МКЭ). При этом наиболее «условной» и плохо определяемой частью модели крупнопанельного здания являются связи между несущими элементами стен и перекрытий.
С-Петербург
ОЭ 200ЙктУ2^
Несмотря на очевидные преимущества совместных расчетов крупнопанельного здания и основания в условиях образования карстовых деформаций перед традиционными расчетами, изложенными в нормативных документах, в практике проектирования фундаментов крупнопанельных зданий они практически не используются в связи с трудоемкостью подготовки исходных данных, что приводит к материалоемким и дорогостоящим карстозащитным фундаментам. Поэтому исследования поведения свайного фундамента крупнопанельного здания при образовании карстового провала, выполненные с учетом жесткости верхнего строения и направленные на совершенствование методов расчета и проектирования карстозащитных фундаментов, актуальны и своевременны.
Цель работы - разработка методики расчета и проектирования свайного ленточного фундамента крупнопанельного здания с учетом жесткости верхнего строения при образовании карстового провала.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
определение условий формирования конечноэлементной модели крупнопанельного здания для расчетов фундаментов;
экспериментальное обоснование выбранной модели здания;
проведение численных исследований с использованием отработанной модели здания и получение закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния основания свайного фундамента и несущих элементов крупнопанельного здания при образовании карстового провала;
разработка методики определения расчетных параметров основания свайного фундамента крупнопанельного здания при образовании карстового провала.
Методологической базой исследований является анализ напряженно-деформированного состояния основания свайного ленточного фундамента крупнопанельного здания при образовании карстового провала с использованием результатов экспериментальных и численных исследований с применением математических моделей современной механики грунтов.
Автор защищает результаты исследований, на базе которых разработаны рекомендации по расчету и проектированию свайного ленточного фундамента крупнопанельного здания на закарстованных территориях с учетом жесткости верхнего строения, включающие:
методику расчета и проектирования свайного фундамента крупнопанельного здания с учетом жесткости верхнего строения при образовании карстового провала;
предложения по моделированию основания и крупнопанельного здания в расчетах свайных фундаментов с учетом жесткости верхнего строения.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется применением основных положений классической механики грунтов, проведения расчетов с использованием сертифицированных расчетных программ, сходимостью результатов экспериментальных и численных исследо-
ваний свайных фундаментов крупнопанельных зданий. Научная новизна работы состоит в следующем:
усовершенствована методика формирования модели крупнопанельного здания для расчетов фундаментов с учетом жесткости верхнего строения;
разработана методика оценки расчетных параметров основания крупнопанельного здания для расчета свайных фундаментов при образовании карстового провала с учетом жесткости верхнего строения;
получены новые закономерности распределения нагрузок на основание свайного фундамента и изменения усилий в связях между несущими элементами крупнопанельного здания при образовании карстового провала;
впервые разработаны рекомендации по проектированию свайного ленточного фундамента крупнопанельного здания на закарстованных территориях, учитывающие жесткость здания и распределительную способность основания.
Практическая ценность работы заключается в том, что результаты исследований могут быть использованы проектными организациями при проектировании свайных фундаментов крупнопанельных зданий на закарстованных территориях.
Личный вклад в решение проблемы заключается в выполнении анализа результатов натурных исследований, проведении численных исследований, обобщении и оценке полученных результатов.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрялись на экспериментальном объекте. Экономический эффект при этом составил 304650 рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались или публиковались в трудах Международных конференций: Уфа, 2002, 2003, 2004,2005; Пермь, 2004; Пенза, 2004; Санкт-Петербург, 2005.
Публикации. Содержание выполненных работ опубликовано в 8 статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, библиографического списка. Результаты исследований изложены на 127 страницах основного текста, включающего 56 рисунков, 4 таблицы, библиографию из 107 наименований; объем приложений 6 страниц.
Автор выражает искреннюю признательность докт. техн. наук Готман Наталье Залмановне и коллективу отдела оснований и фундаментов ГУП института «БашНИИстрой» за оказанную помощь в работе над диссертацией.
