Введение к работе
Актуальность работы. Одним из важнейших направлений совершенствования расчетов оснований фундаментов является разработка методов расчета, учитывающих их взаимное влияние. В основании близко расположенных фундаментов одного или группы сооружений возникает поле напряжений, которое является результатом наложения полей напряжений, создаваемых каждым из фундаментов в отдельности. В настоящее время сделаны не безуспешные попытки учета взаимного влияния фундаментов при расчете осадок основания в рамках модели линейно-деформированной среды. Однако, решений, позволяющих адекватно оценивать несущую способность системы близ расположенных фундаментов, получено недостаточно. Поэтому тема диссертационной работы является актуальной.
Целью диссертационной работы является выявление закономерностей процессов трансформации поля напряжений, образования и развития областей пластических деформаций в связном, весомом, однородном и изотропном основании системы двух и пяти параллельных незаглубленных ленточных фундаментов, которые происходят вследствие изменения расчетных параметров: физико-механических свойств грунта, расстояния между фундаментами и величины интенсивности внешнего воздействия. А также разработка инженерного метода расчета величин равномерно распределенных нагрузок, эквивалентных расчетному сопротивлению R и предельно допустимой нагрузке Рпд, и формализация его в виде компьютерной программы.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
-
Обоснована необходимость решения задачи о развитии областей пластических деформаций в основании системы близ расположенных фундаментов.
-
Показаны преимущества применения методов теории функций комплексного переменного для достижения поставленной цели.
-
На основе компьютерного моделирования процесса образования и развития областей пластических деформаций получены графические зависимости и соответствующие аналитические аппроксимации, устанавливающие функциональные связи между физико-механическими свойствами грунта основания, количеством фундаментов в системе, их шириной и расстоянием между ними и величинами равномерно распределенных нагрузок, эквивалентных расчетному сопротивлению R и предельно допустимой нагрузке Рпд.
-
Разработана компьютерная программа, в которой формализованы полученные при проведении компьютерного моделирования результаты.
-
Проведено сопоставление результатов компьютерного моделирования с результатами лотковых экспериментов на маломасштабных моделях и с результатами исследований, проведенных независимо от нас, другими авторами.
-
Результаты исследований внедрены при проведении учебного процесса в ВолгГАСУ и ЮРГТУ (НПИ) и решении прикладных задач.
Достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций диссертационной работы обусловлена: теоретическими предпосылками, опирающимися на фундаментальные положения методов теории функций комплексного переменного, теории упругости, пластичности, механики грунтов и инженерной геологии; удовлетворительной сходимостью результатов проведенных теоретических исследований с результатами моделирования процессов разрушения оснований моделей системы фундаментов и теоретическими данными, полученными другими авторами.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что
-
Установлено, что взаимное влияние системы ленточных параллельных незаглубленных фундаментов накладывает существенный отпечаток на поле напряжений, возникающих в ее основании. Это влияние тем больше, чем меньше расстояние между фундаментами.
-
Установлено, что явление «непродавливания» и «арочный» эффект обеспечиваются тем, что при определенных условиях в просветах между фундаментами исчезают зоны вертикальных растягивающих напряжений и происходит переориентация площадок наиболее вероятного сдвига таким образом, что выпор может произойти только под подошву соседнего фундамента.
-
Получены аппроксимации графических зависимостей, устанавливающие функциональные связи между физико-механическими свойствами грунта основания, количеством фундаментов в системе, их шириной и расстоянием между ними и величинами равномерно распределенных нагрузок, эквивалентных расчетному сопротивлению R и предельно допустимой нагрузке Рпд.
-
Разработан инженерный метод расчета величин интенсивностей равномерно распределенных нагрузок, эквивалентных значениям расчетного сопротивления R и предельно допустимой нагрузки Рпд, который формализован в виде компьютерной программы.
-
Установлено, что использование систем параллельных фундаментов увеличивает, при всех прочих равных условиях, величину расчетного сопротивления и предельно допустимой нагрузки на основание от 3,5 до 32,6%, что создает условия для увеличения площади проектируемого сооружения и полезной нагрузки на основание, не предусматривая при этом дополнительных мер по его усилению.
Практическая значимость работы. Диссертационная работа является частью научных исследований, проводимых на кафедре «Гидротехнические и земляные сооружения» ВолгГАСУ в 2007-2010г.г.
Полученные в процессе компьютерного моделирования графические зависимости, их аналитические аппроксимации и разработанная на их базе компьютерная программа могут быть использованы для:
-
Определения величин расчетного сопротивления и предельно допустимой нагрузки на основание системы двух и пяти параллельных незаглубленных ленточных фундаментов.
-
Прогноза поведения основания сооружения при проведении близ него нового строительства.
-
Разработки мероприятий по увеличению, в случае необходимости, полезных нагрузок на основание без существенного увеличения площади фундаментов.
-
Восприятия достаточно больших полезных нагрузок составными плитными фундаментами в условиях плотной городской застройки.
-
Проведения учебного процесса (курсового и дипломного проектирования) на соответствующих кафедрах строительных вузов.
Апробация работы. Основные результаты данной диссертационной работы докладывались, обсуждались и опубликованы в материалах ежегодных научно-технических конференций ВолгГАСУ и ЮРГТУ (НПИ) (2007-2010г.г.); V и VI Международных научно-технических конференций «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований сооружений» (Волгоград, 2007, 2009г.г.); IV и V Международных научных конференций «Городские агломерации на оползневых территориях» (Волгоград, 2008, 2010г.г.); Международной научно-практической конференции «Малоэтажное строительство в рамках национального проекта «Доступное и комфортное жилье – гражданам России»: технологии и материалы, проблемы и перспективы развития в Волгоградской области» (Волгоград, 2009г.), I и II Научно-технических конференций «Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства» (Волгоград, 2008, 2009г.г.); III Всероссийской научно-технической конференции «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса региона. Наука. Практика. Образование» (Волгоград-Михайловка, 2009г.), Российской научно-практической конференции, посвященной памяти профессоров Ю.Н.Мурзенко и А.П.Пшеничкина «Актуальные проблемы фундаментостроения на юге России» (Новочеркасск, 2010г.), Казахстано-Корейском научном геотехническом семинаре «Geotechnical Infrastructure in Megacities and New Capitals» (Astana, 2010).
Личный вклад автора заключается в:
использовании методов теории функций комплексного переменного для анализа напряженного состояния основания системы параллельных незаглубленных фундаментов;
отработке расчетных схем для проведения компьютерного моделирования;
проведении компьютерного моделирования процесса образования и развития областей пластических деформаций, анализе и обработке результатов, построении графических зависимостей и получении их аналитических аппроксимаций;
разработке алгоритма вычисления величин расчетного сопротивления и предельно допустимой нагрузки на основание системы двух и пяти параллельных фундаментов, формализации этого алгоритма в компьютерную программу;
проведении лотковых экспериментальных исследований на мелкоразмерных моделях, сопоставительных расчетов, анализе и обработке их результатов и результатов, полученными другими авторами.
На защиту выносятся:
-
Результаты компьютерного моделирования процесса образования и развития областей пластических деформаций в основании системы двух и пяти параллельных ленточных фундаментов и построенные на их основе графические зависимости и соответствующие аппроксимации.
-
Описание причин, определяющих возникновение «арочного» эффекта и явления непродавливания грунта в просветы между соседними фундаментами.
-
База данных и компьютерная программа, позволяющая определять величины равномерно распределенных нагрузок, эквивалентных расчетному сопротивлению и предельно допустимой нагрузке на основание системы двух и пяти ленточных фундаментов.
-
Результаты внедрения рекомендаций диссертационной работы в практику строительства.
Результаты научных исследований внедрены:
-
В учебном процессе на кафедрах «Строительные конструкции, основания и надежность сооружений» и «Гидротехнические и земляные сооружения» Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета при изучении курсов «Механика грунтов», «Основания гидротехнических сооружений», курсовом и дипломном проектировании, научно-исследовательской работе аспирантов.
-
При расчете несущей способности основания системы ленточных фундаментов в рабочем проекте «Промышленный комплекс по производству строительных материалов в пос. Каменномостский Майкопского района республики Адыгея», разработанном ООО «Строительно-производственное управление», г. Новочеркасск. Это позволило увеличить полезные нагрузки на основание на 18% без существенного увеличения площади фундаментов.
-
При изучении дисциплин «Механика грунтов», «Основания и фундаменты», при выполнении курсового и дипломного проектирования студентами специальности 27010265 «Промышленное и гражданское строительство» Южно-Российского государственного технического университета (НПИ).
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 11 научных статьях, 2 из которых в изданиях, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы из 113 наименований и приложений общим объемом 141 страница. Включает в себя 71 рисунок и 15 таблиц.
