Введение к работе
Актуальность. Компьютеризация привела в последние десятилетия к доминированию в теоретических научно-исследовательских работах по механике грунтов и фундаментоведению численных методов, в частности метода конечных элементов и метода граничных элементов. При этом роль исследователя сводится к построению определяющих уравнений и указанию простых и не очень простых экспериментов, из которых должны определятся постоянные и функции,входящие в определяющие уравнения. Вопросы существования, единственности и корректности поставленных задач не рассматриваются.
, На этом пути использования численных методов появляются трудности, еще серьезно не обсуждавшиеся, но уже очевидным образом тормозящие внедрение достижений современной механики грунтов в широкую практику проектирования. Эти трудности связаны с оценкой всевозможных погрешностей, модельных и вычислительных, а также с существенной и неустранимой неопределенностью исходных данных.
Видные специалисты подчеркивают необходимость оценки эффективности алгоритмов и программ на тестовых, модельных задачах, сопоставления полученных результатов с экспериментальными данными и известными решениями аналогичных задач других авторов. Поэтому термин "численное решение задачи" заменяют менее обязывающим -"численный эксперимент". Следовательно, актуальным является поиск простых аналитических точных решений, а также точных верхних и нижних оценок несущей способности фундаментов на грунтовых основаниях, которые можно было бы использовать для контроля численных решений, для проверки инженерных методов расчета различных авторов, а также непосредственно в проектировании.
Использование компьютеров для решения отдельных задач в традиционной технологии проектирования не может привести к существенному повышению качества проектов. Чтобы быть эффективным,
компьютерное проектирование должно полностью использоватт
заложенную в компьютерах возможность проведения громадное
вычислительной работы. Средства проектирования -компыотерь:
придают проектированию принципиально новые черты, позволяют
ставить и решать задачи, не решаемые в рамках традиционного
проектирования, например, задачу получения оптимального проекта, для
которого совокупность целевых функций (себестоимость, трудозатраты,
материалоемкость, продолжительность работ, осадки, крены, и т.д.)
должна принимать возможно меньшие значения. Это приводит к
необходимости решения задач структурной и параметрической
оптимизации, как правило, многопараметрических и
многокритериальных.
Целью настоящей работы является :
Развитие аналитических методов расчета плоских предельных полей напряжений, получение точных нижних оценок несущей способности фундаментов на грунтовых основаниях.
Развитие методов получения точных верхних оценок несущей способности фундаментов на грунтовых основаниях на основе построения кинематически допустимых скоростей.
Развитие методов расчета железобетонных фундаментов, работающих на изгиб.
Разработка методов оптимизации проектов фундаментов на стадии эскизного (научно-исследовательского ) этапа проектирования.
Научная новизна.
Развиты аналитические методы расчета плоских предельных полей напряжений. Получено аналитическое решение задачи о предельном напряженном состоянии невесомого грунтового основания, обладающего трением п сцеплением, в котором граница упругого ядра под штампом определяется совместно с полями напряжений. Найдены формулы несущей способности грунтовых оснований, анизотропных по
сопротивлению сдвигу. Получены формулы несущей способности грунтовых оснований, среда которых обладает нелинейным сопротивлением сдвигу. Построены нижние оценки несущей способности гибких железобетонных фундаментов на грунтовых основаниях.
Рассмотрена кинематика системы "фундамент - грунтовое основание". Получены верхние оценки несущей способности штампов и гибких железобетонных фундаментов на грунтовых основаниях.
Разработаны методы оптимизации проектов фундаментов на стадии эскизного (научно-исследовательского ) этапа проектирования, реализованные в программном комплексе АПОФЕОС. Модули ПК использовались также для оптимизации верхних оценок несущей способности.
Достоверность новых результатов обеспечивается строгостью постановки задач, использованием общепринятых методов и законов механики сплошной среды, получением результатов в аналитической форме, проверкой теоретических решений данными модельных лотковых экспериментов.
Практическая ценность работы.
Найденные оценки несущей способности фундаментов образуют "коридор", в который должно попадать значение, вычисленное в численном эксперименте, что позволит контролировать численные расчеты. Полученные оценки также непосредственно могут быть использованы в проектировании.
Результаты работы ПК АПОФЕОС являются исходными данными для существующих пакетов программ, осуществляющих разработку рабочих чертежей фундаментов.
Разработаны Рекомендации по расчету гибких железобетонных фундаментов.
Апробация работы. Основные положения работы доложены,
обсуждены и одобрены на региональной школе-семинаре (Новороссийск, 1986),на IV всесоюзном совещании по фундаментостроению (Уфа, 1987) ,на конференции по САПР (Челябинск, 1988), на III республиканской научно-технической конференции по САПР ОС (Ростов-на-Дону, 1990) , на IV Школе-семинаре по фундаментостроению и охране геологической среды (Россия, Сочи, 1992), на региональной конференции (Ростов-на-Дону, 1994), на IV Российской конференции с иностранным участием (Санкт-Петербург, 1993), на I Европейской конференции по моделированию процессов в строительной индустрии (Германия, Дрезден, 1994), на международной конференции ВОСТОК-ЗАПАД "Информационные технологии в проектировании"(Россия, Москва, 1994), на Российской конференции по механике грунтов и фундаментостроению (Санкт-Петербург, 1995), на международной научно-практической конференции (Ростов-на-Дону, 1997), на XIV Международном Конгрессе по МГиФ (Германия, Гамбург, 1997), на секции "Механика грунтов" научно-технического совета НИИОСП им. Герсеванова.
Внедрение результатов. Результаты исследований переданы для использования в проектной практике в проектный институт АО "СевкавНИПИагропром" г. Ростов -на -Дону, в качестве контрольного примера рассчитаны ленточные фундаменты поликлиники № 1 г. Ростова - на - Дону.
По материалам исследований диссертации написаны и читаются студентам V курса спец. ПГС САПР специальные курсы "Многовариантное проектирование оснований и фундаментов с использованием САПР" и "Несущая способность систем "фундамент-грунтовое основание".
Рекомендации по расчету гибких железобетонных фундаментов представлены в НИИОСП им. Герсеванова.
На защиту выносятся:
- аналитический метод расчета плоских предельных полей напряжений;
7 -формулы нижних опенок несущей способности систем "фундамент -грунтовое основание"'.
- формулы и метод определения верхних оценок несущей способное! 1!
сисгеи "фундамент - грунтовое основание",
оценки несущей способности фундаментов на анизотропном по сопротивлеишо сдвигу грунтовом основании;
формулы несущей способности грунтового основания для условия прочности и виде нелинейной зависимости между главными напряжениями;
истод оптимизации проектных вариантов фундаментов на стадии эскизного (научно - исследовательского) этапа проектирования
ШйШ'ШШІк Основное содержание диссертационной работы
изложено в 63 опубликованных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести