Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние исследований ячеистых конструкций гидротехнических сооружений и их особенности... 12
1.1. Общие сведения о сооружениях ячеистой конструкции 12
1.2. Особенности применения ячеистых конструкций в морском гидротехническом строительстве. 22
1.3. Аналитический обзор исследований гидротехнических сооружений ячеистой конструкции 26
1.3.1. Теоретические исследования методов расчета ячеистых конструкций 26
1.3.2. Экспериментальные исследования ячеистых конструкций 38
1.4. Краткие выводы 53
Глава 2. Теоретические исследования напряженно-дефор мированного состояния ячеистых конструкций 55
2.1. Постановка задачи исследований 55
2.2. Математическая модель шпунтовой оболочки 58
2.3. Математическая модель заполнителя и основания... 63
2.4. Основное уравнение по расчету напряженно-деформированного состояния цилиндрических стальных ячеек 80
2.5. Решение основного уравнения задачи,граничные условия 83
2.6. Реализация решения задачи на ЭВМ 99
2.7. Некоторые результаты расчетов напряженно-деформированного состояния ячейки на ЭВМ 109
2.8. Выводы... 117
Глава 3. Экспериментальные исследования модели ячейки в грунтовом лотке 118
3.1. Задачи экспериментальных исследований, вопросы моделирования 118
3.2. Описание модели, экспериментальной установки и приборов 123
3.3. Методика проведения экспериментальных исследований 132
3.4. Состав экспериментальных исследований, методика обработки экспериментальных данных, оценка погрешности измерений 137
3.5. Результаты экспериментальных исследований 141
3.5.1. Анализ результатов экспериментальных исследований 142
3.5.2. Определение доли влияния заполнителя и шпунтовой оболочки на работу конструкции 153
3.6. Вывода 160
Глава 4. Оценка достоверности математической модели и рекомендации по проектированию 162
4.1. Сопоставление результатов расчетов по предлагаемой мето .дике с экспериментальными данными автора 162
4.2. Сопоставление результатов расчетов по предлагаемой методике с экспериментальными и натурными данными .других авторов 170
4.3. Рекомендации по проектированию гидротехнических сооружений ячеистой конструкции 173
4.4. Вывода 176
Глава 5. Оценка эффективности применения методики расчета дефошаций ячеистых конструкций 177
5.1. Исследование ячеек угольного пирса Восточного порта. 177
5.2. Расчет деформаций ячеек пирса по предлагаемой методике 183
5.3. Возможный экономический эффект от применения предлагаемой методики 189
Заключение. 192
Литература 195
Приложения 208
- Особенности применения ячеистых конструкций в морском гидротехническом строительстве.
- Основное уравнение по расчету напряженно-деформированного состояния цилиндрических стальных ячеек
- Состав экспериментальных исследований, методика обработки экспериментальных данных, оценка погрешности измерений
- Сопоставление результатов расчетов по предлагаемой методике с экспериментальными и натурными данными .других авторов
Введение к работе
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986-90 годы и на период до 2000 года /I/ предусмотрено расширение комплексных исследований и использования Мирового океана. Они включают в себя развертывание широких поисковых работ в шельфовой зоне морей и океанов, прежде всего на нефть и природный газ. Также большие задачи поставлены в области освоения районов Сибири, Северных и Северо-Восточных районов страны, продления навигации по Северному морскому пути.
Решение этих важных народнохозяйственных задач требует осуществления мероприятий по лучшему использованию транспортных путей, увеличению мощности существующих морских портов на основе реконструкции и модернизации существующего причального фронта, строительству новых портов. При этом значительный удельный вес строительства приходится на районы со слаборазвитой инфраструктурой и суровыми климатическими условиями.
Программа КПСС, принятая ХХУП съездом /2/, определила основной курс экономической стратегии партии - кардинальное ускорение научно-технического прогресса и на этой основе - преобразование материально-технической базы общества. Первостепенное значение будут иметь быстрое обновление производства на базе передовой техники и широкое внедрение энерго- и материалосберегающих технологий.
Важную роль в реализации поставленных задач в области портового строительства отводится повышению технического уровня и качества. В свою очередь это требует применения в строительстве наиболее экономичных, технологичных и удобных в эксплуатации конструкций гидротехнических сооружений (ГТС).
Одной из перспективных конструкций ГТС являются ячеистые конструкции, которые состоят из одной или более ячеек, заполненных грунтом и выполненных из плоского стального шпунта или стального листа. Основным несущим элементом ячеистой конструкции является дешевый грунт внутреннего заполнителя, который в большинстве случаев намывается в ячейки непосредственно со дна в районе строительства, либо с близлежащих районов. Сооружения из ячеек могут возводиться на лгабом основании. Они технологичны, не требуют применения кранов большой грузоподъемности. Важным достоинством ячеистых конструкций является то, что их можно возводить со льда.
Применение в современном гидротехническом строительстве ячеистых конструкций позволяет сэкономить значительные объемы бетона, сократить сроки строительства и в целом существенно уменьшить стоимость строительства по сравнению не только с массивными конструкциями, но и с многими типами облегченных конструкций.
Ячеистые конструкции применяются .для возведения практически всех типов гидротехнических сооружений. Появление плоского шпунта с большим расчетным сопротивлением замков на разрыв позволяет возводить сооружения из ячеек на больших глубинах и в районах с суровыми ледовьми условиями. Однако первоначально ячеистые конструкции, как правило, широко использовались для возведения временных перемычек в речном гидротехническом строительстве. Это определило направление их исследований. В основном все исследования велись в области разработки методики расчета устойчивости ячеек. В результате предложены около десяти различных способов расчета устойчивости, основанных на принятии авторами той или иной схемы потери несущей способности ячеек.
В отечественной практике при расчете ГТС используются различные нормативные документы, в которых основным для ячеек принят их расчет на устойчивость против сдвига в вертикальной плоскости.
Анализ работы ячеистых конструкций показывает, что устойчивость их обеспечивается в большим диапазоне значений внешних горизонтальных нагрузок и даже при значительных деформациях разрушение не происходит. Имеются примеры, когда горизонтальные перемещения верхней части ячеек составляют 38 % от их высоты и при этом не происходило разрушение.
Одной из важнейших особенностей современных сооружений ячеистой конструкции является существенное ограничение величин предельно допустимых деформаций. В основном это связано с установкой на сооружение технологического оборудования. Даже при незначительных деформациях сооружение не будет выполнять своего функционального назначения из-за невозможности нормальной эксплуатации технологического оборудования, хотя устойчивость ячеек будет обеспечиваться. Поэтому необходимо определять деформации ячеек от действия нагрузки, т.е. выполнять расчет по второй группе предельных состояний.
Как показал анализ исследований ячеистых конструкций, обоснованная методика расчета ячеек по второй группе предельных состояний отсутствует. Недостаточно изучен характер напряженно-деформированного состояния ячеистых конструкций как в натуре, так и на моделях. Поэтому при проектировании ячеистых конструкций в настоящее время для исключения возможных деформаций ячеек предусматривают специальные конструктивные мероприятия. Это приводит к увеличению стоимости строительства. В связи с этим задача по исследованию напряженно-деформированного состояния ячеек является актуальной.
В связи с изложенным, целью исследований является разработка методики расчета деформаций цилиндрических стальных ячеек гидротехнических сооружений.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
разработана математическая модель шпунтовой оболочки, внутреннего грунтового заполнителя и ячейки в целом;
получено решение основного уравнения, описывающего напряженно-деформированное состояние цилиндрической ячейки;
разработан и реализован на ЭВМ типа ЕС алгоритм расчета ячейки на действие произвольной горизонтальной нагрузки;
выполнена серия расчетов на ЭВМ по разработанному алгоритму для различных граничных условий и параметров конструкций;
проведены экспериментальные исследования деформированного состояния моделей цилиндрической ячейки в грунтовом лотке;
выполнено сравнение результатов расчетов по предлагаемой методике с экспериментальными данными автора и других исследователей.
Работа состоит из оглавления, введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений.
Первая глава посвящена изучению современного состояния исследований ячеистых конструкций ГТС. В ней рассмотрены особенности использования ячеек в современном гидротехническом строительствео Также рассмотрены теоретические исследования методов расчета и экспериментальные исследования, выполненные как у нас в стране, так и за рубежом.
Выполненный анализ позволил сделать вывод о том, что необходимо разработать математическую модель ячейки, учитывающую совместную работу шпунтовой оболочки, заполнителя и основания.
Во второй главе приведены теоретические исследования по расчету напряженно-деформированного состояния ячейки под действием внешней нагрузки. Для математического описания конструкции шпунтового ограждения ячейки принята модель безмомен-тной оболочки. Заполнитель и основание рассматриваются как упругое полупространство, характеризуемое параметрами Е и у. . На основе рассмотрения совместной работы шпунтовой оболочки и заполнителя получено основное уравнение задачи, которое решено методом начальных параметров.
Для численной реализации решения соствлена программа расчета ячейки на ЭВМ. Результаты расчетов представлены в графическом виде и показывают, что принятая математическая модель ячейки удовлетворительно описывает качественную картину напряженно-деформированного состояния реального сооружения.
В третьей главе рассмотрены вопросы моделирования, дано описание экспериментальной установки, модели, методики проведения экспериментов и результаты лабораторных исследований модели цилиндрической ячейки в грунтовом лотке на действие горизонтальной нагрузки. Результаты экспериментальных исследований показали, что в пределах допустимых деформаций ячейки характер деформирования имеет вид, близкий к линейному. В этой главе также приводится описание методики проведения исследований и результаты определения доли влияния шпунтовой оболочки и заполнителя на напряженно-деформированное состояние ячейки, выполненного по предложенному автором способу, признанному изобретением /НО/. Результаты этих исследований показали необходимость рассмотрения совместной работы шпунтовой оболочки и заполнителя, что и было реализовано в математической модели.
В четвертой главе проведено сопоставление результатов расчетов ячейки по предлагаемой методике с экспериментальными данными автора и .других исследователей, а также с результатами натурных испытаний. Сравнение экспериментальных данных с расчетными показало их хорошую сходимость - отклонение не более, чем на 20 30 %,
В этой главе также приводятся номограмма для предварительного определения основных размеров ячеек и рекомендации по их проектированию с учетом разработанной методики расчета конструкций по второй группе предельных состояний.
В пятой главе выполнен расчет экономического эффекта, который можно было бы получить при строительстве угольного пирса Восточного порта в случае применения предлагаемой методики и расчета возможных деформаций ячеек пирса. Возможная экономия могла составить около 10 % от стоимости строительства.
Таким образом, полученные результаты исследований позволили разработать методику расчета деформаций цилиндрических стальных ячеек гидротехнических сооружений.
Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем. Предложена математическая модель шпунтовой оболочки, заполнителя и основания, впервые выведено дифференциальное уравнение расчета напряженно-деформированного состояния ячейки, учитывающее их совместную работу. Получены решения основного уравнения для различных граничных условий. Разработан и реализован на ЭВМ типа ЕС алгоритм расчета напряженно-деформированного состояния ячейки под действием нагрузки. Проведены лабораторные исследования модели ячейки в грунтовом лотке и изучено влияние различных факторов на работу ячеистой конструкции. Выполнены расчеты деформаций ячеек и проведено сравнение результатов теоретических исследований с данными экспериментальных и натурных наблюдений. Впервые по данным экспериментальных исследований, выполненных по пре.пложенному автором способу, признанному изобретением, определена доля влияния двух основных элементов ячеистой конструкции - шпунтовой оболочки и внутреннего заполнителя - каждого в отдельности - на работу всей конструкции. Предложена методика расчета деформаций цилиндрических стальных ячеек под внешней нагрузкой.
Полученные результаты могут быть использованы для разработки нормативных документов по расчету деформаций ячеистых конструкций гидротехнических сооружений, при проектировании гидротехнических сооружений с применением ячеистых конструкций.
Результаты исследований, выполненных по теме диссертации, докладывались и представлялись на: Всесоюзной конференции "Сейсмостойкость гидросооружений" (Владивосток, 1982); Четвертой Всесоюзной конференции "Проблемы научных исследований в области изучения и освоения Мирового океана" (Владивосток, 1983); Всесоюзной конференции "Итоги работы вузов СССР в области гидротехники в XI пятилетке" (Куйбышев, 1985); на 26, 27, 28 научно-технических конференциях ДВПИ (Владивосток, 1980, 1982, 1984).
В полном объеме диссертация докладывалась на научно-техническом семинаре кафедры гидротехники ДВПИ (Владивосток; 1987), на совместном научно-техническом семинаре кафедр "Гидротехнические сооружения", "Основания, фундаменты и подземные сооружения", "Шель-фовые и воднотранспортные сооружения" Ленинградского политехнического института (Ленинград, 1987).
По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Особенности применения ячеистых конструкций в морском гидротехническом строительстве.
Как уже отмечалось в предыдущем разделе, ячеистые конструкции первоначально наиболее широко использовались в речном строительстве для возведения временных перемычек.В дальнейшем они стали применяться для строительства различных типов постоянных гидротехнических сооружений и в настоящее время широко используются в морском гидротехническом строительстве для возведения причалов,пир-со в, доков и т.п. Анализируя сооружения с конструкциями из ячеек в речном и морском гидротехническом строительстве можно отметить,что сооружения из ячеек морских гидротехнических сооружений имеют ряд особенностей /23 /.
Во-первых, ячейки морских сооружений, как правило, поверху омоноличены мощным железобетонным оголовком, что значительно повышает их жесткость. Во-вторых, на ячейках причальных сооружений устанавливается сложное технологическое оборудование. Например, на угольном пирсе Восточного порта (рис. 1.7 ) установлены перегружатели весом более 500 т с шириной колеи 12 м. Бесперебойная и безаварийная работа технологического оборудования в большой степени обеспечивается нормальным состоянием подкрановых путей /24 ,25 /. Правилами технической эксплуатации портовых перегрузочных машин /26 / предъявляются жесткие требования к допускам на укладку подкрановых путей и к максимально допустимым отклонениям при их эксплуатации. В табл.1.2 представлены допуски деформаций подкрановых путей /26 /. В связи с этим для морских гидротехнических сооружений нормами /27 / существенно ограничены величины предельно допустимых горизонтальных деформаций.
В-третьих, ячейки морских сооружений подвергаются воздействию разнообразных по величине и характеру нагрузкам /28 ,29 /.Если, например, на ячейки речных сооружений действует,в основном , гидростатическое давление воды, то ячейки морских сооружений подвергаются действию значительных сосредоточенных нагрузок от льда, судов, волн и др.
Анализ работы построенных сооружений показывает, что устойчивость ячеек обеспечивается в большом диапазоне нагрузок, и разрушение их не происходит при значительных деформациях /3 ,9 ,30 /. Так, ячеистые конструкции способны выдерживать горизонтальные перемещения верхней части до 38 % от высоты ячейки, и при этом не происходит их разрушение /9 /.
Преимущественное использование ячеистых конструкций первоначально в речном гидротехническом строительстве определило направление исследований их работы. Для речных гидротехнических сооружений деформации ячеек, как правило, не ограничиваются эксплуатационными соображениями, поэтому исследования, в основном, велись в области расчета устойчивости ячейки от действия горизонтальной нагрузки.
Первая попытка решения проблемы проектирования перемычек в теоретическом отношении была предпринята Пенноером в 1934 г. /Зі/. Его метод расчета предназначался главным образом для обеспечения безопасности в отношении опрокидывания или скольжения перемычек. С этой целью перемычка рассматривалась как жесткая коробчатая конструкция, которая при воздействии на нее силы тяжести и внешней силы опрокинется через ее нижнюю заднюю кромку, или будет скользить вдоль ее основания. Пенноер разработал также методы расчета растягивающих напряжений в шпунтовых стенках перемычки.Разработанные Пенноером методы были в дальнейшем усовершенствованы Якоби и Дейвисом /32 /.
В 1935 году профессор Б.Н.Жемочкин предложил метод расчета ячеистых конструкций сегментного типа на нескальном основании /3 , 33 /. Опираясь на теоретические положения классической теории Кулона, он считал, что при расчете этих конструкций наиболее опасным является сдвиг в вертикальной плоскости исходя из того, что силы трения, вызванные собственным весом засыпки, в горизонтальных плоскостях значительно больше, чем в вертикальных, где они обусловлены распором грунта, всегда меньшим, чем вертикальное давление. Картина разрушения ячейки, предложенная профессором Б.Н.Жемочки-ным, показана на рис.1.8а .
Методы расчета, основанные на схеме разрушения, принятой Б.Н.Жемочкиным,для ячеек цилиндрического типа предложили К.Тер-цаги /34 / и организация TVA(the Tenness Votiey Authority) /35 /.
В 50-х годах И.В.Федоров усовершенствовал метод расчета,раз-работанный Б.Н.Жемочкиным. Он предложил новый способ определения давления засыпки на внутреннюю стенку цилиндрической ячейки, основанный на принципах теории Кулона и учитывающий кривизну стенки, что снижает величину давления засыпки /3 /. В дальнейшем В.И. Титова предложила свой метод расчета, основанный на методе И.В.Федорова, но с учетом реактивного давления грунта основания / 3 /.
При проведении исследований ячеистых конструкций И.В.Федоров и В.И.Титова обратили внимание на то, что " эти конструкции могут допускать значительные деформации, и работа их при этом не нарушается. В практике строительства этих сооружений имеются случаи, когда в ячеистых перемычках имели место горизонтальные смещения гребня на 10 % от высоты ячейки и даже более, без повреждения сооружения" /3 /.
Основное уравнение по расчету напряженно-деформированного состояния цилиндрических стальных ячеек
Расчетная схема ячеистой конструкции представляет собой сложную пространственную систему, состоящую из двух элементов, изготовленных из совершенно различных по своим характеристикам материалов. Ячейка состоит из шпунтовой оболочки, набранной из плоского стального шпунта, и внутреннего грунтового заполнителя.
Каждый в отдельности элемент ячеистой конструкции не может самостоятельно работать, а соединившись в конструкцию,воспринимают значительные внешние воздействия. Без внутреннего заполнителя шпунтовая оболочка является изменяемой системой. При действии на нее распорного давления заполнителя происходит натяжение замковых соединений шпунта, и в них возникают силы трения, благодаря которым шпунтовая оболочка приобретает некоторую жесткость. Вследствие этого шпунтовая оболочка может воспринимать внешнюю горизонтальную нагрузку. При устройстве в верхней части жесткого диска жесткость шпунтовой оболочки значительно увеличивается, и возрастает ее способность воспринимать нагрузки.
Основную роль в работе ячеистой конструкции играет внутренний грунтовый заполнитель, который представляет как бы консольную балку из грунта.Шпунтовая оболочка по отношению к заполнителю является некоторым внешним контуром, препятствующим расширению заполнителя и сохраняющим его физико-механические свойства. Кроме того, шпунтовая оболочка воспринимает нагрузку, перераспределяет ее и передает на внутренний заполнитель.
В связи с изложенным, по нашему мнению, при расчете деформаций ячеистых конструкций нельзя пренебрегать,как это сделано в работе /59/ сопротивлением шпунтовой оболочки, а необходимо учитывать совместную работу шпунтовой оболочки и внутреннего грунтового заполнителя.
Для достижения поставленной цели по созданию методики расчета деформаций цилиндрических стальных ячеек гидротехнических сооружений ,необходимо решить следующие задачи. 1. Разработать математические модели шпунтовой оболочки и внутреннего заполнителя. 2. Получить решение совместной работы шпунтовой оболочки и внутреннего заполнителя. 3. Численно реализовать полученное решение на ЭВМ и исследовать его. 4. Провести экспериментальные исследования работы ячейки и проверить полученное теоретическое решение путем сравнения теоретических и экспериментальных данных.
По своим геометрическим параметрам шпунтовая оболочка ячеистой конструкции для всех типов сооружений может быть отнесена к тонким упругим цилиндрическим оболочкам средней длины.Действительно, шпунтовую оболочку можно отнести к тонким, т.к. она изготавливается из плоского стального шпунта или стального листа, поэтому
толщина ее стенок не превышает нескольких сантиметров, тогда как радиус достигает нескольких метров.В связи с этим отношение толщины шпунтовой оболочки к ее радиусу — всегда будет намного меньше 1/20, т.е. величины,принятой как критерий разделения оболочек по толщине /75, 80, 81, 82/.
Ячеистые конструкции относятся к сооружениям гравитационного типа, поэтому длина шпунтовой оболочки находится в пределах 27 6 4D , т.е. в диапазоне, принятом для оболочек средней длины /75, 80, 81, 82/.
В работах известного советского ученого В.З.Власова /75,80/ показано, что с использованием геометрических и статических гипотез тонкие оболочки средней длины можно рассматривать как тонкостенную ортотропную пространственную систему,сопротивляющуюся изгибу только в поперечном направлении, т.е. изгибающие и крутящие моменты и соответствующие им поперечные силы в продольном направлении, вследствие их малости, принимаются равными нулю.
Шпунтовая оболочка ячеистой конструкции состоит из отдельных шпунтин, которые посредством замковых соединений связаны друг с другом. Конструкция замков обеспечивает возможность поворота и проскальзывания шпунтин друг относительно друга. В связи с этим и в поперечном направлении шпунтовая оболочка не воспринимает изгибающих моментов.
Следовательно, в качестве математической модели цилиндрической шпунтовой оболочки можно принять тонкостенную пространственную систему, обладающую в продольном и поперечном направлениях безмоментной структурой, т.е. являющуюся безмоментной цилиндрической оболочкой /23/.
Внутренний грунтовый заполнитель ячеистой конструкции представляет собой упругопластическую среду,точный учет ее свойств яв ляется сложной задачей. Поэтому в инженерной практике для описания грунтового основания принимается, как правило, модель линейно деформируемой среды /59, 62, 72, 83, 84, 85/.
Исходя из постановки задачи, рассматривающей значительные деформации ячейки как невыполнение условий эксплуатации по второй группе предельных состояний, представим грунт заполнителя и основания как модель, подчиняющуюся гипотезе о пропорциональной зависимости между напряжениями и деформациями. В качестве характеристик такой модели используются модуль общей деформации грунта Е и коэффициент Пуассона JU .
Учитывая расчетную схему ячеистой конструкции,будем рассматривать внутренний заполнитель как упругий цилиндр радиуса R по-лубесконечной длины, а основание - как упругое полупространство с вырезанным бесконечной длины колодцем радиусом R , ось которого нормальна к граничной плоскости полупространства.
Таким образом необходимо получить решение по расчету безмо-ментной цилиндрической оболочки с упругим заполнителем в упругом основании от действия внешней нагрузки.
Состав экспериментальных исследований, методика обработки экспериментальных данных, оценка погрешности измерений
Экспериментальные исследования.модели ячейки в грунтовом лотке проводились в период 1985 1987 гг. Как уже отмечалось ( см. раздел 3.1), задачей исследований являлось получение зависимостей де формации модели от внешней горизонтальной нагрузки и определение влияния различных факторов на напряженно-деформированное состояние ячейки. В работе исследовалось влияние следующих факторов: диаметра модели, величины заглубления, условий закрепления верхнего торца. Для определения влияния диаметра на работу ячейки испытания проводились на моделях разного диаметра: 102 и 82 см. Для определения влияния величины заглубления обе модели испытыва-лись при заглублениях, соответствующих отношениям глубины погружения к высоте модели, равных 0,2 и 0,3. Определение влияния условия закрепления верхнего торца осуществлялось испытанием модели диаметром 102 см при разных заглублениях с жестким верхним оголовком и без него. Модели с оголовком обоих диаметров и при различных заглублениях испытывались также на действие нагрузки, приложенной в противоположном направлении. Было проведено испытание модели с гибким оголовком и испытание модели с прямым нагружени-ем. В общей сложности было проведено 13 испытаний с различными характеристиками модели, приведенными в табл.3.2. Кроме этого, была проведена серия испытаний модели, описанная в разделе 3.6.1, для определения доли влияния шпунтовой оболочки и заполнителя, каждого в отдельности, на работу ячейки. Результаты испытаний были получены в виде таблиц отсчетов измерительных приборов для каждой измеряемой точки модели для всех ступеней изменения нагрузки. В каждом опыте фиксировались перемещения 12 точек модели приблизительно на 60 ступенях нагружения и разгрузки.
Обработка результатов экспериментов начиналась с получения абсолютных значений деформаций точек модели на каждой ступени нагружения. Затем производилась статистическая обработка результатов испытаний по методике, изложенной в /107/. Пример статистической обработки результатов одного из экспериментов приведен в приложении П.З. В результате обработки определялись величины! римента, определялась погрешность измерений. Согласно /108/, пог-решность определения г— может быть выражена соотношением где -тт- , W , Н - средние значения измеряемых величин. В свою очередь, ошибка определения деформаций модели имеет сложный характер и в условиях проводимого эксперимента зависит от погрешностей установки диаметра модели, величины погружения модели, значения прикладываемой нагрузки в проводимом опыте. Следовательно, погрешность эксперимента можно определить по формуле
Сопоставление результатов расчетов по предлагаемой методике с экспериментальными и натурными данными .других авторов
В разделе 1.3.2 на рис.I.14 и I.I7 приведены результаты экспериментальных исследований и натурных испытаний, проведенных Ж.И. Барамидзе и американскими исследователями. По предлагаемой методике были выполнены расчеты деформаций модели ячейки и ячейки натурного сооружения. Как уже отмечалось, нагрузкой на ячейки натурного сооружения /21,78/ являлось гидростатическое давление воды, возникающее при откачке воды из камеры дока. Откачка воды из дока была начата при уровне воды, находящемся на отметке +1,6 м. На рис.4.б показаны эпюры гидростатического давления воды, которые были приняты для расчета деформации ячейки. Результаты расчета приведены на рис.4.7 совместно с экспериментальными данными. Как видно из рис.4.7, результаты расчета имеют хорошее совпадение с экспериментальными данными при всех ступенях нагружения: расхождение не превышает 10-25 %. Рассматривая результаты экспериментов Ж.И.Барамидзе (рис.1.14! можно отметить, что в случае испытания модели без противоледового пояса перемещения верхней точки образующей со стороны действия нагрузки более чем в 10 раз превосходят перемещения точки противоположной стороны. Это указывает на значительные сдвиги в грунте и его уплотнение в зоне, где действует нагрузка. Действительно, как видно из работ /61 , 77/, испытания проводились без пригрузки заполнителя, поэтому он в верхней части находился в рыхлом состоянии и при действии нагрузки происходило его уплотнение. При испытаниях модели с противоледовым поясом, находящимся на уровне действия нагрузки, перемещения уменьшились и стали одинаковыми с обоих сторон. По-видимому, противоледовый пояс, находясь на заполнителе, несколько уплотняет его и препятствует его расширению и, кроме того, перераспределяет нагрузку по всему контуру. По предлагаемой методике был выполнен расчет модели ячейки с противоледовым поясом. Результаты расчета показаны на рис.4.8 совместно с экспериментальными данными.
Как видно, вычисленные перемещения верхней точки модели хорошо согласуются с экспериментальными, и расхождения не превышают 20+25 %. В целом можно отметить, что сравнение результатов расчета деформаций ячейки по предлагаемой методике хорошо соответствует экспериментальным и натурным данным других исследователей. Разработанная методика расчета деформаций ячеистых конструкций гидротехнических сооружений впервые позволяет выполнить расчет данной конструкции по второй группе предельных состояний. Ниже описывается рекомендуемый порядок проектирования ячеистых конструкций с применением предлагаемой методики. В практике проектирования инженерных сооружений сложился традиционный подход: сначала по различным соображениям назначают предварительные размеры конструкции, а затем проверяют их расчетом.Для гидротехнических сооружений ячеистой конструкции при проектировании первоначально назначают диаметр и другие размеры ячейки исходя из условий ее устойчивости на сдвиг. Далее по результатам всего комплекса статических и .динамических расчетов проверяют, удовлетворяют ли принятые размеры ячейки условиям прочности и устойчивости,а также - нет ли излишних запасов. При необходимости размеры уточняют повторными расчетами. Проведенные в .данной работе исследования позволили разработать- номограмму для предварительного назначения размеров цилиндрической ячейки гидротехнических сооружений из условия непревышения допустимых перемещений конструкции (рис.4.9). Номограмма построена по результатам экспериментальных исследований модели ячейки в грунтовом лотке. Полученные зависимости выражают в безразмерном виде связь между перемещениями верха ячейки Ы , нагрузкой на нее и характеристиками шпунтовой оболочки и заполнителя где W - допустимые перемещения верха ячейки, м; Нс - глубина воды у сооружения, м; В - диаметр ячейки, м; Р - приведенная нагрузка на ячейку, кН; - средневзвешенный модуль деформации за р полнителя и основания, кН/м , Приведенная нагрузка на ячейку Р определяется приведением расчетной нагрузки к верхнему сечению ячейки из условия равенства опрокидывающих моментов относительно дна. Используя номограмму (рис.4.9), можно предварительно назначить основные размеры ячейки, .для которой при заданной нагрузке , глубине у сооружения и характеристиках заполнителя и основания деформации ячейки не будут превышать допустимых значений. Кроме того, также назначают предварительные размеры ячеек, определенные из условия устойчивости и прочности. Для дальнейшего проектирования принимаются большие размеры из полученных по разным условиям. Например, необходимо назначить диаметр ячейки при следующих исходных данных: глубина у сооружения Нс = Юм, приведенная нагрузка Р = = 2000 кН
