Введение к работе
Актуальность темы. В большинстве эксплуатируемых зданий основания, конструкции, узловые соединения имеют дефекты, влияющие на долговечность, прочность, устойчивость и способствующие развитию де-струкционных процессов. Решения задачи определения напряженно-деформированного состояния (НДС) рамных конструкций при наличии дефектов грунтового основания в завершенном виде нет.
Дефекты грунтовых оснований приводят к недопустимым перемещениям фундаментов, снижению их несущей способности, повышению дополнительных напряжений в элементах зданий и сооружений. Они возникают как при строительстве, так и при эксплуатации. На практике наиболее часто наблюдается разная плотность грунта под фундаментами, неодинаковая глубина заложения, наличие зазора между боковой поверхностью фундамента и грунтом обратной засыпки. Это, в первую очередь, относится к заглубленным фундаментам, у которых учитывается сопротивление по подошве и боковой поверхности.
Оценка состояния и прогнозирование поведения здания или сооружения при наличии дефектов основания является актуальной и чрезвычайно сложной задачей, включающей влияние многочисленных, трудно и весьма приближенно учитываемых факторов.
В диссертационной работе экспериментально исследована работа одноэтажных однопролетных стальных рам на деформируемом основании, имеющем дефекты. Ряд известных ученых проявил к этому вопросу практический и теоретический интерес. В то же время отмечается недостаток экспериментальных данных, являющихся базой теоретических разработок.
Целью работы является разработка метода расчета стальных П-об-разных рам на деформируемом основании, имеющем дефекты, на основе крупномасштабных экспериментальных исследований.
В соответствии с целью диссертационной работы определены следующие задачи:
установить наиболее распространенные дефекты основания;
экспериментально исследовать влияние дефектов основания и жесткости узлов сопряжения ригеля со стойками на внутренние усилия в элементах стальных П-образных рам, характер их деформирования и перемещения фундаментов;
получить функциональные зависимости, описывающие изменение напряженного состояния стоек стальных П-образных рам на основании с дефектами, современным методом и выполнить их практическую реализацию;
разработать общий подход к определению внутренних усилий в элементах стальных П-образных рам и их расчету с использованием поправочных коэффициентов влияния, учитывающих дефекты основания и особенности рамной конструкции.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1) получены новые данные о распределении изгибающих моментов в элементах стальной П-образной рамы и характере их деформирования при наличии дефектов основания и разных жесткостях узлов сопряжения;
предложены системы поправочных коэффициентов влияния, позволяющие уточнять величины изгибающих моментов в стойках стальных П-образных рам на песчаном основании с дефектами;
установлены и практически реализованы полученные методом нейронных сетей функциональные зависимости для определения величин поправочных коэффициентов влияния;
установлены экспериментальные зависимости перемещений фундаментов в составе стальной П-образной рамы и координат мгновенных центров вращения от исследуемых параметров;
решена прикладная задача по определению изгибающих моментов в стойках стальных П-образных рам на песчаном основании с дефектами и изменяющейся жесткости узлов сопряжения элементов.
На защиту выносятся:
1) экспериментальные данные о НДС стальных П-образных рам на
песчаном основании с дефектами, полученными в результате проведения
крупномасштабных испытаний:
распределение внутренних усилий в элементах и формы их деформирования;
перемещения фундаментов и положения их мгновенных центров вращения;
системы поправочных коэффициентов влияния, учитывающие наличие дефектов основания и уточняющие величины изгибающих моментов в стойках рам;
функциональные зависимости, определяющие величины поправочных коэффициентов влияния к изгибающим моментам в стойках стальных П-образных рам на песчаном основании с дефектами;
решение прикладной задачи по определению изгибающих моментов в стойках стальных П-образных рам на песчаном основании с дефектами и изменяющейся жесткостью узлов сопряжения элементов.
Практическая ценность работы заключается в возможности применения ее результатов для:
оценки НДС и прогнозирования работы несущих стальных П-образных рам эксплуатируемых зданий на основании с дефектами;
разработки эффективных мероприятий по регулированию внутренних усилий в конструкциях зданий;
уточнения инженерных методов расчета систем "основание - стальной рамный каркас";
расширения и углубления экспериментальной базы по изучению совместной работы оснований и надземных конструкций;
разработки и совершенствования методов учета влияния разных дефектов на НДС стальных конструкций.
Реализация работы. Методика испытаний и экспериментальная установка используется в учебном процессе Тамбовского государственного технического университета при подготовке инженеров по специальности 290300 "Промышленное и гражданское строительство" и магистров по направлению 270100.01 "Теория и проектирование зданий и сооружений".
Результаты работы внедрены следующими организациями: ТОГУ "Тамбовгосэкспертиза", ОАО ПИ "Тамбовгражданпроект", ООО Тазтех-проект", 000 "Тамбовпроект".
Достоверность подтверждается использованием научно-обоснованных методик, метрологически аттестованных приборов и силового оборудования, общепринятых гипотез и допущений, сравнением полученных результатов с выполненными другими исследователями.
Апробация работы. Основные положенім диссертации обсуждались на: ежегодных научно-технических конференциях сотрудников ТГТУ в 2005 - 2009 гг.; Международной научно-практической конференции "Наука на рубеже тысячелетий" (Тамбов, 2005); XI научной конференции Тамбовского государственного технического университета "Фундаментальные и прикладные исследования, инновационные технологии, профессиональное образование" (Тамбов, 2006); V Международной научно-технической конференции "Эффективные строительные конструкции: теория и практика" (Пенза, 2006); Международной научной студенческой конференции "Научный потенциал студенчества - будущему России" (Ставрополь, 2007); V Международной конференции "Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов" (Волгоград, 2009); X Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии" (Тула, 2009); заседании "Ассоциации кафедр металлических конструкций" и научно-технической конференции "Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре" (Липецк, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ: в журналах, сборниках научных статей и материалах научно-технических конференций, в том числе 3 статьи опубликованы в изданиях, входящих в перечень, определенный ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Диссертация содержит 200 страниц, в том числе 105 страниц текста, 56 рисунков, 15 таблиц, 7 приложений, список использованной литературы из 186 наименований.
