Введение к работе
Актуальность темы: Обдасть расчета прочности и конструирования фундаментов промышленных и гражданских здания относится к одному из наиболее важных разделов строительной механики. Это объясняется прежде всего ее практическим значением для расчета и проектирования инженерных сооружений. При атом важна не только ответственность конструкций фундаментов, но и их большая материалоемкость , а также высокий удельный вес стоимости фундаментов в общей стоимости сооружений. С другой стороны, сама проблема разработки методов расчета конструкции на упругом основании весьма сложная и требует комплексного рассмотрения ряда трудных вопросов.
Проблема оптимального просктировашія фундаментных конструкций пока еще не получила полного решения иэ-за большой сложности учета различных факторов в математической модели при расчете на ПЭВМ. Это связано с необходимостью учета в расчетной модели переменной жесткости и сложной схема загружения фундамента, неоднородности основания, особенностей нелинейного деформирования железобетона, возможности работы и контактирования фундамента с осно-' ванием в режиме односторонних связей, изменения расчетной схемы работы и других факторов.
Вместе с тем, проведенное обобщение методов расчета и оптимизации фундаментов свидетельствует об отсутствии решений по оптимизации конструкщш ленточных фундаментов с учетом разнообразных требований, исходя из принятых условий их экЕшуатацки в том j числе в АРЕ. Эти обстоятельства определял? цель и задачи исследований.
Педьд диссертационной работы является экспериментально-теоретические исследования по выбору оптимальных размеров ленточных фундаментных конструкций при условии минимизации расходов материалов и ограничений на напряженное состояние конструкции, контакт^ ных давлений, прогибов и неравномерности осадки, учета односторонних связей и других требований, исходя из принятых условий эксплуатации и повышения долговечности работы фундамента.
Наряду с этим, учитывая сложность рассматриваемой задачи оптимизации ленточных фундаментных конструкции, опрєдглєкное внимание было уделено математическое и физическому методам моделирования их-работы, для оценки напряженно-деформированного состояния
собственно фундамента к естественного груктоваго основания. Для этого использовался метод конечного элемента при изучении работы фундамента на различных моделях грунтового основания и экспериментальная методология физического моделирования работы фундамента, основанная на принципе фотоупругости.
Научная новизна подученных в диссертации результатов закдв-. чается в следуппем:
поставлена и решена многокритериальная задача оптимизации системы фундамент - грунтовое основание; обоснованы критерии оптимизации и система ограничений;
исследованы и обоснованы математическая модель выбора оптимальной конструкции фундамента и его размеров; вида целевой функции, ее элементов и области определения;
по данным математического и физического моделирования выявлены условия работы ленточного фундамента при полном контакте с грунтовым основанием и при наличии односторонних связей с грунтом на части площади фундамента с учетом разных условий загружения, относительной жесткости фундамента, типа материала и грунтов основания;
предложены характеристики и расчетные зависимости для быстрой оценки напряхеннс-деформированного состояния фундаментов в различных условиях загружения для; допустимых значений неравномерности осадок сооружения.
На зашиту выносятся следующие основные результаты:
разработка и исследование математической модели оптимизации размеров ж исследования работы ленточных фундаментов;
алгоритм и программа решения задачи многокритериальной оптимизации и математической модели исследования работы фундамента, реализующие численный способ выявления вапряженно-деформированно' го состояния н рациональных размеров фундаментной конструкции;
методика и результаты моделирования условий работы ленточных фундаментов при полном контакте с грунтовыы основанием и при наличии односторонних связей с грунтом на части площади фундамента с учетом разных условии загружения, относительной жесткости фундамента, типа материала и грунтов основания;
результаты экспериментальных исследовании методом фотоупругости работы ленточных фундаментов;
результаты машинного эксперимента по выбору оптимальных размеров леняяных фундаментов;
- практические рекомендации по оптимизации ленточных фундаментов при их проектировании.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций научно обоснована результатами выполненных исследования и машинного эксперимента. Достоверность результатов обоснована яироким объемом математического моделирования на ПЭВМ и сравнительного анализа икеваихся и предлагаемых проектных решений фундаментов.
Практическая ценность предлагаемого метода оппиизации размеров конструктивных решений фундаментов и созданного на его основе программного комплекса расчетов на ПЗВЫ состой в повышении надежности и долговечности работы фундаментных консгрукний. Это дает возможность также в ряде случаев снизить материалоемкость и затраты на возведение и эксплуатацию таких фундаментов.
Внедрение результатов предполагается реализовать в работе проектных организаций АРЕ.
Диссертационная работа состоит из введения, нести глав, общих выводов, библиографии из 225 наименовании"! на 23 страницах и четырех приложений. Работа содержит 170 страниц машинописного текста, включает 60 рисунков, 8 таблиц и 19 страниц приложений.