Введение к работе
Актуальность темы. Интенсивное развитие науки и техники, создание новых конструкций, строительных сооружений, использование качественно новых материалов и технологий, отвечающих современному уровню научно-технического прогресса, выдвигают повышенные требования к исследованиям нестационарного поведения элементов различных строительных и иных конструкций и сооружений. В частности, к элементам современных зданий и сооружений относятся наземные и подземные элементы типа фундаментов, обладающих широким спектром механических характеристик, геометрических параметров и т. д.
Огромный размах промышленного и жилищного строительства приводят к необходимости дальнейшего развития и усовершенствования методов расчета в строительной науке и практике.
Строительная механика занимается разработкой методов статических и динамических расчетов сооружений на прочность, жесткость и устойчивость. Статика сооружений изучает их работу при статическом действии нагрузки — медленном ее приложении в определенный конечный промежуток времени. При динамическом действии нагрузки, меняющейся во времени, учитываются динамические эффекты нагрузки и вводятся в рассмотрение силы инерции.
Конкретные инженерные задачи и законы внутреннего развития фундаментальных исследований в области современного строительства выявили тенденции к последовательному и возможно более полному учету физико-механических характеристик материалов, и других свойств, присущих реальным телам.
Одной из таких проблем является проблема дальнейшего развития методики расчета наземных и подземных конструкций в виде прямоугольных и иных в плане элементов конструкций, взаимодействующих с
деформируемым основанием и окружающей средой. Актуальность этого направления отмечалась в решениях различных конференций, конгрессов и симпозиумов по динамике оснований, фундаментов и подземных сооружений.
Цель работы. Разработка более точных методик расчета нестационарного взаимодействия наземных и подземных конструкций с учетом деформируемого основания и окружающей среды. На основе предложенных методик решение практически важных прикладных задач.
Научное значение исследований заключается в более общей трехмерной постановке начально-краевых задач для изгибаемых элементов типа фундаментов, взаимодействующих с деформируемым основанием и находящихся под поверхностью среды, с учетом различных механических характеристик, исследуемых составляющих слоистого полупространства, как то параметры вязкости, двухкомпонентности и т. д., при различных условиях контактов между слоями.
Определение закона отпора основания и его влияние на характер-колебаний плоского элемента. Полученные в работе результаты позволяют производить расчеты фундаментов при учете вышеуказанных факторов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Общая постановка краевых задач динамического поведения слоистого полупространства.
-
Получение общего решения для составляющих слоистого полупространства при различных механических характеристиках и различных условиях на границах контакта слоев.
-
В постановке и решении характерных задач слоистого полупространства разработаны:
- общие и приближенные уравнения колебаний пластинки, лежащей на упругом и двухкомпонентном полупространстве; 4
общие и приближенные уравнения колебаний однослойной и двухслойной пластинки, находящейся под поверхностью деформируемого слоя;
строгой постановке краевых задач о колебаниях прямоугольных фундаментов типа пластин или плоского элемента при различных условиях закрепления по краям;
получении расчетных формул для определения перемещений и напряжений в точках плоского элемента через искомые функции и, в частности, через функции поперечного прогиба.
-
В решении задач собственных и вынужденных колебаний прямоугольных фундаментов типа плоского элемента при различных условиях их закрепления и внешних нагрузок.
-
В численном анализе полученных результатов и практических выводов, имеющих значение для строительной механики и строительной практики.
Практическое значение работы.
Предложены новые методы расчетов фундаментов различного типа, лежащих на деформируемом основании и под поверхностью деформируемого слоя с учетом вышеизложенных факторов механического и геометрического характера.
Разработана методика расчета частот собственных колебаний плоских элементов при различных условиях их закрепления.
Решены практически важные задачи в области строительной практики по определению прогибов фундаментов при нормальных и подвижных нестационарных нагрузках.
Реализация ряботы.
Результаты исследований были использованы в таких организациях как ОАО «Курылыс» («Строительство»), ТОО «Ай-Дан», ТОО СПФ
«Монтажспецстрой» и на объектах Томского региона Российской Федерации. Имеются соответствующие акты внедрения.
Достоверность и обоснованность положений и выводов диссертационной работы основаны на рассмотрении слоистого полупространства с известных позиций механики вязкоупругих систем, исследований частных задач в трехмерной постановке механики деформируемого твердого тела; применении хорошо апробированных аналитических и численных методов математики, сравнении результатов в частных случаях с известными в литературе, сопоставлением их при решении задач различными методами.
На зашиту выносятся следующие вопросы:
Постановка общей краевой задачи для слоистого полупространства с известных, составляющие которого как однокомпонентные вязкоуп-ругие среды, так и двухкомпонентные среды при различных условиях контактов между слоями;
Решение задачи Коши для составляющих полупространства позволяющее выразить величины перемещений и напряжений в точках слоев через искомые функции;
Вывод уравнений колебаний фундаментов типа пластинок-плит как однослойных и двухслойных, взаимодействующих с деформируемым;
Получение закона отпора основания для фундамента, как плоского элемента с учетом указанных выше факторов механического, геометрического характера;
Обобщение Винклеровского закона отпора;
Решение частных задач о собственных колебаниях прямоугольного фундамента, как плоского элемента и определение его частоты в зависимости от механических характеристик полупространства при
различных условиях закрепления по краям; 6
Исследование частных задач динамического взаимодействия фундамента с основанием и окружающей средой при некоторых видах динамических нагрузок.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на семинарах Кызылординского государственного университета, на семинарах кафедры теоретической механики МГСУ, на IX польско-российском семинаре «Теоретические основы строительства» (г.Варшава), на Всесоюзной конференции «Смешанные задачи механики твердого деформируемого тела» (г.Одесса), на международных научно-практических конференциях (г.Пенза, г.Шымкент)
Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, шести глав, заключения, списка литературы и приложения.
Работа изложена на 194 страницах машинописного текста, 13 таблиц и 14 рисунках. Список использованной литературы включает 188 отечественных и иностранных наименований.