Введение к работе
з
Актуальность темы. Контурное армирование грунтового основания жесткими вертикальными стержнями (сваями, не связанными с телом фундамента) является одним из эффективных методов усиления фундаментов мелкого заложения с целью увеличения их несущей способности и снижения осадок при статических нагрузках. Важность оценки динамического поведения таких фундаментов, а также анализ возможности применения контурного армирования грунтового основания для решения актуальной проблемы уменьшения параметров колебаний и защиты оборудования от вибраций при переоборудовании производственных зданий и сооружений вызвали необходимость исследовать данный метод при динамических нагрузках на фундаменты.
Существующие методики расчета колебаний, как свайных фундаментов, так и фундаментов мелкого заложения не позволяют прогнозировать динамическое поведение фундаментов с контурным армированием грунтового основания. В настоящее время практически не изучено влияние контурного армирования основания на амплитудно-частотные характеристики колебаний фундаментов. Тем не менее, имеющиеся данные показывают, что устройство армированного основания существенно влияет на колебания фундаментов и в целом ряде случаев может быть более эффективным по сравнению с усилением фундаментов сваями.
Объектом исследований являются фундаменты мелкого заложения с контурным армированием грунтового основания жесткими вертикальными стержнями.
Предмет исследований - влияние контурного армирования грунтового основания на параметры колебаний фундамента.
Цель работы - обоснование возможности и эффективности применения метода контурного армирования для фундаментов с динамическими нагрузками. Для реализации данной цели решались следующие задачи:
-
Провести экспериментальные исследования динамического поведения фундаментов с контурным армированием грунтового основания различной конструкции.
-
Выполнить численное исследование влияния контурного армирования на динамическое поведение фундаментов.
-
Выбрать расчетную модель системы и разработать методику расчета колебаний фундаментов с контурным армированием грунтового основания.
Методы исследования основаны на использовании современных научных положений фундаментостроения и теории моделирования, включали в себя изучение научно-технической литературы по исследуемому вопросу,
проведение комплексных экспериментов в лаборатории, ф? ($пь|щс|М< додицонд я
БИ VI!!<» ГСКА C.-ГІегсрбург
ОЭ 200^акт Щь
4 и в натурных условиях, численное моделирование МКЭ в программе Cosmos/M, анализ и теоретическое обобщение полученных результатов, осуществляемое с привлечением аппарата теории механики грунтов, теории упругости и теории колебаний.
Научная новизна работы заключается:
-
В экспериментальном обосновании возможности применения контурного армирования для снижения амплитуд колебаний фундаментов мелкого заложения на естественном основании.
-
В определении рациональной конструкции контурного армирования грунтового основания с целью повышения эффективности его применения для фундаментов машин с динамическими нагрузками.
Достоверность результатов исследований обеспечивается проведением комплексных экспериментальных исследований с применением современной регистрирующей аппаратуры, выполнением численного моделирования с помощью МКЭ в плоской и объемной постановке, использованием общепринятых в динамике оснований и фундаментов моделей, гипотез и допущений, хорошей сходимостью получаемых результатов с экспериментальными и численными данными.
Практическая значимость и реализация работы. Практическая значимость состоит в разработке конструкции фундаментов с контурным армированием грунтового основания для снижения амплитуд колебаний, защищенной патентом на изобретение №2259446 РФ Е 02 D 27/01, 27/44, и предложенных методиках расчета колебаний данных фундаментов.
Результаты диссертационной работы использованы на ряде строительных объектов г. Новосибирска, в том числе при усилении фундамента мощного электрогенератора ВПЛ в Институте ядерной физики СО РАН, выполненного при непосредственном участии и под руководством автора.
Личный вклад автора состоит:
в проведении экспериментальных исследований влияния параметров контурного армирования грунтового основания на колебания фундаментов при действии динамических нагрузок;
в комплектации и подготовке к исследованиям виброизмерительной и тензометрической аппаратуры на базе персональных компьютеров и аналого-цифровых преобразователей с разработкой программ обработки экспериментальных данных на основе преобразования Фурье;
в выполнении численных экспериментов динамического поведения фундаментов с контурным армированием МКЭ;
в анализе расчетных моделей фундаментов с контурным армированием грунтового основания.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Результаты экспериментальных исследований колебаний фундаментов с контурным армированием фунтового основания.
-
Результаты численных исследований МКЭ эффективности контурного армирования грунтового основания фундаментов машин с динамическими нагрузками, выполненных в программе Cosmos/M в плоской и объемной постановках.
-
Результаты теоретических исследований по определению динамических параметров жесткости и демпфирования армированного основания, необходимых для расчета амплитуд колебаний фундаментов.
Апробация работы. Основные положения работы, а также промежуточные результаты и материалы исследований докладывались на Международном семинаре по механике грунтов, фундаментостроению и транспортным сооружениям (Пермь, 2000); на научно-техническом семинаре "Армирование грунтового основания при строительстве, реконструкции и усилении зданий и сооружений" (Украина, Винница, 2001); на Международной научно-технической конференции "Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок" (Томск, 2002); на II Центрально-Азиатском геотехническом симпозиуме (Узбекистан, Самарканд, 2002); на Международной научно-технической конференции "Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций" (Волгоград, 2003); на Международном геотехническом симпозиуме 'Фун-даментостроение в сложных инженерно-геологических условиях" (Санкт-Петербург, 2003); на Международной конференции по геотехнике "Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство" (Санкт-Петербург, 2003); на V Российской национальной конференции по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным участием (Сочи, 2003); на V Всеукраинской научно-технической конференции "Механика грунтов, геотехника и фундаментостроение" (Украина, Одесса, 2004); на Международной конференции "Взаимодействие сооружения и основания: методы расчета и инженерная практика" (Санкт-Петербург, 2005); на Международном геотехническом симпозиуме "Geotechnical aspects of natural and man-made disasters" (Казахстан, Астана, 2005); на III и IV Савиновских чтениях (Санкт-Петербург, 2000, 2004); на 56-63 научно-технических конференциях НГАСУ (Новосибирск, 1999-2006); на межвузовских научных студенческих конференциях "Современные проблемы технических наук" (Новосибирск, 1999-2001).
Публикации. Результаты диссертационных исследований опубликованы в 29 печатных работах, в том числе, патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 214 наименований и 2 приложений. Она изложена на 143 страницах основного текста, содержит 86 рисунков, 4 таблицы.
