Введение к работе
з
Актуальность работы : Запасы углеводородов на шельфе морей с относительно небольшими глубинами (20-60м) весьма внушительны. Однако намеченные к освоению районы, преимущественно в российской части Арктики, отличаются сложными природно-климатическими условиями. Значительные знакопеременные по направлению волновые и ледовые воздействия предопределяют использование для разработки углеводородного сырья ледостойких гравитационных платформ (ЛГП), положительно зарекомендованных себя на глубокой воде.
Небольшие глубины и значительное горизонтальное силовое воздействие вынуждают специалистов вносить существенные изменения в конструкцию ЛГП. Ниже по высоте становится фундаментная часть платформы, а для повышения ее устойчивости на сдвиг применяют заглубленные в грунт ребристые элементы.
Фундаменты с ребристыми элементами, нормативная база по которым практически отсутствует, ставят перед разработчиками задачи, суть которых заключается в следующем:
Прежде всего, в определении сил сопротивления грунта задавливаншо ребристых элементов в зависимости от их конструктивных особенностей.
Затем, в проведении расчета напряженно-деформированного состояния основания с погруженными в него элементами и устойчивости сооружения в целом под действием заданных нагрузок.
И наконец, в определении действующих на ребристые элементы усилий при установке и эксплуатации платформы, необходимых для назначения соответствующих конструктивных соотношений.
Наиболее подробно эти вопросы исследованы С. И. Шибакиным, однако всеобъемлющей информации им не получено. Исследованы элементы
4 лини, одной толщины - 0,03м плоского и углового очертания. Установлены конструктивные соотношения ребристых элементов (длины к высоте, І/І1 < 7,5) только с точки зрения потери несущей способности основания в виде плоского сдвига. Не выявлены закономерности влияния плотности и водонасыщенности грунта на величину сил сопротивления задавливанию.
Перечисленные обстоятельства указывают на необходимость продолжения и актуальность исследований взаимодействия фундаментов ребристой конструкции с грунтами основания. Поэтому цель диссертационной работы сформулирована как уточнение механизма взаимодействия ребристых элементов с фунтом основания и методики определения оптимальных массо-габаритных характеристик фундамента.
Для достижения указанной цели в процессе экспериментальных исследований намечено решить следующие задачи:
-
Выявить закономерность изменения усилия лобового сопротивления задавливанию плоских элементов в зависимости от нх толщины.
-
Установить влияние плотности и водонасыщенности основания на величину усилия задавливания элементов в грунт.
-
Уточнить влияние формы и скорости погружения ребристых элементов на величину силы сопротивления задавливанию в грунты различной плотности.
-
Осуществить конструктивные проработки фундамента с ребристыми элементами с целью установления оптимальных соотношений бетонной и металлической частей.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем: I. На основе теории планирования эксперимента получена функция отклика изменения величины лобового сопротивления грунта основания задавливанию ребристых элементов в виде полинома первого порядка, линейно описывающего взаимосвязь исследованных факторов (глубины погружения и толщины элементов).
-
Форма (очертание) ребер и их угловых соединений оказывают определенное влияние на величину сил сопротивления задавливанию, которое может быть учтено соответствующими коэффициентами по отношению к плоскому элементу; в замкнутых (ячеистых) конструкциях сопротивление сил задавливанию возрастает в сравнении со свободно погружаемыми элементами.
-
Функция отклика изменения сил сопротивления задавливанию в зависимости от глубины погружения и плотности грунта в виде полинома первого порядка адекватно описывает взаимосвязь исследованных факторов в заданной области; водонасыщение фунта основания в несколько раз снижает значение сил сопротивления задавливанию.
-
Функция отклика изменеігая относительной длины плоских ребер в виде полинома первого порядка адекватно описывает закономерности изменения найденного параметра в зависимости от относительной толщины ребер и напряженного состояния основания. Равномерное чередование плоских и крестообразных элементов позволяет значительно повысить продольную устойчивость ребристых элементов, увеличить (в несколько раз) размер ячеек, сократить расход металла на устройство фундамента.
-
Целесообразное конструктивное сочетание при устройстве фундамента с ребристыми элементами его бетонной и металлической частями позволяет получить заметный экономический эффект; функция отклика изменения относительной стоимости фундамента ребристой конструкции в виде полинома первого порядка адекватно описывает взаимосвязь исследованного параметра с относительной высотой ребер и размером ячеек; относительная стоимость фундамента явно растет с уменьшением относительного размера ячеек и незначительно изменяется (снижается) в зависимости от относительной высоты ребер (глубины погружения).
Практическое значение выполненных исследований заключается в непосредственном использовании рекомендуемых закономерностей при проектировании и расчете фундаментов ребристой конструкции, установлении оптимальных соотношений между бетонной и металлической частями фундамента.
На защиту выносятся результаты лабораторных и расчетных исследований автора фундаментов ребристой конструкции, полученные с использованием теории планирования эксперимента закономерности и конструктивные соотношения, рекомендации по назначению оптимальных конструкций ребристых элементов.
Достоверность результатов исследований обеспечена статистическими оценками ошибок эксперимента и вероятностно-статистической проверкой по критерию Фишера адекватности и информационной ценности полученных математических моделей; сравнением экспериментальных данных с имеющимися результатами других авторов.
Структура и объем работы : диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных литературных источников из 75 наименований; рукопись содержит 110 страниц машинописного текста, 24 таблиц и 50 рисунков.
