Введение к работе
Актуальность темы. Фундаменты одностоечных горизонтально нагруженных опор имеют широкое распространение в практике строительства таких отдельно стоящих сооружений, как опоры линий электропередач, опоры контактных линий подвижного состава, ветровые электростанции и т.п. В настоящее время в связи с глобальным изменением климата участились случаи экстремальных природных воздействий на сооружения в виде нерегулярных предельных снеговых и ветровых нагрузок, обледенения проводов опор линий электропередач и контактных сетей и т.д., что вызывает необходимость повышенных требований к их деформационно- несущей способности.
При деформировании одностоечной опоры под действием горизонтальных сил и моментов наиболее нагруженной оказывается зона у дневной поверхности грунта, в связи с чем, в ней возникают пластические деформации в виде местного выпора. Для повышения деформационно-прочностной устойчивости горизонтально нагруженных одностоечных опор на практике применяются различного рода лежневые конструкции в виде отдельных балок, брусов и т.п., устраиваемых со стороны, противоположной действующей нагрузке или моменту. Наряду с положительным эффектом одним из недостатков таких конструктивных элементов является то, что они воспринимают односторонне направленные нагрузки и моменты.
В случае действия на моносвайные опоры знакопеременных горизонтальных нагрузок и моментов наиболее эффективным будет являться применение конструктивных элементов в виде кольцевых либо прямоугольных плитных уширений в зоне грунта у дневной поверхности.
Наряду с имеющимися в научной и нормативной литературе многочисленными методами расчета фундаментных опор на горизонтальную нагрузку, практически остается неизученным вопрос о влиянии плитного уширения вообще и кольцевого, в частности, на работу горизонтально нагруженных свай. Отсутствуют достаточно обоснованные методы расчета горизонтально нагруженных моносвайных опор с кольцевыми уширениями по двум группам предельных состояний с учетом повреждаемости и нелинейной деформируемости грунтовой среды при действии возрастающих нагрузок.
Следует также отметить, что в существующих теоретических моделях повреждаемости среды при возрастающих нагрузках не учитывается возможность одновременного ее упрочнения, особенно характерное для дисперсных грунтовых сред при штамповом нагружении.
В связи с этим проведение комплексных теоретических и экспериментальных исследований по определению эффективности влияния кольцевых уширений на несущую способность и деформирование горизонтально нагруженных опор и разработка методов их расчета во взаимодействии с нелинейной повреждаемо- упрочняющейся средой представляет собой актуальную проблему, имеющую прикладной и теоретический интерес.
Целью работы является:
разработка аналитических методов расчета по двум группам предельных состояний горизонтально нагруженной сваи с кольцевым уширением;
определение эффективных геометрических параметров кольцевых уширений в зависимости от высоты приложения горизонтальной нагрузки на моносвайную опору;
сопоставление аналитических исследований с данными проведенных экспериментальных исследований моделей горизонтально нагруженных свай с уширениями и анализ характера нелинейного деформирования грунтового основания;
разработка модели нелинейной повреждаемо-упрочняющейся грунтовой среды;
применение модели нелинейной повреждаемо-упрочняющейся грунтовой среды в решении новых, актуальных прикладных задач расчета горизонтально нагруженных моносвайных опор с эффективными кольцевыми уширениями.
Научная новизна результатов работы состоит в следующем:
разработан теоретический метод расчета по двум группам предельных состояний - несущей способности и деформациям горизонтально нагруженных свай с кольцевым уширением, учитывающий взаимодействие плитно-свайного фундамента с нелинейным повреждаемо- упрочняющимся под нагрузкой основанием;
- экспериментально подтверждена эффективность применения кольцевых уширений, заключающаяся в повышении несущей способности и уменьшении деформаций горизонтально нагруженных свай при нелинейности опытных кривых «нагрузка - перемещения» на всем диапазоне нагрузок вплоть до предельных значений;
показано, что нелинейность полученных опытных кривых зависимости «нагрузка - перемещения» с позиций механики разрушения есть результат увеличивающейся по мере увеличения нагрузки области поврежденности и уменьшения при этом области сплошности грунтового основания горизонтально нагруженной опоры;
экспериментально установлено, что за счет синергетического эффекта происходит определенное замедление деформаций повреждаемого основания, поскольку наряду с его ослаблением происходит и консолидация, т.е. упрочнение грунта, завершающееся при приближении нагрузки к критическому значению;
показано, что поврежденность можно рассматривать как безразмерную силовую характеристику степени приближения повреждающей нагрузки к пределу сопротивления (повреждаемости) материала основания; сплошность при этом впервые представлена как безразмерная физическая характеристика, отражающая степень снижения «отпорности» основания по мере его поврежденности;
предложена модель нелинейной повреждаемости среды с упрочнением, в которой роль повреждающего и упрочняющего фактора, создающего синергетический эффект повышенной сопротивляемости, играет уровень нагружения основания.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется применением основных положений и моделей классической механики деформируемого твердого тела, механики разрушения, строительной механики балок на упругом основании и данными экспериментальных исследований на моделях горизонтально нагруженных свай с кольцевыми уширениями.
Практическая ценность и внедрение результатов. Разработанные теоретические методы по расчету горизонтально нагруженных моносвайных опор с кольцевыми уширениями доведены до уровня практического их применения. В диссертации приведены многочисленные примеры расчетов по ним и сопоставление их результатов с данными экспериментальных исследований.
Результаты исследований используются в учебном процессе Московского государственного открытого университета им. В.С. Черномырдина при чтении спецкурса «Возведение зданий и сооружений в сложных условиях», а также внедрены при строительстве ряда отдельно стоящих сооружений следующими организациями:
-
-
ОАО «Рязаньжилстрой».
-
ООО «ИНЭ» Импульсная наноэлектроника, г. Рязань.
-
Некомерческая организация «Союз строителей Рязанской области».
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
разработанный метод расчета несущей способности (устойчивости) горизонтально нагруженных моносвайных опор с кольцевыми уширениями;
разработанный метод расчета деформаций горизонтально нагруженных моносвайных опор с кольцевыми уширениями в нелинейно деформируемой среде с учетом ее повреждения и упрочнения под нагрузкой;
рекомендации по назначению оптимальных геометрических размеров кольцевых уширений, исходя из наиболее эффективного их влияния на несущую способность и деформирование горизонтально нагруженных одностоечных опор;
результаты впервые проведенных экспериментальных исследований работы горизонтально нагруженных свай с уширениями;
предложенная модель нелинейной повреждаемости с упрочнением грунтовой среды, в которой впервые в качестве повреждающего и упрочняющего фактора, создающего синергетический эффект повышенной сопротивляемости, используется уровень нагружения основания.
Апробация результатов исследований. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах: 1. Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи. «Актуальные проблемы развития нано - микро - и оптоэлектроники». Рязань, 24-25 ноября 2010. 2. Международная научно-техническая конференция. «Промышленное и гражданское строительство в современных условиях». Москва, 2011. 3. I-ая Всероссийская заочная (с международным участием) научно-практическая конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. «Современные проблемы освоения недр». - Белгород, БелГУ, 2011. 4. II Международная Интеллектуальная Ассамблея. Чебоксары, 2011. 5. Восьмая межвузовская научно-техническая конференции студентов, молодых ученых и специалистов. Рязань, 2010. 6. Девятая межвузовская научно-техническая конференция студентов, молодых ученых и специалистов. Рязань, 2011. 7. Международная научно-практическая конференция «Роль мелиорации и водного хозяйства в инновационном развитии АПК», посвященной 150-летию со дня рождения основоположника высшего гидротехнического и мелиоративного образования в России В.В. Подарева - Москва, 2012. 8. X межвузовская научно-техническая конференция студентов, молодых ученых и специалистов «Новые технологии в учебном процессе и производстве», РИ(ф)МГОУ имени В.С.Черномырдина, 2012г. 9. «14th International Conference on Computing in Civil and Building Engineering», Moscow, 2012. 10. Координационный совет по вопросам научно-технической и инновационной деятельности в Рязанской области. Рязань, 2012г. 11. Международная молодежная конференция «Оценка рисков и безопасность в строительстве. Новое качество и надежность строительных материалов и конструкций на основе новых технологий», Москва, 2012г. 12. Общеуниверситетский научный семинар «Механика неоднородных структур и систем» при МГОУ им. В.С. Черномырдина, Москва, 2012 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ. Из них 8 работ, отражающие основные научные результаты диссертации, опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК РФ и приравненных к ним материалах всероссийских и международных конференциях в соответствии с постановлением Правительства № 227, п. 11 от 20 апреля 2006 г.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и по главам, списка использованных источников и двух приложений, где представлены иллюстрации по проведенным экспериментам и акты внедрения. Диссертационная работа изложена на 191 странице машинописного текста, включающего 48 рисунков, 49 таблиц, списка использованных источников из 141 наименования.
Похожие диссертации на Деформирование и несущая способность горизонтально нагруженных моносвайных опор в нелинейной повреждаемо-упрочняющейся среде
-
