Введение к работе
Актуальность темы.
В общих затратах труда на возведение зданий и сооружений существенная доля приходится на устройство фундаментов, стоимость фундаментов составляет до 15 % общей стоимости строительства, на их устройство расходуется до 25% трудовых затрат и до 40% времени. Значительное место в фундаментостроении, особенно при возведении гражданских зданий, занимают ленточные фундаменты под стены. В связи с этим вопросы внедрение новых конструкций, экспериментальное и теоретическое изучение работы оснований ленточных фундаментов, разработка эффективных методов их расчета представляют большой практический интерес.
В экспериментальных исследованиях по изучению напряженно - деформированного состояния (НДС) оснований, проведенных до настоящего времени, крайне мало работ, посвященных изучению распределения компонент тензора напряжений и тензора деформаций в глубине массива основания. Следовательно экспериментальное определение указанных данных, которые могут быть использованы в проектной и научно - исследовательской работе, является актуальной задачей.
Определению несущей способности фундаментов посвящены работы многих авторов Л.Прандтль, М.И. Горбунов-Посадов, К. Терцаги, М.В. Малышев, В.Г. Бе-резанцев и др.. Существует ряд методик, которые можно разделить на две группы: аналитические и численные. В последнее время в связи с появлением новых быстродействующих компьютеров развитие и совершенствование численных методов получило мощный толчок, поэтому актуальность аналитических решений и оценка достоверности результатов, полученных численными методами, неоспорима. С точки зрения оценки решений наибольший интерес представляют методы по определению верхней оценки несущей способности оснований, поскольку большинство из существующих аналитических решений по определению несущей способности оснований можно отнести к нижним оценкам. На основе изложенного, разработка и внедрение аналитического метода определения верхней оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов является актуальной задачей.
Все большую долю в современном строительстве (особенно в гражданском) занимает строительство малоэтажных зданий - коттеджи, магазины, офисы, склады и т.д... Это, как правило, здания с несущими стенами, нагрузка от которых не велика. Конструкциями, передающими эту нагрузку на основание, служат ленточные фундаменты. Однако, для указанных выше зданий, применение существующих в настоящее время сборных подушек ленточных фундаментов неэффективно вследствие большого запаса прочности и трудоемкости монтажа. Разработка легких, экономичных конструкций этих элементов представляет практический интерес.
Диссертационная работа выполнена в русле научного направления Новочеркасского государственного технического университета «Компьютерная оптимиза-
дня, ресурсосберегающие расчеты и управление состоянием строительных конструкций и оснований зданий и сооружений.» ( председатель совета проф., д.т.н. Мурзенко Ю.Н.).
Цель и задачи работы.
Целью диссертационной работы является развитие методов проектирования ленточных фундаментов зданий и сооружений на основе экспериментальных, теоретических исследований и компьютерной оптимизации
Для достижения указанной цели поставлены и разрешены следующие задачи:
Экспериментальное изучение работы песчаного основания под жесткими шероховатыми ленточными штампами в условиях последовательного загружения, вплоть до предельного.
Теоретические исследования и развитие методик расчета несущей способности оснований ленточных фундаментов.
Реализация в компьютерном проектировании программных модулей для ПК "ПРЕСС" по определению несущей способности и верхней оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов.
Разработка конструкции составной плиты сборного ленточного фундамента под стены зданий и рекомендаций по ее расчету.
Разработка модуля многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов для ПК "АПОФЕОС".
Научная новизна работы
Получена новая информация о напряженно-деформированном состоянии и процессах упругопластического деформирования песчаного основания леиточнош фундамента в экспериментальных исследованиях на моделях.
Экспериментально подтверждены особенности упругопластического деформирования оснований ленточных фундаментов, которые имеют место в теоретическом решении упругопластическои задачи, полученном Ю.Н. Мурзенко с участием В.П. Дыбы.
- Развито теоретическое решение задачи об.определении верхних оценок не
сущей способности оснований ленточных фундаментов.
Практическая иенность работы.
Исследовано напряженно-деформированное и предельное состояние основания ленточного штампа методом информационного моделирования на персональном компьютере и получены данные, используемые в анализе теоретических и экспериментальных данных для задач проектирования.
Разработаны программные модули для программного комплекса "ПРЕСС", позволяющие определять нижние и верхние оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов.
Разработан программный модуль для программного комплекса "АПОФЕОС", позволяющий оптимизировать параметры ленточных фундаментов с учетом многокритериальных условий проектироваши.
Предложена и исследована новая конструкция сборного ленточного фундамента, подтвержденная патентом.
Автор защищает:
Результаты экспериментальных исследований.
Методику определения верхней оценки несущей способности основания ленточных фундаментов.
Методику многокритериальной оптимизации параметров ленточных фундаментов.
- Разработки по конструированию сборного ленточного фундамента.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы доложены на международной школе-семинаре по фундаментостроению и охране геологической среды (Сочи, 1992), на IV Всероссийской конференции «Нелинейная механика грунтов» с иностранным участием (Санкт-Петербург, 1993), на Российской научной конференции «Информационные технологии в архитектуре» (Ростов - на Дону, 1993), на международной научно-практической конференции «Строительство -98» (Ростов - на Доігу 1998), на внутривузовских конференциях кафедр строительного профиля ШТУ(1991-1997 г.г.). Результаты работы использованы.* в учебном процессе по специальности 29.03 ПГС САПР, в г/б научно-исследовательской работе по теме 23.92 "Разработка компьютерной технологии поиска оптимальных решений в многовариантном проектировании фундаментов и оснований" и по теме 45.94 "Разработка ресурсосберегающих методов расчета фундаментов и оснований зданий с применением нелинейных моделей и многокритериального синтеза возможных решений".
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 10 работ, получено авторское свидетельство и патент.
Внедрение результатов.
Результаты исследований переданы для апробации в проектной практике в проектный институт АО «СевкавНИПИагропром» г. Ростова - на - Дону, в качестве контрольного примера рассчитаны ленточные фундаменты поликлиники №1 г. Ростова -на- Дону
Структура работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, включающего 133 наименований, и 3 приложений. Полный объем диссертации - 173 страницы, включая 55 рисунков и 10 таблиц. Основной текст диссертации (без оглавления, списка литературы, приложений, рисунков и таблиц) содержит 108 страниц машинописного текста.