CC BY
24
УДК 528.482
Е.В. Хорошилов
Строительный трест № 36, Новосибирск В.С. Хорошилов СГГА, Новосибирск
АНАЛИЗ ОПЫТА ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ НА ОСНОВЕ КОСВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕФОРМАЦИЙ
В статье рассмотрены вопросы применения косвенных характеристик деформаций, вычисленных по непосредственно измеренным значениям осадки при изучении качественных изменений наблюдаемых деформационных процессов контролируемых зданий или других видов инженерных сооружений.
Ye.V. Khoroshilov Building trust № 36, Novosibirsk V.S. Khoroshilov SSGA, Novosibirsk
ANALYSIS OF THE EXPIERIENCE IN BUILDING STATE INVESTIGATION ON THE BASIS OF INDIRECT DEFORMATIONS CHARACTERISTICS
The problems of indirect deformations characteristics are considered. They were calculated by the direct measurements of settlement while examining qualitative changes of deformation processes in buildings or engineering structures under study.
Основные идеи применения косвенных характеристик деформаций для исследования деформационных процессов оснований зданий и сооружений заложены в работе [1]. Косвенными характеристиками деформаций оснований принято считать различные количественные параметры наблюдаемых деформационных процессов, вычисленные по непосредственно измеренным значениям осадки контролируемых зданий или других видов инженерных сооружений. Установлено, что значения ряда косвенных характеристик отражают на определённых этапах изменение свойств и особенностей качественного состояния сооружений. В первую очередь по значениям осадки характерных марок вычисляются конкретные виды деформаций: прогибы и крены фундаментов, величины которых характеризуют состояние сооружений и имеют критериальные ограничения. Широко используются для оценки состояния сооружений величины значений средней осадки и скорости развития осадки; от скорости осадки существенно зависит прочность и устойчивость сооружений. Косвенной характеристикой деформации основания и фундамента, которое отражает свойство пространственной жёсткости сооружения в конкретных условиях, является отношение разности
максимального и минимального значений осадки к её средней величине. Расчёт этой характеристики базируется на том, что при одинаково сжимаемых грунтах жёсткие сооружения выравнивают осадку основания, а гибкие -следуют за ней. Величина характеристики пространственной жёсткости вычисляется по значениям стабилизировавшейся осадки и используется для совершенствования проектирования. При этом пространственную жесткость Fd практически жёстких и практически гибких сооружений целесообразно оценивать по формуле: х ■
Т7 mm
Г d ~ ,
X
max
где xmin и xmax - соответственно минимальные и максимальные значения стабилизировавшейся осадки. Значения Fd изменяются в пределах от 0 до 1, возрастая с повышением жёсткости. Очевидно, изменения значений Fd во времени t в процессе роста нестабилизировавшейся осадки будут отражать особенности совместной работы основания и сооружения.
Наряду с изменениями во времени средней осадки важные особенности развития процесса деформации основания представляют такие косвенные
статистические характеристики как стандарт осадки ах , коэффициент вариации осадки Sx{t) и математическое ожидание разности значений осадки
симметричных марок сооружения MsiОчевидно, что стандарт процесса осадки является характеристикой её неравномерности, обобщённой по площади всего основания или по его исследуемой части. Коэффициент вариации представляет собой отношение стандарта к математическому ожиданию и является общей для всех возможных условий мерой, выражающей соотношение между неравномерностью осадки и средней осадкой, сходной по структуре с принятой характеристикой пространственной жёсткости сооружения. В работе [1] показано, что значения 3x(t) критериально отражают степень деформированности зданий, возникающей из-за неравномерности осадки. При этом для зданий, находящихся в предельном состоянии по непригодностик нормальной эксплуатации, значения коэффициентов вариации изменяются от 0,3 до 0,7, а предельному состоянию по непригодности к эксплуатации соответствуют коэффициенты, равные единице.
Разность значений осадки симметричных марок сооружения S (t) характеризует неоднородность основания, если на его симметричные участки действует одинаковое давление от массы сооружения. Значения разностей осадки симметричных марок на время t вычисляются по формуле:
S,(t) =xm{t)-xm{ty,
где хж, хЯг - значения осадок i-ой пары марок, расположенной симметрично относительно продольной или поперечной, или диагональных осей контура сооружения. Можно анализировать проявление рассматриваемой
неоднородности по одной из осей симметрии или совместно по всем осям, используя в последнем случае модули значений |£| .
Геодезические наблюдения за осадкой 12-ти этажного 6-ти секционного кирпичного здания дугообразной формы по продольным осям протяжённостью 217 м начаты сразу после его возведения [2]. Фундаментная плита здания состоит из трёх шарнирно-скреплённых железобетонных блоков толщиной 1 м, опирающихся на бетонную подушку и песчаную отсыпку суммарной мощностью слоёв 60 см. По площади фундаментной плиты равномерно заложены 21 осадочная марка. В таблице 1 приведены результаты вычисления параметров осадки по всей фундаментной плите (П) и по её первому блоку (Б), где к 3-му циклу наблюдений появились трещины в кирпичной кладке над уровнем чистого пола на участке дугового сгиба секции 2.
Изменения приведённых в таблице 1 параметров осадки интерпретируются нами следующим образом. Все параметры отражают с инерционным запаздыванием неодновременность возведения отдельных секций здания и неравномерность роста нагрузки на фундамент каждой из них. После третьего цикла параметры осадки всей фундаментной плиты сглажены в сравнении с её отдельными блоками. Параметры осадки первого блока, вычисленные для третьего цикла, отражают возрастание коэффициентов вариации разностей осадки симметричных марок (Я,(/) и самой осадки, увеличение её скорости Му(х), снижение совместной жёсткости основания и фундамента ^ (і). Эти изменения параметров объясняют причины неблагоприятного развития процесса осадки здания, вызвавшего появление трещин в кирпичной кладке. Уменьшение рассматриваемых параметров в последующих циклах соответствует прекращению трещинообразования. Так ещё раз подтверждается эффективность предлагаемой оценки состояния зданий с помощью параметров осадки фундаментов.
Таблица 1. Значения параметров процесса осадки 12-ти этажного здания
№ циклов 1, сутки Му(х), мм\сутки Ш ^ (і)
П Б П Б П Б П Б
2 49 0,43 0,51 0,35 0,15 0,28 0,12 0,13 0,70
3 70 0,73 0,69 0,21 0,22 0,15 0,18 0,44 0,58
4 111 0,28 0,36 0,16 0,13 0,12 0,12 0,57 0,67
5 199 0,28 0,34 0,16 0,06 0,13 0,07 0,57 0,83
6 293 0,04 0,03 0,14 0,05 0,12 0,05 ,61 0,88
Косвенные статистические характеристики процессов деформации основания, вычисляемые по непосредственно измеренным значениям осадки, отражают важные особенности изменения качественного состояния зданий. Данные представленные в таблице 1 свидетельствуют, что наиболее эффективными оказались коэффициенты вариации осадки и разностей осадки, симметричных марок, а также математическое ожидание изменения скорости осадки. В связи с детерменированно-вероятностной природой развития процесса осадки зданий и сооружений правомерно считать значимыми даже
небольшие величины косвенных статистических характеристик деформаций оснований, вычисленных по ограниченному числу реализаций процесса. Прогнозирование изменений рассматриваемых косвенных характеристик позволяет оценивать ожидаемое качественное состояние исследуемых зданий и сооружений.
Значимость косвенных характеристик деформации основания можно не оценивать по известным статистическим критериям, исходя из детерминировано-вероятностной природы развития процесса осадки здания и высокого класса геодезических наблюдений за ней. При этом следует отметить, что небольшие величины и малые диапазоны изменения рассматриваемых коэффициентов вариации могут вызвать сомнения в их значимости. Однако в данном случае соотношения между оценками стандартов и математических ожиданий изменяются, как правило, в пределах от 0 до 1, поэтому даже малые колебания коэффициентов вариации отражают реальные особенности развития деформации основания. Подтверждением этого служат как логичность вышеприведенных выводов, так и зарегистрированные факты изменения состояния фундаментов различных инженерных сооружений [1]. В строительный период косвенные характеристики отражают реакцию фундамента на быстрый неравномерный рост нагрузки и соответствующее ей уплотнение грунтов основания. Значение средней осадки и скорости ее изменения во времени характеризует общую для строительного и эксплуатационного периодов закономерность развития наблюдаемого процесса. Анализ изменения этих и других косвенных характеристик деформации основания расширяет возможности содержательной интерпретации контролируемых зданий и сооружений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гуляев Ю.П. Прогнозирование деформаций сооружений на основе результатов геодезических наблюдений [Текст] / Ю.П. Гуляев. - Новосибирск: СГГА, 2008. - 256 с.
2. Гуляев Ю.П. Параметры осадок фундаментов как характеристики состояния зданий [Текст] / Ю.П. Гуляев, Е.В. Хорошилов. - Изв. ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка, № 5, 2009. - С. 44-48.
© Е.В. Хорошилов, В.С. Хорошилов, 2011
