CC BY
23
БУД1ВНИЦТВО, РЕКОНСТРУКЦ1Я ТА ЕКСПЛУАТАЦ1Я КОНСТРУКЦ1Й I СПОРУД ЗАЛ1ЗНИЧНОГО
ТРАНСПОРТУ
УДК 624.15
Оглоблин В.Ф., к.т.н., доцент (ДонИЖТ) Гирейко И.В., преподаватель (Мариупольский строительный
техникум)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
РАБОТЫ ОСНОВАНИЙ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ
Постановка проблемы. При реконструкции зданий и сооружений всегда возникает необходимость в решении вопросов, касающихся расчетов оснований и фундаментов. В существующей практике проектирования строительных конструкций, в том числе оснований и фундаментов, необоснованно закладывается существенный запас прочности. Этот запас прочности заключается в несовершенстве существующей методики расчета оснований и недоиспользования несущей их способности.
В теории расчета строительных конструкций некоторые вопросы остаются пока еще недостаточно проработанными для практического их применения. Существующие нормативные документы предлагают производить определение размеров подошвы фундаментов методом последовательных приближений, что еще больше усложняет задачу [1]. Для упрощения расчетов размеры фундаментов принимаются заведомо большими в сравнении с оптимально необходимыми. В стесненных условиях при реконструкции зданий и сооружений приходится часто применять фундаменты сложной конфигурации. Увеличение нагрузок на такие фундаменты при реконструкции приводят к необходимости
производить их расчет исходя из условия равенства краевых давлений нормируемым.
Некоторыми авторами на основе простейших математических операций предлагается с помощью разработанных таблиц и графиков производить подбор минимальных размеров подошвы фундаментов сложной конфигурации [2]. Следует отметить, что и в этом случае использование разработанных таблиц и графиков также затруднительно. Расчетное сопротивление грунтов Я в приводимых авторами примерах расчета заранее задается. В практике проектирования эта величина обычно находится расчетом в зависимости от грунтовых условий. В разработанных к расчету фундаментов таблицах приводится большее число коэффициентов, чем требуется для расчета.
Целью настоящей работы явилось совершенствование методов расчета фундаментов сложной конфигурации подошвы при реконструкции зданий и сооружений с учетом особенности работы их оснований.
Характеристика объектов и методика исследований. Экспериментальные исследования реализовывались на моделях фундаментов и в натурных условиях на ряде реконструируемых объектах г. Донецка и Донецкой области: здание Главного щита управления Славянской ТЭС, здание компрессорной ОАО "Марг-Вест" в г. Донецке, лесопильный цех шахты им. Поченково в г. Макеевке [3].
В процессе выполнения лабораторных исследований использовались модели фундаментов различных форм подошвы: фундаменты с крестовой подошвой, с замкнутой ленточной прямоугольного сечения в плане подошвой, фундаменты с тавровой, Г-образной, кольцевой, круглой и двутавровой формы.
В проведенных экспериментальных исследованиях на моделях использованы критерии геометрического подобия, в которых выполнялись условия однозначности, т.е. когда заданные граничные условия (пределы изменения физического состояния и свойств среды, условия приложения нагрузок) модели и натуры соответствовали друг другу. Моделирование условий работы грунтов оснований сооружений состояло в моделировании грунтового полупространства с заданными физико-механическими свойствами и моделировании внешней нагрузки. Постановка экспериментальных исследований на основе использования теории
подобия и размерностей реализовывалась посредством нахождения функциональной связи между отдельными или комплексами факторов.
В натурных условиях на реконструируемых объектах на монолитах грунтов, отобранных из-под подошвы фундаментов, исследовалась активная зона сооружений. При обследовании технического состояния реконструируемого здания устанавливалось время строительства здания, определялись вид и состояние грунтов, форма подошвы фундаментов и действующие нагрузки.
Анализ результатов исследований. Экспериментальные исследования на моделях фундаментов производились в специальных лотках с прозрачными стенками, позволяющих визуально оценить характер деформации основания в зависимости от вида грунтов, параметров плотности и влажности, величины давления на основание. Размеры зон деформации и их симметричность при ограничении краевых давлений (для случаев Рт1П = 0 и Ртж = 1.2Я и Ртт = 0.25 Ртж и Ртж =1.2Я) оценивалась по индикационным слоям, устраиваемых в основании моделей с интервалом 1-1.5 см. При изменении мест приложения действующих нагрузок моделируется действие моментов в одном (рисунок 1) или двух направлениях.
Рисунок 1 - Эпюры напряжений в основании ленточного фундамента: а) при Ртт = 0 , Ртах = 1.2Я;б) при Ртт =0.25Ртах , Ртах =1.2 Я.
В проведенных исследованиях были установлены общие особенности деформирования оснований с учетом ограничения краевых давлений. Зоны деформаций, формирующиеся в основании, имеют симметричный характер (при действии момента в одном направлении). Глубина
^ О ^ "1—г ^
сжимаемой толщи определялась величиной давлений. При действии момента в двух направлениях наблюдается смещение изгибов индикационных линий в направлении действия момента Му (рисунок 2).По характеру деформирования грунтов основания выделено 4 семы деформирования, отличающиеся глубиной зоны сжатия, симметричности, величиной смещения индикационных слоев, шириной зоны, эксцентриситетом действующих сил (рисунок 3).
Рисунок 2 - Схемы деформирования с учетом краевых давлений:
а)1-схема; б)111-схема.
В каждой серии испытаний изменялись физические параметры системы: влажность и плотность грунта. Исследования показали, что большие по глубине зоны деформации возникали при меньшей степени уплотнения грунта (у = 15 кН/м ) и большей влажности грунта ^ = 0.14) при одинаковом давлении на основание и принятом эксцентриситете. Изгиб индикационных линий при действии моментов в одном направлении имеет симметричную форму. Асимметрия изгиба индикационных слоев возникает при действии моментов в двух направлениях (111-схема).
Результаты проведенных исследований позволили не только выявить общие закономерности формирования зон сжатия, но и скорректировать общий порядок расчета фундаментов реконструируемых здании. В известных методах расчета фундаментов значения расчетного сопротивления грунтов оснований заранее задаются, в то время как в инженерной практике расчетные сопротивления определяются в зависимости от инженерно-геологических условий и физико-механических свойств грунтов. При определении размеров подошвы фундаментов использовалось довольно большое число коэффициентов (6-9) и громоздкие таблицы для их нахождения. Для инженерных расчетов вполне достаточно определения всего двух-четырех коэффициентов
Для упрощения и ускорения процесса расчета фундаментов авторами предлагается для нахождения коэффициентов использовать номограммы (рис. 3). Сравнительные расчеты фундаментов, выполненные по известной и предлагаемой методикам, указывают на близость их результатов.
Известные методы определения глубины сжимаемой толщи основания включают приемы, устанавливающие глубину сжимаемой толщи из соотношения давлений на ее границе или соотношений деформации слоев. Во всех этих случаях давление грунтов основания и деформацию слоев определяют по теории линейно-деформируемого полупространства [4].Заложенные в СНиП критерии установления глубины сжимаемой толщи не отражают фактических размеров зоны деформации. Для уточнения указанного обстоятельства в натурных условиях были выполнены экспериментальные исследования, направленные на установление зависимости глубины сжимаемой толщи и размеров зоны деформации основания от величины давления, модуля общей деформации размеров фундаментов [5]. Проведенные исследования указывают на необходимость учета значений модуля деформации грунтов при определении глубины сжимаемой толщи.
В расчетах оснований реконструируемых зданий по несущей способности в соответствии со СНиП 2.02.01-83 особый интерес представляют основания, сложенные водонасыщенными грунтами. При загружении основания дополнительной нагрузкой в таких грунтах может возникнуть нестабилизированное состояние за пределами сжимаемой толщи. В связи с этим при расчете осадки зданий и сооружений возникает необходимость в определении
Рисунок 3 - Номограммы для выбора коэффициентов К1; К4;
а) для фундаментов с замкнутой ленточной прямоугольного очертания в плане подошвой;
б) для фундаментов с тавровой подошвой.
глубины сжимаемой толщи при воздействии возрастающих давлений, возникающих в основаниях при реконструкции.
Выводы. Анализ экспериментальных исследований особенностей работы оснований фундаментов реконструируемых зданий позволил оценить качественно и количественно влияние факторов, влияющих на выбор методики расчета. Исследования, выполненные на моделях фундаментов и в натурных условиях позволили определить влияние отдельных показателей физико-механических свойств грунтов оснований на характер и степень деформируемости оснований с учетом действия моментов в одном и двух взаимно перпендикулярных направлениях. Полученные данные позволили сократить и упростить известные методы расчета фундаментов сложных форм в плане. При расчетах оснований и фундаментов реконструируемых зданий следует исходить из фактической глубины зоны деформации, степени уплотнения грунтов основания, величины и характера приложения нагрузки.
Список литературы
1.СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1985.-40с.
2.Рыбин В.С. Проектирование фундаментов реконструируемых зданий. -М.:Сройиздат,1990.-296с.
З.Оглоблин В.Ф., Ковалев В.И., Гирейко И.В.К расчету фундаментов машин с динамическими нагрузками. //Композиционные материалы для строительства. Выпуск 2004-1(43).-Макеевка: ДонГАСА,2004.-с 130-133.
4.Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. -М.;Стройиздат,1988.-с.286.
5.Гирейко И.В. ,Оглоблин В.Ф. К вопросу расчета оснований реконструируемых зданий // Современные проблемы строительства. - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект. 2004.-с.221-224.
