CC BY
135. Предложенная методика адекватно учитывает влияние тектонических нарушений на конструкции тоннелей и обеспечивает качественно новые условия работы, позволяющие при минимальных затратах повысить эксплуатационную надежность сооружения.
6. Разработанный метод позволит более экономично оценить влияние конкретных тектонических воздействий на различные подземные сооружения глубокого заложения, в том числе и тоннели.
7. Использование разработанного метода позволяет разработать мероприятия по защите конструкций тоннелей в массиве со значительными величинами напряженного состояния.
Список использованных источников
1. Бодров Б.П. Кольцо в упругой среде / Бодров Б.П., Матэри Б.Ф. // Бюллетень метропроекта. - Москва: Метропроект. - 1936. - № 24. - С. 17 - 23.
2. Бурдзгла Н.Л. Метод расчета монолитных обделок тоннелей / Бурдзгла Н.Л. - М.: Стройиздат, 1968. - 221 с.
3. Давыдов С.С. Расчет и проектирование подземных конструкций / Давыдов С.С. - М.: Стройиздат, 1950. - 376с.
4. Орлов С.А. Расчет конструкций, лежащих на контуре кругового выреза в плоскости / Орлов С.А.: Исследования по теории сооружений / Сб. науч. трудов. -Москва: Стройиздат. - 1954. - №4. - С. 529-547.
5. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений / Булычев Н.С. - М.: Недра, 1982. -270 с. - (Учебник для вузов).
6. Рамберг X. Моделирование деформаций земной коры / Рамберг X. - М.: Недра, 1970. - 224 с.
7. Динник А.Н. Устойчивость упругих систем / Динник А.Н. - М.: изд-во АН СССР, 1950. - 120 с.
8. Борисов А. А. Механика горных пород / Борисов А.А. - Л.: изд-во ЛГИ, 1968. - 101с. -(Учебное пособие).
9. Протодьяконов М. М. Давление горных пород и рудничное крепление / Протодьяконов М. М., Ч. 1. - М.: Новосибирск, 1933. - 164 с.
10. Руппенейт К. В. Некоторые вопросы механики горных пород / Руппенейт К. В. - М.: Углетехиздат, 1954. - 384 с.
11. Проявкин Е. Т. Давление горных пород и крепь стволов / Проявкин Е.Т. - М.: Углетехиздат, 1958. - 119 с.
12. Розенвассер Г.Р. Несущая способность сборных обделок коммуникационных тоннелей при их совместной работе с грунтовым массивом / Розенвассер Г.Р., Шамрин Ю.Е., Бессолов П.П., Шварц Л.М., Мазепин П.П. // Подземное и шахтное строительство. - М.: Стройиздат, 1991. - №2. - С. 25 - 26.
УДК 624.151.5
Дьяков И.М., к.т.н., доцент
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ЖИВУЧЕСТИ КОНТИНУАЛЬНЫХ
ПОДПОРНЫХ СТЕН
На основании теоретических и экспериментальных исследований в области работы континуальных подпорных стен с повреждениями рассмотрены подходы к оценке их живучести. Предложен метод оценки живучести. Определены повреждающие факторы и сценарии разрушения.
Континуальные подпорные стены, удерживающие конструкции, живучесть, прогрессирующее разрушение, повреждающий фактор
Введение
Оценка живучести особо ответственных конструкций, зданий и сооружений постепенно входит в практику проектирования и обследования их технического состояния. Так в соответствии с требованиями ДБН В.1.2-14-2009 [1]: «Главные несущие конструкции объектов классов последствий (ответственности) СС2 и СС3 должны быть запроектированы так, чтобы в аварийных ситуациях вероятность возникновения лавинообразных (прогрессирующих) разрушений несравнимо больших нежели начальные повреждения конструкций, была достаточно малой». При этом указывается, что это требование следует реализовывать, в том числе, за счет: «Проектирования объектов в целом так, чтобы в случае разрушения любого отдельного элемента весь объект или его самая ответственная часть сохраняли работоспособность в определенный период времени, достаточный для применения срочных мероприятий». Для выполнения этих требований необходимы методики оценки живучести соответствующих конструкций, зданий и сооружений.
Учитывая, что подпорные стены и удерживающие конструкции обеспечивают безопасность эксплуатации территорий, зданий и сооружений, расположенных выше или ниже по рельефу, многие из этих сооружений могут быть отнесены к классу последствий (ответственности) СС2 и СС3 по признакам, установленным в таблице 1 [1]. Соответственно требуется обеспечение их стойкости к прогрессирующему разрушению. Вместе с тем методик оценки живучести данных конструкций в настоящее время не существует.
Анализ публикаций
Исследованиям в области прогрессирующего разрушения строительных конструкций, зданий и сооружений посвящены работы: Н.С. Стрелецкого, Н.П. Абовского, В.И. Колчунова, Г.А. Гениева, Г.И. Шапиро, В.И. Травуша, Н.В. Клюевой, А.В. Перельмутера, П.Г. Еремеева, Б.С. Расторгуева, В.М. Бондаренко, Я.М. Айзенберга, Ю.И. Кудишина, В.О. Алмазова, А.И. Плотникова, А.Г. Тамразяна, В.М. Ройтмана, С.В. Доронина, В.В. Тура, В.К. Вострова, Ю.П. Назарова, В.Н. Симбиркина и др. В этих и других работах предложены методы оценки живучести ряда надземных конструкций, зданий и сооружений: высотных зданий, большепролетных и многопролетных сооружений, панельных и каркасных зданий. Исследования в области живучести сооружений и конструкций, взаимодействующих с грунтом, не проводились.
Цель и постановка задач Цель статьи: основываясь на экспериментальные и теоретические исследования разработать общие подходы к оценке живучести континуальных подпорных стен.
Результаты и их анализ Оценка живучести континуальных подпорных стен связана с рядом трудностей, в том числе, предопределенных сплошностью конструкции. Основные среди них:
— Неопределенность видов и уровня запредельных (не установленных нормами) воздействий, которые могут вызвать повреждения;
— Отсутствие отдельных элементов, для которых можно выделить единичные повреждения;
— Зависимость состояния и живучести сооружений от поведения грунтового основания и др.
Неопределенность запредельных воздействий является существенным аргументом в выборе подходов к оценке живучести. Из-за сложности
установления характера и величины таких воздействий, более реальными при разработке метода оценки живучести являются подходы, основанные на оценке работы сооружения с повреждениями. В настоящее время они широко применяются для надземных конструкций зданий и сооружений в методах оценки единичной живучести [2], [3], [4]. Данные подходы основаны на выявлении наиболее характерных повреждений и оценке их критичности для сооружения. Живучесть сооружения считается обеспеченной, если повреждение не приведет к дальнейшему лавинообразному разрушению.
Первичные разрушения (повреждения) связаны с воздействием повреждающих факторов, т.е. нагрузок или воздействий, действие которых приводит к возникновению единичных повреждений. Повреждающие факторы могут:
— формироваться в грунте откоса или массиве оползня, например за счет изменения свойств грунта, развития ползучести, дополнительного пригруза массива грунта и т.д;
— воздействовать на основание сооружения, как элемент системы «грунтовый массив-сооружение-основание», либо быть связанным с поведением основания, например возникать вследствие неоднородности основания по длине сооружения, быть связанными с разработкой грунта у стены и т.д.;
— воздействовать на состояние сооружения, например, вызывая деградацию кладки, механические повреждения и т.д.;
— иметь групповой характер, одновременно воздействуя на сооружение со стороны основания и грунтового массива, в том числе имея единые причины происхождения. Например, групповые повреждающие факторы могут возникать вследствие воздействия атмосферных вод, сейсмических колебаний и т.д.
При оценке единичной живучести континуальных подпорных стен, абстрагироваться от причин возникновения повреждающих факторов не всегда возможно. Многие из них приводят к существенным изменениям в характеристиках элементов системы «грунтовый массив-сооружение-основание» и их силового взаимодействия. Так атмосферные осадки, формируя повреждающий фактор, зачастую приводят к увеличению активного давления на стену, изменениям характеристик грунтового основания, ухудшая работу сооружения в целом. Таким образом, при оценке живучести подпорной стены с повреждениями, в ряде случаев необходимо учитывать изменения в работе системы «грунтовый массив-конструкция-основание».
Важным моментом для формирования расчетной модели конструкции при оценке единичной живучести подпорных стен является выбор типа и параметров локальных повреждений. Проведенные исследования позволили выявить типичные для бутобетонных стен локальные повреждения: вывалы, участки с местной потерей устойчивости стены; крены стены на ограниченных участках; вертикальные и наклонные трещины, повреждения грунтового основания [3]. Наибольший интерес представляют вывалы и участки местной потери устойчивости, как одни из наиболее распространенных в бутобетонных подпорных стенах. С точки зрения последствий возникновения их можно рассматривать как однотипные повреждения. Наклонные, криволинейные, замкнутые и другие трещины требуют анализа с точки зрения их последующего развития и перехода в следующую стадию разрушения. Крены стены на ограниченных участках могут приводить как к последующим вывалам, так и опрокидыванию всей стены. Повреждения грунтового основания стены могут иметь как естественные природные причины, так и техногенный характер. Одними из распространенных причин повреждения техногенного происхождения являются земляные работы, проводимые возле стены, а природного характера - водная абразия и водная эрозия.
Таким образом, в первом приближении, оценку живучести континуальных подпорных стен целесообразно осуществлять в следующих направлениях:
— Оценка работы сооружения с вывалами (путем выключения из работы участка стены);
— Оценка работы стены с изменением конфигурации конструкции (с локальным креном участка стены);
— Оценка работы сооружения при изменении характеристик и сплошности грунтового основания.
Учитывая основное назначение подпорных стен - удержание откосов или массивов грунта, целесообразно использовать такие критерии потери живучести, как разрушение сооружения, просачивание грунта через повреждение, горизонтальные подвижки грунта совместно с изменением положения конструкции (опрокидыванием или сдвигом).
Выбор в расчетной модели вида и параметров повреждений зависит от решаемых задач. При расчетной оценке живучести существующей континуальной подпорной стены повреждения могут задаваться в соответствии с реальным состоянием сооружения. При оценке живучести проектируемого сооружения или сооружения без локальных разрушений, повреждения должны задаваться с учетом характеристик системы «грунтовый массив-сооружение-основание», вероятности возникновения тех или иных повреждений в данных инженерно-геологических и других условиях. В связи с высоким уровнем неопределенности параметров задаваемых в расчетной модели повреждений, требуются их нормирование. Такое нормирование должно быть основано на статистических данных, теоретических и экспериментальных исследованиях.
Для моделирования оценки живучести континуальной подпорной стены, на современном этапе целесообразно использовать программный комплекс «Plaxis 3D Foundation». Данная программа позволяет осуществлять поэтапное загружение конструкции, в том числе внедрение в конструкцию повреждений, изменение параметров системы «грунтовый массив-сооружение-основание», максимально приближая численный эксперимент к реальным условиям и процессам. Преимуществами программы «Plaxis 3D Foundation» являются: использование нескольких типов конечных элементов для моделирования различных видов напластования грунтов; описание поведения грунта нелинейной моделью Кулона-Мора и др. Несмотря на то, что «Plaxis» не сертифицирован в Украине, он соответствует нормам Еврокода, а также имеет сертификат Госстандарта Российской Федерации.
Создание расчетной модели и расчет целесообразно осуществлять с использованием следующих этапов:
— Создание грунтового массива;
— Создание подпорной стены;
— Активация грунтового массива и подпорной стены;
— Активация повреждений в теле конструкции или грунтовом основании и внесение при необходимости изменений в характеристики грунтового основания, сооружения и массива грунта.
Другим вариантом может стать изначальное внесение измененных характеристик системы «грунтовый массив-конструкция-основание» с последующим внесением повреждений в конструкцию стены.
Введение изменений в характеристики системы «грунтовый массив-сооружение-основание» целесообразно осуществлять в том случае, если можно с определенной достоверностью установить, что локальные повреждения могут быть связаны с этими изменениями и они существенно влияют на работу всей системы.
Предварительные численные эксперименты по оценке живучести отдельных моделей подпорных стен из бутобетона позволили выявить некоторые сценарии разрушения, представленные в табл. 1. Развитие того или иного сценария зависит от большого количества факторов, в том числе от характеристик системы «грунтовый массив-сооружение-основание» и параметров единичных повреждения.
Таблица 1
Сценарии разрушения системы «грунтовый массив-сооружение-основание» с подпорными стенами их бутобетона при оценке единичной живучести
№ п/п Вид повреждения (задаваемый) Сценарий разрушения с выделением этапов
1 2 3
1. Вывал Просачивание грунта - -
ограниченного Разрушение близлежащих Полное -
размера участков стены разрушение сооружения
Отказ участка Вывал участка стены Просачивание -
основания грунта
Разрушение близлежащих Полное разрушение
участков стены конструкции
Недопустимые - -
перемещения грунта со стеной (сдвиг, опрокидывание)
Разрушение стены - -
Крен участка стены Разрушение стены - -
Вывал участка стены Просачивание грунта -
Разрушение близлежащих Полное разрушение
участков стены конструкции
Недопустимые
перемещения грунта со стеной (опрокидывание)
Выводы
Высокий уровень ответственности значительного количества подпорных стен, в соответствии с нормативными актами Украины, предполагает оценку их живучести при аварийных и запредельных нагрузках и воздействиях, наличии повреждений. В то же время методики такой оценки отсутствуют.
Предложенный метод оценки живучести подпорных стен основан на понятии единичной живучести и дает возможность установить наиболее опасные повреждения, принять соответствующие меры к их предупреждению на стадии проектирования либо устранению на стадии реконструкции с целью повышения живучести сооружений.
Предварительные числовые эксперименты в программном комплексе «Plaxis 3D Foundation» позволили выявить характерные сценарии разрушения системы «грунтовый массив-сооружение-основание» с подпорными стенами из бутобетона. Расчеты заканчивались такими этапами, как: разрушение сооружения, недопустимые перемещения грунта совместно с сооружением; просачивание грунта в образовавшееся повреждение.
Возникновение повреждающих факторов связано с теми или иными изменениями в системе «грунтовый массив-сооружение-основание». Поэтому в некоторых случаях в расчете сооружений на единичную живучесть необходимо учитывать изменения в элементах системы, произошедшие вместе с возникновением повреждений и имеющие общие причины происхождения. Как правило, это касается изменений, связанных с воздействием на грунтовый массив и основание сооружения грунтовых вод, пригрузом массива сверху, повреждения участка основания и др.
Список литературы
1. ДБН В.1.2-14-2009. Общие принципы обеспечения надежности и конструктивной безопасности зданий, сооружений строительных конструкций и оснований. К.: Мшрегюнбуд Украши, 2009.- 41 с.
2. Клюева Н.В. Основы теории живучести железобетонных систем при внезапных запроектных воздействиях: Автореф. дис. д-ра техн. наук./ Н.В.Клюева. - ОГТУ. -Орел.. - 2009. - 33 с.
3.Назаров Ю.П. К проблеме обеспечения живучести строительных конструкций при аварийных воздействиях / Ю.П.Назаров, А.С.Городецкий, В.Н Симбиркин // Строительная механика и расчет сооружений. - 2009. - № 4. - С. 5 - 9.
4.Кудишин Ю.И., Дробот Д. Ю. К вопросу о живучести строительных конструкций // Строительная механика и расчет сооружений. - 2008. - № 2 (217). - С. 36 - 43.
5.Дьяков И.М. Виды и причины локального разрушения гравитационных подпорных стен в сложных инженерно-геологических условиях Крыма / И.М. Дьяков, Д. А.Мравец // Строительство и техногенная безопасность. Сб. науч. трудов. — Симферополь : НАПКС, 2011. -Вып. 37. - С. 80-88.
УДК 550.311:551.24
Ковалев А.А., аспирант
Национальная Академия природоохранного и курортного строительства.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗДАНИЯ СПОСОБОМ
ЕДИНИЧНОГО СКАЧКА
Экспериментальным путем определены динамические характеристики здания
способом единичного скачка
динамическая паспортизация, единичный скачек, спектр
Введение
По количеству жертв и пострадавших, вызванных природными катастрофами, лидирующие положение в этом «черном» списке принадлежит землетрясениям и вызванным ими последствиям. Человек не научился пока предотвращать или предсказывать землетрясения. Единственным средством защиты от них является обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений. В пределах Украины Крым является наиболее сейсмоуязвимым регионом, свидетельством чего служат каталоги сильных землетрясений прошлого и современные карты сейсмического районирований. Для обеспечения сейсмобезопастности объектов региона необходимо периодическое проведение "стресс-тестов", не допускающих остаточных деформаций. Особенно актуально это для объектов повышенной ответственности, но нужн о' также для существующих и строящихся гражданских и промышленных зданий. Динамическая паспортизация (ДП), включенная в строительные нормы (ДБН В.1.1-12:2006 - п. 1.3.3) [1], призвана быть эффективным средством контроля сейсмической и механической устойчивости зданий и сооружений.
Для разработки методики ДП и ее успешного применения необходимо решить ряд задач: выбор способа возбуждения сооружения, совмещение территориального зонирования с динамическими характеристиками конструкций, разработка рекомендаций по локальному усилению конструкций, обработка данных в единицах измерения, удобных для конструкторов и проектировщиков. Необходимо разносторонне проработать каждую из этих задач, решив ее экспериментальным и аналитическим путями. Требуется объединить полученные результаты в единый инструмент, который позволит надежно, быстро и точно определять (и прогнозировать) поведение конструкций сооружения в динамике, наблюдать динамику изменения однородности конструкции, выявлять напряженности в материале [2].
