CC BY
342. Исход из теплотехнического расчёта наружную панель с толщиной утеплителя 8 см можно применять в 3 и 4 температурных зонах Украины, для 1 и 2 зоны необходимо предусмотреть увеличение толщины утеплителя.
3. Армирование панели первого этажа предварительное, необходимо уточнить армирование на верхних этажах.
4. Работу необходимо продолжить в направлении расчётного анализа стыков стеновых панелей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. МОНОМАХ. Программный комплекс проектирования железобетонных конструкций многоэтажных каркасных зданий. Руководство пользователя. / [Юсипенко С.В., Батрак Л.Г., Городецкий Д.А., Рассказов А.А.]. - К: издательство «Факт», 2005. - 250с
2. Рабочей проект „Комплекс жилой и общественной застройки по ул. Никонорова в г. Симферополь".
3. Страшко Р.Г., Линченко Ю.П. „Численное исследование стыка стеновых панелей". Сборник выпуск 27 „Строительство и техногенная безопасность" Симферополь 2009г.
4. Никитин К. В., Линченко Ю. П. „Расчёт узлов и стыков стеновых панелей на сейсмическое воздействие". Сборник выпуск 28 „Строительство и техногенная безопасность" Симферополь 2010г.
УДК 629.124.74:622.242 Лившиц Б. Р.
ОАО «ЦКБ «Коралл» г. Севастополь.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕНЕТРАЦИИ ОПОРНЫХ КОЛОНН САМОПОДЪЕМНОЙ ПЛАВУЧЕЙ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ В ГРУНТ
Рассматриваются вопросы определения пенетрации опорных колонн СПБУ в грунт по упрощенной методике. Анализируются полученные результаты с величиной пенетрации СПБУ при постановке на грунт. пенетрация, СПБУ, опорные колонны, башмак, давление.
В настоящее время ни в Украине, ни за ее пределами не существует стандартизированной методики определения пенетрации колонн самоподъемных плавучих буровых установок (СПБУ) в грунт. Также не существует строгих математически обоснованных подходов к определению параметров взаимодействия опорных колонн и грунта. Некоторые результаты экспериментальных исследований содержит [1], в которой приведены расчетные формулы : Б Б'
где Б - глубина пенетрации башмака; Б - эквивалентный диаметр башмака;
Q = [6 • (1 + 0,2— )suavg ]A + у¥ - по методу Скемптона (Skempton method)
ivn.iv ни^^ш им. ч^^хн ,
А - максимальная площадь поперечного сечения башмака; у - среднее значение веса грунта выше башмака; V - объем башмака; Другой известной формулой служит :
Q = [5,14 • (1,2 + 0,4 tan 1 — )suavg ]A + y'V - по методу Хансена (Hansen method)
B
Еще одним известным методом определения глубины пенетрации является метод Хоулсби и Мартина (Houlsby&Martin Method)
В тоже время, важность определения характеристик взаимодействия опорных колонн и грунта, очевидна, т.к. влияние величины пенетрации опорной колонны в грунт и характеристики взаимодействия оказывают существенное влияние не только на принятие технических решений при проектировании элементов опорно-подъемного устройства (ОПУ) - башмаков и колонн, но и на принятие решений по общей концепции самоподъемной платформы (обеспечение общей прочности и устойчивости).
В настоящей статье представлена упрощенная методика определения пенетрации опорных колонн. На рисунке 1 представлена схема влияния пенетрации опорных колонн и характеристик взаимодействия башмака с грунтом на проектные параметры при разработке концепции ОПУ СПБУ.
Глубина пенетрации опорных колонн в грунт 1пен складывается из двух составляющих - продавливание (или точнее «протыкание») грунта в момент установки платформы (1прод) и просадка при действии всего веса СПБУ (1пр ):
1пен 1прод+ 1пр (1)
В основе определения пенетрации опорных колонн в грунт за счет продавливания допустимо использовать гипотезу представления грунта как упруго - пластической среды.
Большинство решений задачи о несущей способности за счет сил трения, основано на определении сопротивления грунта развивающегося по боковой поверхности башмака и части опорной колонны. На основании ряда методик, разработанных М.И. Горбуновым -Посадовым, М.С. Грутманом, Л.С. Лапидусом, Ф.К. Лапшиным, можно определить давление обжатия в точках опорного башмака при погружении опорной колонны в грунт. Здесь рассматривается осесимметричная плоская деформация расширения отверстия от
Рис. 1. - Схема влияния пенетрации опорных колонн при взаимодействии с грунтом на определение характеристик СПБУ
В общем случае можно выделить упругую и пластические области с границей между ними в виде окружности радиуса г = р. Компоненты напряжений в упругой области:
и = F / r2 + p , r (2) a0 = -F / r2 + pj
где p - природное горизонтальное давление покоя на данной глубине (знак + для сжимающих напряжений;
F - усилие при задавливании опорной колонн в грунт.
В пластической области, принимая для грунта условие прочности Кулона - Мора, получаем:
Gr=(pr+cctg9)(2r/D)?-1- cctg9 (3)
Go=^(pr+cctg9)(2r/D)?-1- ctg9 (4)
здесь pr -радиальное давление на контуре отверстия, образующегося при задавливании
с и ф - сцепление и угол внутреннего трения грунта;
^=tg2(45°-0,59) (5)
Из условия равенства компонентов напряжения на границе упругой и пластической областей по выражению (2) получим :
p=[(p+c^)(1+ ^/2(p+c^)]1/(1"?)D/2 (6)
Исходя из того, что образование отверстия в грунте является следствием его уплотнения в пластической и упругой областях, находим деформацию изменения объема в точке с координатой r, определяя ее через начальный коэффициент пористости 8 :
ev=[s-e(r)]/(1+s) (7)
Используя линейный закон компрессии и принцип гидроемкости Н.М. Герсеванова найдем :
ev=(1-2ц)[(1+ц)/[(p+cctgф)(2r/D)?-1(1+^)-2cctgф]-2p]/Eo (8)
- - коэффициент поперечного расширения грунта;
E° - начальный модуль деформации грунта при задавливании.
Для башмака, работающего с вытеснением грунта т.е. с расширением отверстия от нулевого радиуса до радиуса башмака изменение объема в пластической области описывается уравнением :
р 2п
Д V = J Jevrdrdd (9)
o o
Учитывая уплотнение грунта в упругой области, определим радиальное давление рбок, которое представляет собой величину обжатия ствола сваи [4]:
E sin у
Рбок = [—-„ -г]1+siny (Pp + cctgy) -cctgy (10)
4 P°(1 -и) - 2p0(2--) p
Давление грунта pp, p0, кПа, определяют по формулам при плотности грунта у :
p0 =T/L-r,h; (11)
1 -pp = p0(1 + sin у) + ccoscp (12)
Величины удельного сопротивления грунта под нижним концом сваи pcon (R= pcon в обозначениях СНиП [3]) и предельного радиального давления páíé при погружении связаны зависимостью :
pcon = (p6oK + n2c)/n1 (13)
где c - удельное сцепление грунта природного сложения;
Й1 и п2 - геометрические коэффициенты, зависящие от формы башмака и внутреннего трения грунта р. В таблице 1 представлены эти коэффициенты для башмаков традиционного типа.
Л - коэффициент поперечного расширения, определяемый экспериментально или принимаемый приближено по эмпирическим зависимостям, в частности, для глинистых грунтов - по показателю текучести 1ь;
Е - модуль деформации основания.
Таблица 1
Величины коэффициентов n1 и n2_
Коэффициент Угол внутреннего трения грунта ф,, град.
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40
П1 0,53 0,48 0,41 0,35 0,30 0,24 0,20 0,15 0,10 0,06
П2 0,94 0,88 0,83 0,78 0,73 0,69 0,65 0,62 0,58 0,54
Величина суммарного усилия, требующегося для вдавливания башмака в грунт, определяется по формуле :
F = 0,8 pcon Абаш + 0,75 рбок Лбж (14)
где Абаш - площадь опорной части башмака;
Aá t - площадь боковой поверхности башмака и опорной колонны
В вышеприведенном выражении коэффициенты 0,8 и 0,75 носят смысл коэффициентов работы при определении составляющих от давления под башмаком опорной колонны и от давления по боковой поверхности башмака и опорных колонн.
Рассмотрение принятой расчетной схемы и напряженно - деформированного состояния грунта вокруг вдавливаемого башмака позволяет утверждать, что используемый в выражении модуль является модулем мгновенных деформаций Е0 при быстром вытеснении упругого грунтового тела в окружающий массив. Для несвязной среды Е0 определяется упругими свойствами частиц и практически равен модулю упругости Ее. Выражение модуля деформаций Ее при идеально-сыпучих грунтах может быть получено в виде [4]:
1+sin р sin р
Ее = Щ E0 (15)
где n5 - коэффициент, зависящий от и внутреннего трения грунта р (см. таблицу 2);
Таблица 2.
Величина коэффициента n5
Р 10 20 30 40
П5 1.1 1.3 1.4 1.6
1+sin р sin р П5 1.90 2.80 2.74 3.33
Формула модуля деформаций Ее позволяет получать значения модуля мгновенных
деформаций, который в несколько раз превышающие величины штампового модуля Е^, приводимые в нормах или определяемые по традиционным эмпирическим зависимостям.
Дискретно-непрерывное вытеснение грунта из-под башмака при погружении колонны в водонасыщенные суглинки и глины сопровождается нарушением их природного сложения. Прочность основания снижается в несколько раз, что может быть учтено путем использования остаточного удельного сцепления С№ = дС, где С -
начальное удельное сцепление, а величина 8 для четвертичных глинистых грунтов от мягкопластичной до твердой консистенции вычисляется как :
8 = 1 - 0,75^1 -1,78/^2 , что при /ь =0,4 - 0,7 дает 8=0,36...0,73 (16)
Таким образом, удельное сцепление грунта под башмаком при вдавливании должно определяться с учетом Ск.
Также следует иметь ввиду, что угол внутреннего трения грунтов с нарушенной структурой изменяется в широком диапазоне и зависит от многих факторов. Для задач по определению пенетрации опорных колонн в грунт изменение угла внутреннего трение может быть учтено как <рк = 0,9р, где р - начальный угол внутреннего трения.
С учетом определенной величины Ее следует определить дополнительную осадку грунта по линейно-деформированной схеме на основании методики СНиП [5] по формуле:
1 = РподРкр £ к -к;-1
пр
к
т
1=1
Е;
(17)
где рпод - среднее давление под подошвой; Б - диаметр башмака;
кс и кт - коэффициенты, принимаемые по таблицам 3 и 5;
п - число слоев, различающихся по сжимаемости в пределах расчетной толщи слоя; к и кг-1 - коэффициенты, определяемые в зависимости относительной глубины, на которой расположены подошва и кровля /-го слоя соответственно ^г=2ъ/Ъ и ^г-1=2ъ/-1/Ъ по таблице 4.
Ег - модуль деформации /-го слоя грунта Таблицы 3,4,5 составлены на основании рекомендаций СНиП [3]
Таблица 3
Относительная толщина слоя С ' = 2Н/ В Коэффициент кс
0 < С / < 0,5 1,5
0,5 < С / < 1 1,4
1 < С / < 2 1,3
2 < С / < 3 1,2
3 < С / < 5 1,1
С / > 5 1,0
с
Таблица 4
Коэффициент к
—
С = 2г / В к
0,0 0,0
0,4 0,090
0,8 0,179
1,2 0,266
1,6 0,348
2,0 0,411
Коэффициент к„
Таблица 5
—
Среднее значение модуля деформации грунта основания Е, Значения коэффициента кт при диаметре башмака В, м, равной
МПа В < 10 10 < В < 15 В > 15
Е < 10 1 1 1
Е > 10 1 1,35 1,5
Высота линейно-деформируемого слоя Н при диаметре фундамента Д > 10 м и среднем значении модуля деформации грунтов основания Е > 10 МПа, вычисляется по формуле:
Н = 1,2( Н о +цЮ) (18),
где Н0=9 м и ^=0,15 для глинистых грунтов 9 м и 0,15 и Н0=6 м и у=0,1 для песчаных грунтов;
Если основание сложено пылевато-глинистыми и песчаными грунтами, значение Н определяется по формуле :
Н = нs + кс1 /3 (19),
где Нц - толщина слоя, вычисленная по формуле в предположении, что основание сложено только песчаными грунтами;
Ис1 - суммарная толщина слоев пылевато-глинистых грунтов.
Для практических целей определения пенетрации предлагается использовать подход в следующей последовательности :
1. В таблице определяются величины давления на грунт, передающегося от башмака СПБУ и удельного сопротивления грунта под башмаком при различном заглублении. Определяется усилие задавливания.
2. По таблице или с помощью графика давлений определяется глубина пенетрации
1прод..
3. Строится график зависимости сопротивления от глубины пенетрации Я = /(кг) . На кривой определяется местоположение точки, соответствующей равенству давлений от задавливания СПБУ р = Г / Абаш и предельного давления слоя рсоп. На графике, по
вертикальной оси определяется величина усилия задавливания Ги.
4. Определяется величина модуля упругости слоя грунта под башмаком опорной колонны с учетом нарушения структуры Ее.
5. Определяется величина дополнительной просадки опорной колонны по линейно-деформированной схеме 1пр при передаче полной величины усилия на грунт.
6. Определяется суммарная пенетрация : 1пен= 1прод+ 1пр
В качестве примера приведем расчет заглубления колонн СПБУ «Мурманская» при установке в Южно-Китайском море (106049'30'' и 9026'45''). На рисунке 2 показана схема установки СПБУ. Диаметр башмака опорной колонны Обаш=16 м, усилие при задавливании колонны в грунт составляет около 75500 кН.
Грунтовые условия площадки [6] установки СПБУ представлены в таблице 6.
В таблице 7 представлен ход вычисления величины Ги по вышеприведенной методике, а на рисунках 3 и 4 представлены поясняющие графики.
Таблица 6
Грунтовые условия площадки установки СПБУ_
№ ИГЭ Глубина залегания грунта, м Наименование грунта Взвешенный объёмный вес грунта у, кН/м3 Угол внутреннего. трения ф, град Сцепление С, КПа
1 0.0 -1.0 песок 8.5 17
2 1.0 -8.8 песок 9.5 30
3 8.8 - 13.2 глина 9.3 115
4 13.2 - 16.0 глина 8.9 75
5 16.0 -18.2 глина 8.9 59
6 18.2 -20.0 песок 9.3 35
Таблица 7
Определение усилия задавливания_
Нагрузка при задавливании Б, кН 75500 75500 75500 75500 75500 75500 75500 75500
Пенетрация Ип, м 1 2 3 4 5 6 7 8
Диаметр башмака Ббаш, м 10 16 16 16 16 16 16 16
Площадь башмака Абаш, м2 79 201 201 201 201 201 201 201
Давление на грунт, кПа ргр 962 376 376 376 376 376 376 376
Площадь бок.поверхности Абп, м2 0 30 50 50 50 50 50 50
Угол внутреннего трения ф, град 17 30 30 30 30 30 30 30
Сцепление с, кПа 1 1 1 1 1 1 1 1
Коэффициент д 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
Удельный вес (взвешенный) у, кН/м3 8.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5
Модуль деформаций Е, кПа 3000 5000 5000 5000 5000 5000 5000 5000
Р0, кПа 2.125 4.75 7.125 9.5 11.875 14.25 16.65 19
рР, кПа 3.7 8.0 11.6 15.1 18.7 22.2 25.8 29.4
Рбок, кПа 46.4 157.3 188.1 217.0 244.2 270.1 294.9 318.7
п2, кПа 0.77 0.64 0.64 0.64 0.64 0.64 0.64 0.64
п1, кПа 0.88 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78
Рсоп, кПа 53.6 202.5 242.0 279.0 313.9 347.1 378.9 409.4
Усилие задавливания Би, кН 3365 36090 45952 52989 59629 65938 71970 77767
Рисунок 3 - Рисунок 4 - Определение глубины
Определение пенетрации продавливания
По графику определяется величина /прод=7,0 метра
Далее выполняется пересчет коэффициента сцепления слоя 3 при 5 « 0,7 С0=0,7*115=80,5
1+sin çp
__sin çp _
кПа и модуля упругости слоя 2 по формуле 15 при Ee = n5 E0 «2,73*5000=13650 кПа
Величина дополнительной просадки опорной колонны по формуле 17, определенная по линейно-деформированной схеме составляет /пр=0,4 м.
Суммарная величина пенетрации составляет /пен= /прод+ /пр=7,0+0,4=7,4 м Фактически в месте установки СПБУ «Мурманская» величина пенетрации составила 7,1 метра, что показывает высокую точность примененного метода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ОТС 19545 Comparison of Jackup Rig Spudcan Pénétration Methods in Clay.
David Menzies, Fugro-McClelland Marine Geoscience, Inc., and Richard Roper, ENSCO International, Inc. / Материалы Offshore Technology Conference / Houston, 2008.
2. Караулов А.М. Несущая способность оснований осесимметричных фундаментов и сооружений. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, Санкт-Петербург, 2008 - 36 с.
3. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» М., Стройиздат, 1995 - 46 с.
4. Савинов А.В. Применение свай, погружаемых вдавливанием, при реконструкции исторической застройки городов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, Волгоград, 2008 - 34 с.
5. СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений», М., Стройиздат, 1995 - 49 с.
6. Geo Lab Report. For installation of jack-up rig at block conductor complex «BK10-LQ10» nearby BK-1 platform «White Tiger» oilfield block 09-1 offshore Vietnam. Vietsovpetro Research&Engineering Institut, Vung Tau, 2007 - 18 с.
УДК 652;69.1.
Литовченко П.А., к.т.н., доцент, Глушаков Н.И..
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
ЗАВИСИМОСТЬ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОБЛЕГЧЁННЫХ ТРЁХСЛОЙНЫХ СБОРНО-МОНОЛИТНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПАНЕЛЕЙ ОТ ДИАМЕТРА РАСКОСОВ, ПРИ ИЗГИБЕ.
Изучено влияние диаметра раскосов, на несущую способность панелей, при изгибе. Выявлено, что при увеличении диаметра раскосов увеличивается и несущая способность, до тех пор, пока разрушение панелей происходит от потери устойчивости раскосов. Дальнейшее увеличение диаметра раскосов не оказывает существенного влияния на несущую способность панелей.
Многослойные конструкции, диаметр раскосов, трёхслойные железобетонные панели, несущая способность.
Введение. Анализ публикаций. Многослойные конструкции в настоящее время находят всё большее применение в строительстве, прежде всего благодаря своим отличным тепло- и звукоизоляционным характеристикам, что в свою очередь ведёт к снижению затрат при эксплуатации зданий. Вместе с тем работа многослойных конструкций под нагрузкой изучена не достаточно. В большей степени изучены
