CC BY
155
УДК 624.21
РАСЧЕТ ГИБКИХ ПОДПОРНЫХ СТЕНОК УГОЛКОВОГО ПРОФИЛЯ С УЧЕТОМ СОВМЕСТНОЙ ИХ РАБОТЫ С ГРУНТОМ
В.П. Кожушко, профессор, д.т.н., ХНАДУ
Аннотация. Рассмотрен вопрос определения напряженно-деформированного состояния элементов уголковых подпорных стенок при учете совместной их работы с грунтом. Исследования выполнены на основе разработанного автором метода расчета подпорных стенок нежесткого типа.
Ключевые слова: гибкая уголковая подпорная стенка, линейно-деформируемая полуплоскость, линейно-деформируемая четвертьплоскость, смешанный метод строительной механики, условие совместности деформаций.
Введение
Гибкие подпорные стенки уголкового профиля рекомендуются для удержания от обрушения грунта вертикальных или наклонных откосов при широком диапазоне их высот (от 3 - 4 до 7 - 8 м). Для удержания грунта откосов, имеющих другие высоты, они также могут быть применены, но будут менее целесообразны, чем подпорные стенки других конструкций. Расчет уголковых подпорных стенок, особенно с учетом влияния на их работу грунта, очень сложный и требует дальнейших теоретических исследований.
Анализ решений по расчету подпорных стенок
Многие ученые посвятили свои работы вопросу определения бокового давления грунта на гибкие подпорные стенки с учетом их совместной работы с грунтовым массивом. Так, В.Ф. Раюк [1, 2] исследовал характер и величину бокового давления на вертикальную грань подпорной стенки с учетом ее деформаций и смещения, используя при этом модель линейно-деформируемой четвертьплос-кости, но он не рассматривал совместную работу вертикальной стенки и фундамента как единой системы, взаимодействующей с грунтом. Е.И. Чернышева [3] исследовала вопрос о влиянии гибкости вертикальной стенки на величину бокового давления грунта. И.Я. Лучковский [4] , используя метод суперпози-
ций, дает решение по определению бокового давления грунта на подпорные стенки от узких нагрузок и сосредоточенной силы. Он обращает внимание на затухание с глубиной бокового давления грунта от пригрузки. Однако и эти авторы при определении бокового давления не учитывали совместную работу вертикальной стенки и фундамента как единой системы, взаимодействующей с грунтом. И.А. Симвулиди [4] рассчитывает гибкую подпорную стенку с учетом взаимодействия всех ее элементов с грунтом, но в качестве модели грунта как засыпки, так и основания вводит линейно-деформируемую полуплоскость, что не совсем корректно, Кроме того, этот метод не позволяет учитывать влияние пригрузки на НДС системы.
Таким образом, для оценки НДС гибких подпорных стенок уголкового профиля необходим учет совместной работы всей стенки с грунтом и применение более обоснованных моделей грунта в районе ее вертикального и горизонтального элементов.
Цель и постановка задачи
Нами предлагается расчленять гибкую подпорную стенку в точке ее соединения с фундаментом на отдельные полосы (вертикальную стенку и фундамент, рис.1). В районе вертикальной стенки грунт описывается моделью в виде линейно-деформируемой четвертьплоскости [6] или предложенной
нами комбинированной модели в виде вин-клеровского слоя, лежащего на линейно-деформируемой четвертьплоскости [7]. В районе фундаментного блока может использоваться любая модель грунта, позволяющая определять деформации в рамках разработанного Б.Н. Жемочкиным [8] смешанного метода строительной механики.
Нами предлагается для расчета фундаментного элемента использовать модели грунта, для которых составлены таблицы реактивных усилий, углов поворота и осадок от любых единичных внешних нагрузок и пригру-зок [9, 10]. Задача решается в рамках плоской деформации, для чего вдоль подпорной стенки вырезается элемент длиной один метр. Для определения НДС системы использован смешанный метод строительной механики, предложенный Б.Н. Жемочкиным [8]. Между вертикальной стенкой и грунтом засыпки, а также между фундаментным блоком и грунтом основания, в серединах участков разбивки ставятся деформируемые стерженьки, если используются комбинированные модели грунта, и абсолютно жесткие стерженьки -для других моделей [6, 7, 9, 10].
При расчете фундаментной полосы фиктивная заделка вводится на левом конце полосы, в вертикальной полосе заделка вводится внизу. Первоначально боковое давление от собственного веса грунта определяется по Кулону, а боковое давление от нагрузки, приложенной на поверхности грунта, вводится с учетом его затухания по глубине. За счет гибкости вертикальной стенки происходит перераспределение давлений. Неизвестный изгибающий момент МС в месте разреза (в точке С) находим, приравнивая углы поворота вертикальной стенки и фундаментной полосы в точке С.
Реактивные давления, увеличенные угол поворота и относительную осадку определяем в результате решения системы уравнений [6, 7,
9, 10].
После определения изгибающего момента МС в точке разреза вертикальная и горизонтальная полосы рассматриваются как независимые один от другого элементы. Величина усилия Х7 в разрезе равна равнодействующей бокового давления Е.
При расчете фундаментной полосы следует учитывать слева и справа пригрузку от веса грунта.
Рассмотрим уголковую подпорную стенку, параметры которой приведены на рис. 2. Модуль общей деформации грунта засыпки в горизонтальном направлении Е0гор=2,05-104 кПа, грунта под фундаментным блоком Е0=4,1-104 кПа, коэффициент Пуассона бетона v^=0Д67, модуль бокового расширения грунта v0=0,30. Разбивка вертикальной стенки и фундамента произведена на пять участков. Тогда длина участка разбивки вертикальной стенки с1 = Ы5 = 4/5 = 0,8 м, длина участка фундаментного элемента - с2 = 1/5 = = 2,5/5 = 0,5 м. Показатель гибкости системы «вертикальная стенка-грунт» а1 =0,1473, а системы «фундамент-грунт» - а2=0,1405. Вертикальная стенка контактирует с грунтом, который описывается линейно-деформируемой четверть-плоскостью, фундаментная полоса лежит на линейно-деформируемой полуплоскости.
Результаты расчета подпорной стенки приведены на рис. 3. Сплошными линиями показаны эпюры, полученные с учетом совместной работы всех элементов подпорной стенки с грунтом, пунктирные - без учета работы стенки с грунтом, штрих-пунктирные - с учетом совместной работы с грунтом только фундамента.
На вертикальной стенке приведены только две эпюры, так как эпюры, построенные с учетом совместной работы только фундамента с грунтом и без учета совместной работы стенки с грунтом, совпадают (пунктирная линия).
Из рис. 3 видно, что эпюры, построенные с учетом совместной работы всей подпорной стенки с грунтом, значительно отличаются как от эпюр, полученных без учета совместной работы стенки с грунтом, так и от эпюр, построенных с учетом совместной работы с грунтом только фундамента. При учете совместной работы всей подпорной стенкой с грунтом верхняя часть вертикальной стенки отлипает от грунта, а давление под подошвой фундамента выравнивается по сравнению с давлением, полученным при учете совместной работы с грунтом только фундамента. Изгибающий момент внизу вертикальной стенки (в точке С присоединения стенки к фундаменту) в 1,62 раза меньше момента,
рассчитанного без учета совместной ее работы с грунтом. В верхней части вертикальной стенки (почти до половины ее высоты) изгибающие моменты равны нулю. Значительные изменения также претерпевают поперечные
силы в районе вертикальной стенки и тыльного участка фундамента. Эпюры давлений грунта на все элементы подпорной стенки при учете совместной ее работы с грунтом -криволинейны.
/7///777Л В С
Ф)
77~777' /// /У/ /// ///
В
/// /// /// /// /// '- N1
н
N2
- N3
I
И^ N4
Рис. 1. Сечение гибкой подпорной стенки
б
/// ///
///////// б1=0.25м
\ ЧЧ, -Ч
ч 1м 1.25м \ 1" ф
0.25 м 2.5м
да=24кПа
в=25кИ Я2=77кПа
д1=23кПа
б
а
в
а
Рис. 2. Нагрузки на подпорную стенку
а
б
-3.0(2.4)
М,кНм
32.8(24.0)
24.8(32.8)
к39.2(64.0)
в
Рис. 3. Эпюры давлений, поперечных сил и изгибающих моментов в уголковой подпорной стенке
Выводы
Учет совместной работы гибкой уголковой подпорной стенки с грунтом должен быть обязательным, т.к. это приводит к значительному изменению НДС системы.
Литература
1. Раюк В.Ф. Расчет давления грунта на под-
порные стенки // Речной транспорт. -1965. - №5. - С. 46 - 49.
2. Раюк В.Ф. Расчет бокового давления грун-
та на вертикальную грань подпорной стенки с учетом ее деформации и смещения // Гидротехническое стр-во. -1968. - №2. - С.35 - 40
3. Чернишова К.И. Результати дослщження
розподшу тиску грунту на гнучю шдшрш стшки // Доповщ АН УРСР. -К.: Наукова думка. - 1964. - Вип. 12. -С.1609 - 1613.
4. Лучковский И.Я. Взаимодействие конструкций с основанием / Бiблiотека журналу 1ТЕ. - Харюв: ХДАГХ. - 2000.
Т. 3. - 264 с.
5. Симвулиди И.А. Расчет инженерных
конструкций на упругом основании: Учеб. пособ. - 5-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 1987. - 575 с.
6. Кожушко В.П. Розрахунок щшинних
фундаменпв як с^чок на лшшно-
дефорншвнш чвертьплощиш // Автом. дороги i дор. буд-во. - К.: Будiвельник. - 1983. - Вип. 32. - С. 67 - 75.
7. Кожушко В.П. Основы расчета подземных
сооружений прямоугольного очертания на симметричную нагрузку // Изв. вузов. Стр-во и архитектура. - 1971. - №3. -С. 29 - 32.
8. Жемочкин Б.Н., Синицын А.П. Практические методы расчета фундаментных балок и плит на упругом основании. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Госстройиздат, 1962. - 239 с.
9. Кожушко В.П. Расчет конструкций на
комбинированном основании:
Монография. - Харьков: ХАДИ, 1987. -219 с. Деп. в ВНИИИС, 3.04.87, №7823.
10. Кожушко В.П. Расчет инженерных конструкций на линейно-деформируемом слое конечной толщины: Учеб. пособие. - К.: УМК ВО, 1990. - 108 с.
Рецензент: Э.Д. Чихладзе, профессор, д.т.н., УкрГАЖТ.
Статья поступила в редакцию 13 июня 2007 г.
