ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

БУГАЄВА ІРИНА ГРИГОРІВНА

УДК 627.33:624.131:539

ПРУЖНОВ'ЯЗКОПЛАСТИЧНИЙ РОЗРАХУНОК ПІДПІРНИХ КОНСТРУКЦІЙ СПІЛЬНО З ДЕФОРМУЄМИМ СЕРЕДОВИЩЕМ

Спеціальність 05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди

А в т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОДЕСА – 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському національному морському університеті

(ОНМУ), Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор

ГРИШИН Володимир Олександрович,

завідувач кафедрою "Опір матеріалів та

будівельна механіка",

(Одеський національний морський університет)

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор

КЛОВАНІЧ Сергій Федорович,

Одеський національний морський університет,

професор кафедри "Інженерні конструкції

та водні дослідження"

-

БОГЗА Володимир Григорович,

Миколаївська державна аграрна академія,

доцент кафедри вищої та прикладної математики

Провідна установа: Полтавський національний технічний університет

ім. Ю. Кондратюка, кафедра "Конструкції з металу,

дерева і пластмас", м. Полтава, Міністерство освіти і

науки України

Захист відбудеться "14" червня 2002 р. о 1100 годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 41.085.01 Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4, ОДАБА

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Одеської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4, ОДАБА.

Автореферат розісланий "13" травня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

к.т.н., доц. Макарова С. С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність досліджень. Підпірні споруди і конструкції, які взаємодіють з грунтом, знаходять широке використання в гідротехнічному, промисловому, транспортному та цивільному будівництві. Ці споруди характеризуються великим обсягом капітальних витрат, складністю і неоднорідністю взаємодії конструкції і грунту, в умовах експлуатації вони знаходяться в складному напруженому стані.

Діючі нормативні документи та інші розрахункові методи рекомендують виконувати розрахунок подібних споруд в пружній стадії їхньої роботи або за граничним станом. Такий підхід не дозволяє прослідкувати одночасно за напружено – деформованим станом системи "споруда – контактуючий грунт", починаючи з моменту її навантаження й до втрати несучої спроможності, тому що пружний розрахунок не враховує пластичних деформацій матеріалу, а розрахунок за граничним станом дозволяє визначити тільки руйнуючі навантаження. Крім того, вказані методи не дозволяють проаналізувати напружено – деформований стан конструкції і грунту в їхній спільній роботі. Це приводить до необхідності більш глибокого вивчення та наукового обгрунтування накопичених теоретичних і експериментальних досліджень для створення більш сучасної методики розрахунку споруд і конструкцій, які взаємодіють з грунтом, з урахуванням таких важливих властивостей матеріалів як пружність, пластичність і в'язкість.

Тому розробка нових і удосконалення діючих методів розрахунку споруд, які взаємодіють з грунтом, з урахуванням реальних властивостей їхніх матеріалів і спільної роботи є досить важливою й актуальною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Направленість роботи обумовлена й безпосередньо пов'язана з кафедральною держбюджетною науково – дослідною темою №79078477 від 05.12.97 р. "Балки та плити на пружнопластичній основі". До того ж, автор був одним з виконавців цієї теми.

Мета і задачі дослідження

Об'єктом дослідження є взаємодія підпірної споруди з нелінійно деформованим пружнов'язкопластичним середовищем.

Предметом дослідження є метод спільного розрахунку підпірної споруди і взаємодіючого з нею грунту з урахуванням пружнов'язкопластичних властивостей їхніх матеріалів.

Метою роботи є теоретично – експериментальне обгрунтування методу спільного розрахунку підпірної конструкції і контактуючого з нею грунту з урахуванням пружнов'язкопластичних властивостей їхніх матеріалів, який базується на сучасному представленні теорії твердого деформованого тіла, теорії пластичності, нелінійної механіки грунтів та орієнтації на спроможності нових ЕОМ.

Для її досягнення необхідно було розв'язати наступні задачі:

-

-

-

-

-

-

Методи досліджень. При роботі з літературними джерелами, пошуку й обґрунтуванні вибору предмета досліджень, а також при формулюванні висновків по кожному розділу використовувався метод узагальнення й аналізу. У теоретичних дослідженнях взаємодії підпірних конструкцій з нелінійно деформованим пружнов'язкопластичним середовищем при складному навантаженні використані методи математичного моделювання. При виконанні експериментальної частини роботи застосовувалися методи з планування іспитів. Обробка й аналіз результатів іспитів виконувалися методами теорії математичної статистики, а також якісного, кількісного і порівняльного аналізу. Відповідність теоретичних рішень підтверджено експериментальними дослідженнями, виконаними на спеціальній установці. Вірогідність теоретичних і експериментальних результатів підтверджена виконаним у роботі порівняльним аналізом їхньої точності й адекватності.

Наукова новизна одержаних результатів. На основі теорії пластичної течії, яка базується на принципі максимуму Мізеса, створена й науково обгрунтована математична модель для аналізу сумісної роботи підпірної споруди і грунтового середовища в умовах складного навантаження, яка враховує як пружні, так і пластичнов'язкі деформації.

Розроблені алгоритм і програмний комплекс для розрахунку підпірних споруд та конструкцій, які взаємодіють з грунтом.

Надана оцінка точності та швидкості збіжності ітераційного процесу.

Розроблено методику проведення експериментальних досліджень.

На підставі стендових випробувань на моделі підпірної стінки встановлені важливі закономірності взаємодії грунту зі стінкою в залежності від її нахилу, переміщень й навантаження, як з використанням розвантажувальних плит, так і без них.

Практичне значення одержаних результатів. Запропонований метод спільного пружнов'язкопластичного розрахунку підпірних конструкцій і взаємодіючого з ними грунту, який дозволяє більш повно оцінювати роботу споруди в цілому в умовах складного навантаження, котре виникає при їх експлуатації. Метод реалізований у вигляді програмного комплексу, який дозволяє автоматизувати рішення складних нелінійних рівнянь. Він може бути використаний при проектуванні, будівництві, реконструкції та експлуатації підпірних споруд і конструкцій, які взаємодіють з грунтом. Зокрема, запропонована методика була впроваджена в морських портах (Одеський, Іллічівський, Южний, Керченський, Рені, Феодосія) та Астраханському проектно-дослідному відділі "Союзморниипроект" (Росія).

Особистий внесок здобувача: автором вперше використана теорія пластичності зі зміцненням в розрахунках підпірних споруд і конструкцій, які взаємодіють з грунтом, з урахуванням пружнов'язкопластичних властивостей матеріалів.

Розроблено метод спільного розрахунку подібних споруд, який реалізований у вигляді алгоритму і програмного комплексу для чисельного розрахунку підпірних конструкцій на ЕОМ.

Запропонована методика оцінки точності та швидкості збіжності ітераційного процесу.

За розробленою методикою проведені експериментальні дослідження взаємодії грунту з моделлю підпірної стінки при різних її переміщеннях, нахилах й навантаженнях, з використанням розвантажувальних плит і без них. Виконано обробку результатів експериментальних досліджень, їхній аналіз і зіставлення з теоретичним рішенням автора й інших дослідників.

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися на другому міському семінарі "Застосування обчислювальної техніки і математичного моделювання в прикладних наукових дослідженнях" (Одеса, 1995 р.), на Третій Українській науково-технічній конференції з механіки ґрунтів і фундаментобудування (Одеса, 1997 р.), на міжнародних науково-методичних конференціях "Удосконалення підготовки спеціалістів" (Одеса 1995 р., 1997 р., 1998 р., 1999р., 2000 р., 2001 р.), на наукових конференціях професорсько- викладацького складу Одеського державного морського університету в 1995 - 2001 р. і Одеської державної академії будівництва й архітектури в 1996 – 2001р.

Основний зміст роботи опублікований: у збірнику III міського семінару "Моделювання в прикладних наукових дослідженнях", у збірнику "Механіка симетричних неоднорідних середовищ і її додатки" за 1997 р., у збірнику "Повзучість у конструкціях" за 1998 р., у журналах "Вісник ОДМУ", №4 за 1999 р., №5 за 2000 р. і №6 за 2001р., у збірниках II і IV міжнародних науково-методичних конференцій "Удосконалення підготовки фахівців в галузі будівництва й архітектури".

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 наукових праць, з них 3 статті – у спеціалізованих збірниках наукових праць, які включені у список фахових видань, затверджений ВАК України, та 6 статей – у збірниках матеріалів наукових конференцій.

Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, основних висновків, списку використаних літературних джерел з 145 найменувань та додатку і викладена на 189 сторінках, що вміщують 166 сторінок основного тексту, 15 повних сторінок з рисунками та таблицями, 13 сторінок списку використаних джерел, 8 сторінок додатку.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність роботи, визначена її направленість, наукова новизна й практична значимість, сформульовані мета і задачі досліджень.

В першому розділі приводиться огляд існуючих теоретичних та експериментальних досліджень за темою дисертації, аналіз стану проблеми й методів розрахунку підпірних споруд і конструкцій, які взаємодіють з грунтом. На даний час використовуються декілька напрямків для вирішення цієї проблеми, котрі базуються на різних моделях. Зокрема, на теорії лінійно-деформованого середовища, теорії граничного стану, теорії пластичності та пружнопластичності, а також на обгрунтованих наближених інженерних методах.

Систематичні теоретичні дослідження пластичності бетону були започатковані в працях В. І. Мурашева при розробці методики розрахунку залізобетонних елементів, що згинаються. Великий внесок в розвиток цієї теорії внесли А. Ф. Милованов та його учні, а також С. В. Александровський, Г. А. Балан, В. М. Бондаренко, Г. А. Генієв, В. Н. Горячев, А. С. Городецький, І. В. Ільїн, Н. І. Карпенко, А. П. Кричевський, Ю. М. Кононов, В. Н. Самойленко, І. Є. Прокопович, О. Ф. Яременко, С. Ф. Клованіч, Я. Н. Чирков.

На базі теорії малих пружнопластичних деформацій А. А. Ільюшиним розроблена теорія пластичності бетону.

Вельми істотним кроком в розвитку теорії тривалого деформування стало створення спадкоємної теорії старіння (теорії пружно повзучого тіла Г. Н. Маслова - Н. Х. Арутюняна). В останній час ця теорія розвивається дуже інтенсивно, найбільш значні результати отримані в працях С. В. Александровського, В. М. Бондаренко, Н. Я. Панаріна, І. Є. Прокоповича, А. Р. Ржаніцина й М. М. Розовського.

Проблема взаємодії ґрунту з підпірними спорудами вирішувалася багатьма відомими вченими: Ш. Кулоном, К. Терцаги, В. В. Соколовським, С. С. Голушкевичем, М. М. Герсевановим, Г. К. Клейном, Г. А. Дуброва, Ф. М. Шихієвим, П. І. Яковлєвим, І. П. Бойко, М. П. Дубровським та іншими.

Значний внесок у розвиток теорії пластичності і в'язкопластичності внесли такі вчені, як Г. О. Генієв, Ю. Д. Івлєв, О. А. Ілюшин, В. Т. Койтер, В. В. Новожилов, Ю. М. Работнов, Г. Хілл, Ю. М. Шевченко, А. К. Бугров, Гришин В. О., В. В. Ковтун, О. В. Школа й інші.

Дослідження цих вчених дозволяють більш широко використовувати пружнов'язкопластичні моделі різних матеріалів при розв'язанні задач взаємодії споруди з контактуючим ґрунтом.

Проведений аналіз досліджень, виконаних стосовно до розглянутої в дисертації задачі, показав, що більшість робіт базуються на лінійно деформованих моделях. Роботи з розрахунку підпірних споруд у нелінійній постановці в більшості випадків ґрунтуються на моделях деформаційної теорії пластичності. Зустрічаються також роботи, у яких матеріал конструкцій вважається пружним, а для ґрунтового середовища використовується модель пластичної течії. Практично немає робіт, у яких би одночасно використовувалися нелінійні моделі для конструкції і ґрунтового середовища.

Метою дисертаційної роботи було теоретичне й експериментальне обґрунтування методу спільного розрахунку підпірних споруд і взаємодіючого з ними ґрунту з урахуванням таких реальних властивостей їхніх матеріалів, як пружність, пластичність і в'язкість. Це дозволить більш повно використовувати резерви несучої спроможності споруди в цілому.

У другому розділі обгрунтована і сформульована математична модель взаємодії підпірної стінки та інших конструкцій з контактуючим грунтом.

Використовуються три групи рівнянь: статичні, геометричні та фізичні.

Припускається, що деформації середовища відбуваються при малих подовженнях, зсувах і кутах повороту. Тоді компоненти тензора деформації визначаються через переміщення за формулою:

. (1)

Використовується постулат складання пружної і в'язкопластичної швидкостей деформацій

. (2)

Компоненти тензора швидкостей пружної деформації знаходяться за формулою

. (3)

Припускаємо, що в'язкі властивості матеріалу стінки і взаємодіючого з нею ґрунту виявляються тільки в пластичних областях. Компоненти тензора швидкостей в'язкопластичної деформації приймаємо у вигляді

, (4)

де функції Ф(f) визначаються з дослідних даних.

У ролі функції навантаження використовуються умови, запропоновані Г. О. Генієвим для залізобетону

(5)

де a – межа текучості арматури;

;

1, 2, 3 – коефіцієнти армування відповідно уздовж осей x1, x2 і x3 ;

lt, mt, nt, t = 1, 2, 3 – косинуси напрямку осей tt и t.

Якщо в (5) прийняти уc = 0, м1 = м2 = м3 = 0, одержимо наступну умову стосовно бетонів:

3 (c – p) 0 + 3i2 – pc = 0, (6)

де уp, уc – межі пластичності при розтязі й стискуванні, які визначаються за діаграмою одноосного розтягу – стиску.

Для грунтів застосована умова Кулона-Мора

(7)

де , с – відповідно кут внутрішнього тертя і зчеплення в стані, що відповідає межам пластичності p, c.

На часовій осі вибираємо точки t0, t1, t2,…,tnі на інтервалі tj знаходимо

, (8)

де

. (9)

Прирости напружень визначаються за формулами

, якщо f>0,

, якщо , (10)

де .

У момент часу tj, коли стінка і взаємодіючий з нею ґрунт знаходяться в миттєвому рівноважному стані, рівняння віртуальних робіт у приростах напружень, деформацій і переміщень має вид

. (11)

Застосовуючи до (11) процедуру методу скінченних елементів, визначаємо систему алгебраїчних рівнянь

, (12)

де - глобальна матриця жорсткості.

Скінченні елементи представляли собою плоскі чотирикутники з вісьмома вузлами. Нев'язка в рівнянні у момент часу tj має вигляд

. (13)

Отримані рівняння нелінійні і можуть бути вирішені тільки наближеними методами.

У загальній формі рішення рівняння (13) можна представити як ітераційний процес

, j=1,2,…, (14)

який закінчується при

, (15)

де 0 – задана точність рішення.

Наведені вище передумови реалізовано у вигляді програми, яка призначена для спільного розрахунку підпірних споруд, які взаємодіють з грунтом, з урахуванням пружнов'язкопластичних властивостей їхніх матеріалів.

Третій розділ присвячено експериментальним дослідженням взаємодії моделі підпірної стінки з контактуючим грунтом.

Досліди проводилися на спеціальному стенді, який складався з грунтового лотка розміром 177x100x109 см, моделі підпірної стінки, пристроїв для здійснення переміщень моделі, апаратури для виміру і контролю тиску грунту, зусиль в опорних стержнях і конструкціях розвантажувальних плит, а також переміщень моделі.

Основним елементом експериментальної установки була модель підпірної стінки розміром 100x120 см, яка являла собою цільну металеву плиту з ребрами жорсткості. По вертикальній осі моделі стінки були передбачені заглиблені гнізда для контактних датчиків тиску грунту, які розташовувалися на відстані 15 см між собою. Зверху модель підвішувалася в вертикальне положення за допомогою двох виносних консолей, які забезпечувалися роліковими підшипниками, котрі опиралися на відшліфовану поверхню опорних пристроїв, закріплених на каркасі лотка й служили для прийняття горизонтального та вертикального навантаження на модель стінки. По осі моделі на відстані 12 см від нижнього ребра закріплювалася третя опорна консоль, яка роліковим підшипником передавала горизонтальне навантаження на нерухому опору. Для виміру сумарного тиску на модель стінки на опорних консолях наклеювалися тензорезистори опором 200 Ом.

Одночасно в дослідах вимірювалися тиск грунту і зусилля в моделі стінки за допомогою 20 датчиків. Електрична тензометрична схема включалася в півміст з автоматичною компенсацією температурних деформацій. Показання датчиків реєструвалися за допомогою вимірювальної системи СІІТ-3. Запис інформації виводився друкувальним пристроєм на паперовій стрічці. Вимір зміщень моделі стінки виконувався індикаторами годинникового типу з ціною поділки 0,01 мм.

За розробленою методикою проведено 4 серії дослідів, в яких вивчався вплив послідовності навантаження нерухомої моделі стінки, її нахилів, лінійних та кутових зміщень, улаштування розвантажувальних плит і дії рівномірно розподіленого навантаження на напружено-деформований стан конструкції моделі стінки і контактуючого грунту.

Для кожної серії дослідів розроблювалося планування експериментів, за результатами яких встановлювалися коефіцієнти математичних моделей, котрі дозволяли визначити, які фактори найбільш впливають на величину і розподіл тиску грунту по висоті моделі стінки та зусиль в опорних стержнях.

Для прикладу на рис. 1 в графічному вигляді наведена математична модель залежності тиску грунту від переміщень моделі стінки і дії рівномірно розподіленого навантаження.

Рис.1. Математична модель залежності тиску грунту від переміщень моделі стінки і дії рівномірно розподіленого навантаження.

З рис.1 видно, що найбільш істотний вплив на величину сумарного тиску ґрунту на стінку спричиняє рівномірно розподілене навантаження на поверхні засипання. Переміщення моделі менше впливають на величину сумарного тиску ґрунту, їхній вплив майже в два рази менше, ніж від розподіленого навантаження.

На рис. 2 приведені графіки залежностей впливу ширини розвантажувальних плит і їх заглиблення на величину рівнодіючої горизонтального тиску ґрунту на стінку.

Рис.2. Графіки зміни тиску ґрунту на стінку в залежності: а) від відносної ширини розвантажувальної плити; б) від відносного її заглиблення.

З приведених на рис.2, а графіків видно, що сумарний тиск ґрунту на всю стінку істотно залежить від ширини розвантажувальної плити і зменшується за параболічним законом при збільшенні ширини плити. У той же час, як випливає з графіків на рис.2,б, тиск ґрунту на стінку залежить також від глибини закладення плити і знижується лінійно зі збільшенням її заглиблення.

У табл.1 подані результати сумарного нормального тиску піску на модель стінки при різних нахилах після засипання лотка на повну висоту, який заміряно за допомогою опорних датчиків (Еоп) і підраховано по епюрах тиску (Еэ).

Таблиця 1

Величини рівнодіючої нормального тиску і положення точки її прикладання при різних кутах нахилу стінки

Кут нахилу стінки (град) | Переміщення стінки після засипання лотка | По вимірюв. опорних датчиків | По епюрах тиску |

Еэ/Еоп | По теорії Кулона

Ек (кН) |

Ек/Еоп

верх, мм | низ мм | Еоп (кН) | r/H | Еэ (кН) | r/H

= 0 | 0,015 | 0,311 | 3,10 | 0,35 | 3,21 | 0,36 | 1,035 | 2,40 | 0,770

= 11о | 0,238 | 0,791 | 3,15 | 0,36 | 3,26 | 0,35 | 1,035 | 2,44 | 0,774

= 22о | 0,261 | 0,867 | 3,34 | 0,33 | 3,47 | 0,32 | 1,036 | 2,59 | 0,775

= 33о | 0,287 | 0,931 | 3,69 | 0,31 | 3,84 | 0,29 | 1,038 | 2,86 | 0,783

Як видно з таблиці, нормальний сумарний тиск піску на стінку зі збільшенням кута її нахилу убік від засипання збільшується пропорційно.

У четвертому розділі приведено порівняння результатів розрахунку за запропонованою методикою з експериментами автора та інших дослідників, а також з розрахунковими даними СНіП 2.06.07-87.

На рис.3 показані графіки залежності рівнодіючої тиску грунту на нерухому стінку і перекидаючого моменту від величини рівномірно розподіленого навантаження, які побудовані за результатами розрахунку за методикою та на підставі дослідів автора.

Як видно з рис. 3, результати розрахунку за пропонованою методикою добре узгоджуються з експериментами автора.

Порівняння результатів розрахунку і експериментів автора для похилої під різним кутом стінки (табл.2) показали, що розрахункові дані за запропонованим методом достатньо близько співпадають з дослідами.

Рис.3. Залежності зміни рівнодіючої бічного тиску -а) і перекидаючого моменту– б) від величини корисного навантаження.

Таблиця 2

Величини рівнодіючої нормального тиску ґрунту, відносної відстані її прикладання від низу стінки і перекидаючих моментів |

За запропонованим методом | За експериментами автора | За Кулоном

Е, кН | r/h | Мопр, кНм | Е, кН | r/h | Мопр, кНм | Е, кН | r/h | Мопр, кНм

0 | 2,98 | 0,43 | 1,3 | 3,2 | 0,34 | 1,09 | 2,32 | 0,33 | 0,77

110 | 3,03 | 0,40 | 1,21 | 3,26 | 0,38 | 1,24 | 2,44 | 0,36 | 0,88

220 | 3,27 | 0,38 | 1,24 | 3,47 | 0,36 | 1,25 | 2,69 | 0,37 | 1,02

330 | 3,53 | 0,39 | 1,38 | 3,84 | 0,41 | 1,45 | 2,86 | 0,36 | 1,03

На рис. 4 показані епюри тиску грунту на стінку з розвантажувальною плитою шириною b=0,218 м при її заглибленні на 0,27 м , 0,54 м і 0,74 м, які побудовані за результатами розрахунку і даними дослідів автора та П. І. Яковлєва.

Рис.4. Епюри тиску грунту на стінку з розвантажувальною плитою шириною b = 0,218 м: 1 – за запропонованим методом; 2 – за експериментами Яковлєва П. І.; 3 – за експериментами автора; 4 – за Кулоном.

Як видно з рис. 4, експериментальні епюри автора і П. І. Яковлєва також добре співпадають з результатами розрахунку за запропонованим методом для таких типів споруд.

Порівняльний аналіз розрахункових даних автора з результатами експериментальних досліджень З. В. Цагарелі також показав їх задовільне узгодження.

Порівняльні результати розрахунків за методом автора та СНіП 2.06.07-87, виконаних на конкретному прикладі кутової залізобетонної підпірної стінки, наведено на рис. 5. Розрахунки виконані за програмою автора на ПЕОМ і за методикою СНіП 2.06.07-87.

Порівняльний аналіз результатів розрахунку за цими двома методиками показав, що епюри напружень в грунті і у конструкції стінки за СНіП мають лінійний характер, а за запропонованим методом – нелінійний і значно відрізняються від нормативних, як за величиною, так і за характером розподілу.

Це пояснюється тим, що методика СНіП базується на теорії граничного пружного стану споруди і не враховує пружнов'язкопластичні властивості їхніх матеріалів. Тому фактичний запас міцності споруди залишається невідомим.

Рис. 5. а) розрахункова схема; б) епюра бічного тиску грунту; в) епюра контактних напружень по підошві фундаментної плити; г) графіки вертикальних переміщень поверхні грунтового засипання; д), э), ж), з) епюри нормальних напружень у перерізах IV-IV, V-V, VI-VI, VII-VII конструкції стінки: 1, 2 – за запропонованим методом при q=0 і q=0,03 МПа; 3,4 – за СНіП 2.06.07-87.

На рис. 6 показано змінювання вертикального і горизонтального переміщення точок А (лінія 1) і В (лінія 2) підпірної стінки в часі (рис. 5, а).

Рис.6. Змінювання вертикального (а)) і горизонтального (б)) переміщення точок А і В підпірної стінки у часі

Запропонований метод спільного пружнов'язкопластичного розрахунку подібних споруд дозволяє виявити резерви несучої спроможності споруди і більш повно оцінити її роботу в реальних умовах.

У заключенні підбито підсумки роботи й накреслені шляхи реалізації результатів досліджень.

Основні висновки:

1.

2.

3.

4.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО У РОБОТАХ:

1.

Внесок здобувача – розробка спільного пружнов'язкопластичного розрахунку конструкцій на деформуємій основі.

2.

Внесок здобувача – теоретичне і експериментальне обгрунтування умов на контакті взаємодії грунта з конструкцією.

3.

4.

Внесок здобувача – аналіз впливу параметрів часу на стійкість ітераційного процесу у розрахунку взаємодії підпірної конструкції з грунтом з урахуванням пружнов'язкопластичних властивостей їхніх матеріалів.

5.

Внесок здобувача – теоретичне обгрунтування взаємодії грунту з гідротехнічними спорудами.

6.

Внесок здобувача – розробка математичної моделі взаємодії конструкції з деформуємим середовищем при складному навантаженні.

7.

Внесок здобувача – розробка програми розрахунку споруд, які взаємодіють з грунтом, з урахуванням пружнов'язкопластичних властивостей їхніх матеріалів.

8.

Внесок здобувача – виконання експериментальних досліджень і проведення порівняльного аналізу їх результатів з даними розрахунку за запропонованим методом.

9.

АНОТАЦІЯ

Бугаєва І. Г. Пружнов'язкопластичний розрахунок підпірних конструкцій спільно з деформуємим середовищем – рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – Будівельні конструкції, будівлі та споруди – Одеська державна академія будівництва та архітектури, Одеса, 2002.

Дисертаційна робота присвячена експериментально – теоретичному обгрунтуванню методу спільного розрахунку підпірних споруд та взаємодіючого з ними грунту з урахуванням пружнов'язкопластичних властивостей їхніх матеріалів.

Основні рівняння одержано на основі теорії пластичної течії, яка базується на принципі максимуму Мізеса.

Розроблені алгоритм і програмний комплекс, які дозволяють виконувати спільний розрахунок споруди й взаємодіючого з нею грунту, не розбиваючи на два незалежних розрахунки за граничними станами на міцність та жорсткість. Запропонований метод розрахунку більш повно враховує реальну роботу споруд і дозволяє оцінювати напружено – деформований стан конструкції та грунту, який взаємодіє з нею, при складному навантаженні.

Ключові слова: підпірна конструкція, споруда, пружнов'язкопластичний, деформація, розрахунок, взаємодія, міцність, жорсткість.

АННОТАЦИЯ

Бугаева И. Г. Упруговязкопластический расчет подпорных конструкций совместно с деформируемой средой – рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01– Строительные конструкции, здания и сооружения – Одесская государственная академия строительства и архитектуры,Одесса, 2002.

Диссертационная работа посвящена экспериментально – теоретическому обоснованию метода совместного расчета подпорных сооружений и взаимодействующего с ними грунта с учетом упруговязкопластических свойств их материалов.

Действующие нормативные документы рекомендуют производить расчет сооружений, взаимодействующих с грунтом, в упругой стадии их работы или по предельным состояниям. Такой подход не позволяет проследить одновременно за напряженно-деформированным состоянием системы "сооружение – грунт", начиная с момента ее нагружения и до потери несущей способности, так как упругий расчет не учитывает пластических деформаций материала, а расчет по предельным состояниям позволяет определить только разрушающие нагрузки.

Кроме того, существующие методы предусматривают выполнение расчета подобных сооружений раздельно: вначале рассматривается только напряженно – деформированное состояние грунта, а затем, используя полученные нагрузки от давления грунта, рассчитывают конструкцию сооружения. Такая методика не позволяет в полной мере устанавливать напряженно – деформированное состояние сооружения и контактирующего грунта в их реальной совместной работе.

Предлагаемый в диссертации метод совместного расчета подпорных сооружений и взаимодействующего с ними грунта с учетом упруговязкопластических свойств их материалов позволяет более полно оценить работу сооружения в целом и выявить резервы его несущей способности.

Основные уравнения получены на основе теории пластического течения, базирующейся на принципе максимума Мизеса. Для численного решения рассматриваемой задачи разработаны алгоритм и программный комплекс, в котором дискретизация краевой задачи выполнена методом конечных элементов, а итерационный процесс построен на основе метода Ньютона-Канторовича. Применительно к бетону и железобетону используется условие пластичности Г. А. Гениева, для грунта – условие Кулона-Мора и для металлов – условие Треска-Сен-Венана.

Программный комплекс полностью автоматизирует наиболее трудоемкие операции по подготовке дискретной конечно-элементной модели расчетной области.

Разработанный метод и программы для расчета на ЭВМ конструкций, взаимодействующих с грунтом, апробирован в ряде портов Украины.

Для проверки результатов расчета подпорных сооружений по предлагаемому методу были проведены экспериментальные исследования взаимодействия подпорной стенки с контактирующим грунтом на специальном стенде, в состав которого входили: грунтовый лоток, модель стенки, аппаратура для измерения давления грунта, усилий в опорных стержнях и перемещений модели.

Установка позволяла определять усилия в конструкции стенки, давление грунта на модель стенки при различных ее перемещениях, наклонах, наличии разгружающих устройств и действии распределенной нагрузки на поверхности засыпки.

Проведенные эксперименты позволили установить важные зависимости давления грунта и его распределение по высоте стенки при различных смещениях и нагружениях. Установлены также закономерности снижения давления грунта при использовании разгружающих устройств в зависимости от их размеров и заглубления.

Сравнение результатов расчета с опытными данными автора и других исследователей, а также с результатами расчетов по нормативным документам, выполненных на примерах реальных сооружений, показало, что разработанный метод расчета подпорных конструкций, взаимодействующих с грунтом, более полно оценивает работу сооружения в целом и характеризует его напряженно – деформированное состояние на всех этапах строительства и эксплуатации.

Ключевые слова: подпорная конструкция, сооружение, упруговязкопластический, деформация, расчет, взаимодействие, прочность, жесткость.

THE SUMMARY

Bugaeva I.G. – Elastoviscoplastic analysis of retaining constructions in common with strained medium – manuscript.

The Thesis for Engineering Sciences Candidate's Degree Competition Speciality 05.23.01 – Engineering Structures, Buildings and Constructions. – Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture of The Ministry of Education of Ukraine, Odessa, 2002.

The dissertation is dedicated to experimentally - theoretical basis of the methods of joint calculation of retaining constructions and contacting soil regarding elastoviscoplastic properties of their materials.

The main equations are received on the basis of theory of plastic flow, they are based on the principle of maximum by Mizes.

Algorithm and program complex are worked out, they allow to fulfil the joint calculation of structure and deformed soil without dividing into two independent limit states calculations on durability and rigidity. Suggested methods of calculation take into account the real work of structures interacting with the soil in fuller measure.

Key words: retaining construction, structure, elastoviscoplastic, deformation, calculation, interaction, durability, rigidity