Будівництва та архітектури

Ільєв Ілля Маркович

УДК 624.15

Методика розрахунку плитних фундаментів
змінної жорсткості на ґрунтовій основі, що має властивості повзучості

05.23.02 – підвалини та фундаменти

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури (ПДАБтаА) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Шаповал Володимир Григорович,
Придніпровська державна академія
будівництва та архітектури,
професор кафедри „Основи та фундаменти”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Лучковській Ілля Якович, Харківський технічний університет будівництва та архітектури завідувач кафедри „Основи, фундаменти та підземні споруди”;

кандидат технічних наук, доцент Дем’яненко Віктор Володимирович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, доцент кафедри „Будівництво автомобільних доріг і геодезії”.

Провідна установа:

Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій (НДІБК), відділ основ та фундаментів, Держбуд України, м. Київ.

Захист відбудеться „7” травня 2002 року о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 при Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці ПДАБтаА за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а.

Автореферат розісланий „20” березня 2002р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Баташева К.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Плитні фундаменти змінної жорсткості знайшли широке застосування у сучастному будівництві в Україні. Це фундаменти під стінові конструкції, фундаменти гідротехнічних споруджень, фундаменти транспортних споруджень, фундаменти під турбоагрегати, фундаменти під технологічне обладнання прокатних станів, фундаменти висотних споруд і т.д. Проте в нормативній літературі вказівки по розрахунку таких фундаментів носять фрагментарний характер. При цьому також мало досліджена проблема впливу реологічних властивостей ґрунту на їх напружено-деформований стан.

Актуальність теми обумовлена наступним:–

напружено-деформований стан плитних фундаментів змінної жорсткості та плитних фундаментів постійної жорсткості відрізняються одне від одного, при цьому у довідковій литературі існують лише таблиці для розрахунку плитних фундаментів постійної жорсткості;–

в процессі повзучості відбувається бесперервне зменьшення модулю загальної деформації грунтової основи, в наслідок чого відбувається зміна показника гнучкості плити, а в наслідок чого, зміна розрахункової схеми системи „основа – фундамент”.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась за науково-дослідною тематикою кафедри „Основ і фундаментів” ПДАБтаА „Розробка ефективних будівельних конструкцій, розвиток теорії їхнього розрахунку, проектування і засобів виготовлення” і договірної НДР №315, що виконувалась згідно тематичного плану Міністерства освіти та науки України (№ держреєстрації 0101U ).

Мета і задачі дослідження. Мета досліджень – розробка методики розрахунку плитних фундаментів змінної жорсткості на ґрунтовій основі, що має властивості повзучості.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

експериментальне дослідження особливостей деформування плитних фундаментів, які знаходяться на ґрунтовій основі, що має властивості повзучості, при незмінному зовнішньому навантаженні у часі;–

розробити методи розрахунку напружено-деформорованого стану плитних фундаментів, у тому числі фундаментів змінної жорсткості;

розробити практичні рекомендації для визначення напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості, на грувнтовій основі, що має властивості повзучості.

Об’єкт дослідження. Плитні фундаменти змінної жорсткості у взаємодії з основою, що має властивості повзучості.

Предмет дослідження. Напружено-деформований стан системи „плитний фундамент змінної жорсткості – ґрунтова основа, що має властивості повзучості”.

Методи досліджень. Стандартні лабораторні методи визначення фізико-механічних властивостей матеріалів, які використовуються в якості основ, методи математичної статистики (для обробки результатів експерименту).

Метод кінцевих різниць, метод ітерації, чисельне інтегрування, теорія подоби (розмірностій), метод аналітичного рішення інтегрального рівняння Фредгольма першого роду.

Експериментально-теоретичні методи, спрямовані на визначення напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості на ґрунтовій основі, що має властивості повзучості.

Наукова новизна одержаних результатів.

Отримано інтегро-дифференційне рівняння вигина плити змінної жорсткості на лінійній пружній ізотропній основі відносно згинальних моментів.

Отримані чисельні рішення задачі про напружено-деформований стан плитних фундаментів змінної жорсткості в рамках моделі основи у вигляді лінійного ізотропного середовища, що має властивості повзучості.

Практичне значення одержаних результатів.

На основі отриманих теоретичних рішень, підтверджених експериментальними даними, були розроблені методики:–

розрахунку напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості на пружній лінійній ізотропній основі;–

розрахунку напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості при урахуванні повзучості ґрунтової основи;–

здійснено практичне впровадження методики розрахунку плитних фундаментів змінної жорсткості. Методика прийнята для практичного використання НПП „Дніпрсервісбуд” та ТОВ НПП „Архбудпроект”.

Особистий внесок здобувача полягає в:–

експериментальному дослідженні деформованого стану системи „плитний фундамент змінної жорсткості – ґрунтова основа, що має властивості повзучості”;–

отриманні чисельних рішень задачі про напружено-деформований стан плитних фундаментів змінної жорсткості в рамках моделі ґрунтової основи у вигляді лінійного ізотропного середовища;–

розробці методики розрахунку напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості на грунтовій основі, що не має властивості повзучості;–

розробці методики розрахунку напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості при урахуванні повзучості ґрунтової основи.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації і результатів роботи доповідались та обговорювались на: науковому семінарі “Стародубовские чтения” (Дніпропетровськ, 1999 р.); 4-й Української науково-технічної конференції по механіці ґрунтів і фундаментобудуванню (Київ,  р.); міжвузівському семінарі “Проблеми нелінійної механіки” (Дніпропетровськ,  р.).

ПУБЛІКАЦІЇ. Основні результати роботи відображені в 6 друкованих працях. Роботи написані в співавторстві [1, 2, 3] присвячені визначенню зусиль у плитних фундаментах змінної жорсткості. У статтях [4, 5, 6] описані застосування методу послідовних ітерацій для розрахунку напружно-деформованого стану фундаментів змінної жорсткості.

СТРУКТУРА і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 4 розділів, висновку, списку літератури і додатків, і включає 137 стор. основного тексту, 59 малюн., 6 табл. і додатків на 68 стор. Список використаної літератури включає 147 найменуваннь.

Основний зміст роботи

У вступі сформульовані актуальність, мета, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, показаний особистий внесок здобувача, матеріали апробації роботи.

У першому розділі приведені матеріали аналізу робіт таких авторів, як М.Ю. Абелев, І.П. Бойко, С.С. Вялов, М.М. Герсеванов, М.Н. Гольдштейн, М.І. Горбунов-Посадов, Б.І. Далматов, К.Е. Егоров, Ю.К. Зарецкий, Г.М. Клейн, С. Крауч, А Стаффилд, С.М. Клепиков, І.Я. Лучковській, Т.О. Маликова, М.М. Маслов, М.С. Метелюк, В. Новацкий, О.О. Петраков, Ю.М. Работнов, Е.А, Сорочан, Ю.М. Сотников, С.П. Тимошенко, В.О. Флорин, М.О. Цитович, С.Б. Ухов, Г.І. Черный, В.Г. Шаповал, В.Б. Швець, О.В. Школа, А.і. присвячених проблемі прогнозу напружено-деформованого стану плитних фундаментів, а також огляд літературних джерел, присвячених моделям (у тому числі і реологічним) ґрунтових основ.

У ході аналітичного огляду переслідувалися такі мети:

1. Виявити, яку з моделей ґрунтової основи, що застосовуються в теперішній час, доцільно використовувати для рішення задачі про визначення напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості на ґрунтовій основі, що не має властивісті повзучості.

2. Установити, яким чином можуть бути враховані реологічні властивості ґрунту при визначенні напружено-деформованого стану плитних фундаментів.

3. На основі накопиченого досвіду розрахунку плитних фундаментів вибрати найбільш доцільну техніку розрахунку для рішення розглянутої задачі.

На основі проведенного аналізу зроблені такі висновки:–

має місце проблема визначення напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості;–

Має місце проблема прогнозу напружено-деформованого стану плитних фундаментів постійної та змінної жорсткості на ґрунтовій основі, що має властивісті повзучості;–

для розрахунку напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості на ґрунтовій основі, що не має властивісті повзучості доцільно використовувати модель ґрунту у виді лінійного пружного ізотропного середовища;–

для урахування процесу повзучості ґрунту доцільно використовувати теорію крипа (тобто технічну теорію повзучості);–

прийняті в даний час для розрахунку плитних фундаментів на ґрунтовій основі методи стосовно до рішення розглянутої задачі зустрічають труднощі. У цьому зв'язку для її рішення доцільно розглянути методи ітерації і кінцевих різниць.

У цілому, виконаний аналіз літературних джерел дозволив зробити висновок про актуальність проблеми визначення напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості на ґрунтовій основі, що має властивісті повзучості, і намітити шляхи її рішення.

В другому розділі викладені матеріали експериментальних досліджень особливостей поведінки під навантаженням плитних фундаментів змінної жорсткості на ґрунтовій основі, що має властивісті повзучості. У ході експериментів переслідувалися такі мети:

- виявити особливості деформування плитних фундаментів балочного типу змінної жорсткості, що знаходяться під навантаженням;

- установити особливості поведінки ґрунтових основ плитних фундаментів балочного типу змінної жорсткості під навантаженням;

- виявити закономірності трансформації напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості під навантаженням у часі на основі, що має властивісті повзучості.

Для підвищення відтворюваності результатів усі досліди були проведені на ґрунтовій пасті. Для наочності експерименту використовувався плоский лоток з жорсткими прозорими стінками, які були покриті спеціальним антифрикційним матеріалом. Це дозволило відтворити напружено-деформований стан системи “основа – фундамент” близьке до плоскої деформації.

У розділі також викладена методика приготування глинистої пасти, приведена конструкція лабораторного лотка і відзначені його конструктивні особливості, а також показана методика підготовки ґрунту до випробувань.

Для виявлення особливостей поведінки штампа змінної жорсткості і ґрунтової основи в залежності від прикладеного до штампу навантаження було проведено три серії експериментів при триразовому повторі кожної серії. В усіх випадках глиниста паста була використана як основа. Штамп являв собою пластину змінної жорсткості. У кожній серії експериментів змінювалась товщина штампа.

Для практичного використання отриманих лоткових досліджень відповідали натурним, була використана теорія подоби. У якості критеріїв подоби були використані показник гнучкості плити t0 і відношення середнього тиску під підошвою фундаменту до модуля загальної деформації основи.

Виконані експериментальні дослідження дозволили зробити наступні висновки.

1. Запропоновано методику експериментального визначення деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості, що знаходяться в умовах плоскої деформації. Для її реалізації розроблен спеціальний метод приготування глинистої пасти й обладнення, що включає в себе плоский ґрунтовий лоток, завантажувальний пристрій і вимірювальну систему, яка призначена для реєстрації переміщень різних точок фундаментів.

2. Прийнята методика дозволила забезпечити добру відтворюваність результатів експериментів (максимальна розбіжність не перевищила 20%).

3. У ході експериментів був перекритий майже весь діапазон змін показника, що зустрічаються на практиці, гнучкості фундаментів t0 і показника , чисельно рівного відношенню модуля загальної деформації ґрунту Е0 до середнього тиску під підошвою фундаменту.

4. Установлено, що в процесі повзучості ґрунтових основ відбувається трансформація епюри прогинів фундаментів, а отже, і трансформація діючих у них зусиль (тобто згинаючого моменту, перерізуючої сили і контактного тиску).

5. За інших рівних умов, відтворюваність у різних експериментах середніх осад фундаментів нижче, ніж відтворюваність прогинів.

Виконані експерименти дозволили намітити такі напрямки теоретичних досліджень.

1. Розробка методів розрахунку напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості.

2. Облік реологічних властивостей ґрунту в ході прогнозу напружено-деформованого стану плитних фундаментів з змінною та постійною жорсткостю.

У третьому розділі викладені матеріали теоретичних досліджень. У ході рішення розглянутої задачі були використані наступні передумови і допущення:

1. Основа є лінійно-деформованим ізотропним пружним середовищем, поводження якого під навантаженням описується з використанням узагальненого закону Гука. Це середовище характеризується або константами Ламе і G або, так названими, технічними константами – модулем деформації Е0 і коефіцієнтом Пуассона .

2. Плита має значно більшу довжину 2L, чим її ширина b (де L – напівдовжина плити), у силу чого вигин плити відбувається не по антикласичній, а по циліндричній поверхні. При цьому основа знаходиться в умові плоскої деформації.

3. Матеріал плити також є лінійно-деформованим пружним ізотропним середовищем, однак через значно меншу товщину плити, чим її ширина b (і тим більше довжина 2L) для опису її поводження під навантаженням використовується гіпотеза плоских перетинів.

Рішення задачі зводиться до визначення напружено-деформованого стану основи (для цієї мети використовуються методи теорії пружності) і напружено-деформованого стану плити при обліку їхньої спільної роботи.

У цьому випадку рівняння рівноваги і рівності прогинів і осад мають такий вид:

(1)

де

де D(x) – циліндрична жорсткість плити; у – її прогин у точці з координатою “x”; q(x) і p(x) – відповідно зовнішнє навантаження і контактний тиск у точці з координатою “x”; W – осадка денної поверхні в точці з координатою “x”; 0 і E0 – відповідно коефіцієнт Пуасона основи і модуль деформації;
n і En – відповідно коефіцієнт Пуасона і модуль деформації, матеріалу плити; L – напівдовжина плити; b – довжина ділянки плити, для
якого визначається напружено-деформований стан плити (звичайно приймають b=1м); h – висота плити в точці з координатою “x”; – параметр, що має розмірність довжини; C – довільна постійна, що має розмірність довжини (тобто координата по осі абсцис, відносно якої визначаються осідання денної поверхні в умовах плоскої деформації).

Для побудови приватних рішень до системи рівнянь (1) варто приєднати граничні умови виду:

(2)

і рівняння рівноваги виду:

(3)

де М(х) і Q(x) – відповідно момент і сила, що перерізує, у перетині з координатою “х”, а R0 і M0 - відповідно рівнодіючі нормального вертикального зовнішнього навантаження і згинальні моменти.

де U(x), (x) і (x) – відповідно функція Хэвисайда, дельта-функція Дирака і похідна від дельта-функції Дирака; xл,i і xп,i – координати лівого і правого кінця i-ї ділянки плити з твердістю Di відповідно;xлq,i і xпq,i – координати лівого і правого кінця i-ї ділянки плити з розподіленим навантаженням qi;
Qi і Mi – зовнішні зосереджена сила і згинальний момент, діючі в i-тім перетині; n – число ділянок плити, що мають різну твердість, nq – число ділянок плити до яких прикладене розподілене навантаження; nQ – число прикладених до плити зосереджених сил; nM – число прикладених до плити згинальних моментів.

Рішення системи рівнянь (1) з урахуванням (2) і (3) натрапляє на технічні труднощі, основним з який є адекватне визначення постійної “С” (якщо рішення виробляється методом граничних елементів), задоволення граничним умовам при х і у (якщо рішення виробляється методом кінцевих елементів), та представлення згинальної жорсткості плити, що має розриви першого роду, і контактної епюри, що має розриви другого роду у виді поліномів при використанні методики Горбунова-Посадова і Клубина.

У цьому зв'язку системи рівнянь (1)…(3) були приведені до виду:

; (4)

де (х) – кут звороту перетину плити з координатою “х”; у – різниця осідань плити в точках з координатами L і “х”; EI – вигинна твердість плити.

Облік повзучості ґрунту був виконаний з використанням таких тотожностей:

(5)

де , b и с – деякі константи, що визначаються в ході досвідів на повзучість,
– час.

Система рівнянь (4) вирішувалась методом кінцевих різниць. При цьому похідні замінювались різницями, а інтеграли – сумами, а узагальнені функції були аппроксимовані виразами виду:

(6)

де х – крок інтегрування, а erf(x) – інтеграл імовірностей.

Для основи що має властивісті повзучості процес рішення рівнянь (4) і (5) зводиться до визначення напружено-деформованого стану плити в різні моменти часу (0; э), де э – час експлуатації спорудження, і побудові на цій основі огибаючих епюр зусиль і прогинів.

У ході аналізу теоретичних рішень було виконано їхнє зіставлення з точними рішеннями (мал. 1 і 2) і даними М.И. Горбунова-Посадова, отриманими для плит з постійною жорсткістью.

Мал. 1. Результати розрахунку зусиль в одноступінчатому плитному фундаменті, навантаженому центральною силою. Показник гнучкості t=0,0. 1, 3, 5 – зусилля встановлені з використанням точного рішення; 2, 4, 6 – те ж, з використанням кінцево-різницевої схеми. 1, 2 – епюри контактних тисків; 3, 4 – те ж, перерізуючої сили; 5, 6 – те ж, згинальних моментів.

Мал. 2. Результати розрахунку зусиль в одноступінчатому плитному фундаменті, навантаженому центральною силою. Показник гнучкості t=100. 1, 3, 5 – зусилля встановлені з використанням точного рішення;
2, 4, 6 – те ж, з використанням кінцево-різницевої схеми. 1, 2 – епюри контактних тисків; 3, 4 – те ж, перерізуючої сили, 5, 6 – те ж, згинальних моментів.

Був зроблений висновок про універсальність запропонованого алгоритму, оскільки він дозволяє одержувати достовірні дані для розрахункових схем абсолютно жорсткого, кінцевої жорсткості й абсолютно гнучкого фундаментів. У цьому зв'язку доречно нагадати, що навіть для плит з постійною вигинною жорсткістью дотепер отримані лише рішення для показників гнучкості в діапазоні від t0=0 до t0=10 і t0=, тобто проміжок t0(10;) не охоплений.

У четвертому розділі приведені:

1. Практичні рекомендації з розрахунку плитних фундаментів на ґрунтовій основі, що має властивості повзучості. В основу методики покладені представлені в розділі 3 матеріали досліджень. У якості вихідних даних варто приймати розрахункові характеристики матеріалу фундаменту і ґрунту, що відповідають другій групі граничних станів. Розрахунок проводиться або табличним методом (для цієї мети складені таблиці за формою ідентичні таблицям Горбунова-Посадова), або з використанням ЕОМ (для цієї мети складена спеціальна програма алгоритмічною мовою fortpan IV).

2. Результати перевірки теоретичних результатів на адекватність експерименту. У ході перевірки теоретичних результатів на адекватність експерименту були розраховані прогини моделей плитних фундаментів і виконане їхнє порівняння з даними експериментів. Розрахунок вироблявся на ЕОМ. Результати порівняння розрахункових і теоретичних кривих, представлені на мал. 3 і 4. У ході аналізу експериментальних і теоретичних кривих була досліджена якісна картина і виконаний кількісний аналіз.

У ході виявлення якісної картини було встановлено, що експериментальні і розрахункові криві мають ідентичну форму. При цьому максимальна розбіжність між ними не перевищує 20%.

3. Матеріали впровадження результатів досліджень у практику. Результати досліджень були впроваджені в 1999 ... 2000 роках при реконструкції адміністративного будинку по вул. Федосіївскій 7, м. Дніпро-петровська і розробці проекту фундаменту змінної жорсткості по вул. Тельмана 17, м. Дніпропетровська. Загальний економічний ефект від упровадження розробок склав 116 т. гривень.

Мал. 3. Прогини плитного фундаменту змінної жорсткості. 1 – розрахунок; 2...4 – експеримент.

Мал. 4. Трансформація епюри прогинів моделі плитного фундаменту в процесі повзучості ґрунтової основи. 1, 2 – теоретичні значення прогинів у початковий і кінцевий моменти часу; 3...19 – експериментальні значення прогинів у різні моменти часу (на інтервалі від початкового до кінцевого включно).

Загальні висновки.

1. Результати, отримані в роботі дозволили вирішити актуальну задачу розрахунку плитних фундаментів змінної жорсткості на ґрунтовій основі, у тому числі основі, що має властивісті повзучості.

2. Результати експериментальних досліджень поводження плитних фундаментів змінної жорсткості під навантаженням показали, що:–

за інших рівних умов, розходження між середніми осіданнями плитних фундаментів більше, ніж розходження між їхніми прогинами на
5 – 7%;–

у процесі повзучості ґрунтових основ постійно відбувається трансформація епюри прогинів плитних фундаментів, а отже, і зміна їхнього напружено-деформованого стану.–

необхідний облік впливу реологічних властивостей ґрунту на напружено-деформований стан як плитних фундаментів постійної жорсткості, так і плитних фундаментів змінної жорсткості.

3. Досліджена можливість на предмет використання для рішення задачі про вигин плити змінної жорсткості на ґрунтовій основі методів кінцевих і граничних елементів і методів, заснованих на апроксимації епюри контактних тисків поліноміальною залежністю. При цьому було установлено, що:–

при використанні, для рішення поставленої задачі, методу граничних елементів утруднений вибір довільної постійної С, що має геометричний зміст координати на денній поверхні, відносно якої визначаються осідання фундаменту;–

при різних значеннях постійної С при кососимметричному зовнішньому навантаженні змінюється навіть якісна картина контактних тисків;–

апроксимація поліноміальними залежностями епюри контактного тиску, яка має розриви першого роду (зокрема, починаючи з деякого ступеня полінома її збільшення) приводить не до підвищення, а до зниження точності апроксимації.

4. Отримано інтегро-диференційне рівняння вигину плити змінної жорсткості на грунтовій основі відносно згинальних моментів та запропонован алгорітм його рішення. На основі використання чисельних методів складена програма розрахунку плитних фундаментів на ЕОМ.

5. У ході теоретичних досліджень установлено, що:–

напружено-деформований стан плитних фундаментів змінної жорсткості відрізняється від напружено-деформованого стану плитних фундаментів постійної жорсткості (зокрема при симетричному зовнішньому навантаженні і несиметричному розподілу жорсткостей зусилля у фундаментах також несиметричні);–

у процесі повзучості ґрунтової основи при постійному у часі навантаженні відбувається істотна трансформація напружено-деформованого стану плитних фундаментів, зокрема величина згинаючіх моментів, сил, що перерізують, контактних тисків і переміщень.

6. Розроблені методики розрахунку плитних фундаментів у пружній постановці і з обліком реологічних властивостей ґрунту. Для обліку останніх використана теорія крипа. Зроблено висновок, що для армування фундаментів на грунтовій основі, що має властивості повзучості, варто використовувати обгинаючи епюри зусиль на інтервалі часу від моменту прикладення навантаження до стабілізації процеса повзучості.

7. Результати досліджень впроваджені в практику. Економічний ефект від їх упровадження склав 116 тис. грн. Матеріали досліджень опубліковані.

8. У дійсному дослідженні вдалося охопити частину проблеми прогнозу напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості на ґрунтовій основі, що має властивісті повзучості. У ході подальших досліджень доцільно розглянути питання про напружено-деформований стан плитних фундаментів змінної жорсткості, що знаходяться в умовах просторової задачі.

У додатку представлені таблиці, призначені для розрахунку напруженого стану плитних фундаментів змінної жорсткості, акти впровадження НПП “Днепрсервисстрой” і ТОВ НПП “Архстройпроект”.

Основні результати досліджень опубліковані в наступних роботах:

1. Ильев И.М., Шаповал В.Г., Кабрель В.И. Установка для испытания моделей фундамента в условиях плоской задачи // Строительство, материаловедение, машиностроение. Серия “Стародубовские чтения” //сб. науч. тр. Вып.8, ч.2.–Днепропетровск, ПГАСиА, 1999. –172с. (в обл.) (Автору належить розробка конструкції установки).

2. Ильев И.М., Шаповал В.Г. Алгоритм расчета плитных фундаментов переменного сечения в условиях плоской задачи // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – Дніпропетровськ, 2000 № 3 – с.49-56. (Автору належить розробка алгоритму розрахунку плитних фундаментів змінної жорсткості в умовах плоскої задачи).

3. Ильев И.М., Шаповал В.Г. Сравнительный анализ результатов расчетных усилий в плитных фундаментах // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – Дніпропетровськ, 2000 № 7 – с.18-26. (Автору належить аналіз розрахункових зусиль у плитних фундаментах).

4. Ильев И.М. К вопросу расчета плитных фундаментов переменной жесткости // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – Дніпропетровськ, 2000 № 11 – с.32-39.

5. Ильев И.М. Метод последовательных итераций применительно к расчету плитных фундаментов переменной жесткости // Науково технічний міжвідомчий збірник “Будівельні конструкції”, вып 53, кн.1. Зб. наук. праць – Київ: НДІБК, 2000. – с. 412 – 417.

6. Ильев И.М. Шаповал А.В. Расчет плитных фундаментов переменной жесткости методом последовательных итераций // зб. наукових праць ДДТУЗТ (ДИИТ), Будівництво. – Вып.8. – Днепропетровск: Нова ідеологія.
– 2000. – с. 280 – 283. (Автору належить розробка методики розрахунку плитних фундаментів методом ітерації).

АННОТАЦИЯ

Ильев И.М. Методика расчета плитных фундаментов переменной жесткости на обладающем свойством ползучести грунтовом основании. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.02 – основания и фундаменты – Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. Днепропетровск, 2002.

Работа посвящена изучению напряженно-деформированного состояния плитных фундаментов переменной жесткости на грунтовом основании (в том числе и обладающем свойством ползучести) и разработка на этой основе методики расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) системы “фундамент – основание”. Применяемые в настоящее время методики расчета НДС указанных систем не в полной мере учитывают особенности их работы (в частности, явление ползучести грунтового основания).

Экспериментальные исследования выполнены в грунтовом лотке с использованием штампов площадью 100см2 при ступенчато-возрастающей нагрузке.

В ходе экспериментов моделировалось состояние плоской деформации. Показатель гибкости моделей фундаментов изменялся в пределах от 0.05 до 200.

Было установлено, что в процессе ползучести, при постоянной во времени нагрузке, происходит непрерывное изменение модуля общей деформации грунта и прогибов плитного фундамента, а следовательно, и его показателя гибкости и НДС.

В ходе теоретических исследований в рамках моделей основания в виде линейной упругой изотропной среды и изотропной среды, обладающей свойством ползучести и модели фундамента в виде линейной упругой изотропной среды получены решения для системы “плитный фундамент переменной жесткости – грунтовое основание”. При этом для определения НДС основания были использованы соотношения теории упругости и крипа, а для определения НДС фундамента – гипотеза плоских сечений.

В ходе теоретических исследований было установлено, что НДС плитных фундаментов переменной жесткости может существенно отличаться от НДС фундаментов с постоянной жесткостью. В частности, в первом случае при симметричном распределении внешней нагрузки но несимметричном распределении жесткостей имеет место несимметричное распределение усилий.

Было также установлено, что в процессе ползучести грунтового основания происходит постоянная трансформация НДС системы “фундамент – основание” и изменение показателя гибкости фундамента. В этой связи был сделан вывод о том, что для армирования фундаментов на обладающем свойством ползучести основании следует использовать огибающие усилий, построенные на интервале времен (0; э), 0 – время приложения нагрузки, а э – время эксплуатации фундамента.

На основе экспериментальных и теоретических исследований были разработаны табличная (по форме идентична методики М.И. Горбунова-Посадова) и бестабличная (с использованием ЭВМ) методики расчета плитных фундаментов переменной жесткости на грунтовом основании (в том числе обладающем свойством ползучести).

Ключевые слова: основаня, плитный фундамент, переменная жесткость, напряжения, перемещения, усилия, ползучесть, реологические процессы.

АНОТАЦІЯ

Ільєв І.М. Методика розрахунку плитних фундаментів змінної жорсткості на ґрунтовій основі, що має властивісті повзучості. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук із спеціальності 05.23.02 – підвалини та фундаменти – Придніпровська державна академія будівництва та архітектури. Дніпропетровськ, 2002.

Робота присвячена вивченню напружено-деформованого стану плитних фундаментів змінної жорсткості на ґрунтовій основі (у тому числі основі, що має властивості повзучості) і розробка на цій основі методики розрахунку напружено-деформованого стану (НДС) системи “фундамент – основа”.

Було встановлено, що в процесі повзучості, при постійному у часі наван-таженні, відбувається безупинна зміна модуля загальної деформації ґрунту і прогинів плитного фундаменту, а отже, і його показника гнучкості і НДС.

У ході теоретичних досліджень у рамках моделей основи у виді лінійного пружного ізотропного середовища й ізотропного середовища, що має властивості повзучості і моделі фундаменту у виді лінійного пружного ізотропного середовища отримані рішення для системи “плитний фундамент змінної жорсткості – ґрунтова основа”.

На основі експериментальних і теоретичних досліджень були розроблені таблична і безтаблична (з використанням ЕОМ) методики розрахунку плитних фундаментів змінної жорсткості на ґрунтовій основі (у тому числі основі, що має властивості повзучості).

Ключові слова: основа, плитний фундамент, змінна жорсткость, напруги, переміщення, зусилля, повзучість, реологічні процеси.

SUMMARY

Ilyev I.M. Methods of Calculations of the Plate Foundations of Variable Hardness on the Ground Basements Having the Afterflowing Characteristics.

Tethis is for the Scientific Degree of Candidate of Technical Sciences on speciality 05.23.02 – footings and foundations. – Pridnieprovsk State Academy of Civil Engeneering and Architecture. Dniepropetrovsk, 2002.

This scientific work is devoted to the studing of stress-deformed state (SDS) of plate foudations of variable hardness on the ground basement (including the afterflowing property) and as a result the development of methods of calculation of stress deformated state of “foundation – basement” system.

It was stated in the process of afterflowing while the constant in-time loading there was continious changing of modul of general ground deformation and flexures of plate foundation and it’s index of flexibility and stress deformed state.

In the process of theoretical reseaches in the terms of foundation models of linear elastic isotropic medium having the afterflowing charecteristics, and foundation`s model in the form of linear elastic isotropic medium there are obtained some solutions for “the plate foundation of the variable hardness – ground basement” system.

On the base of experimental and theoretical researches there were developed the table and tablefree (with the use PC) methods of calculation of plate foundations of variable hardness and on the ground basement (including the afterflowing characteristics).

Key words: basements, plate foundations, variable hardness, stress deformed state, afterflowing property, flexure.