ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

ЛАНДО ЄВГЕН ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 624.131.524

МАСИВНО-ПЛИТНІ ФУНДАМЕНТИ ПІД МАШИНИ З ВЕРТИКАЛЬНИМ ІМПУЛЬСНИМ НАВАНТАЖЕННЯМ

05.23.02 – основи і фундаменти

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ-2008

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор

Кірічек Юрій Олександрович,

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри землевпорядкування, будівництва автодоріг та геодезії.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Таранов Валентин Георгійович, Харківська національна академія міського господарства, завідувач кафедри механіки ґрунтів, фундаментів та інженерної геології;

кандидат технічних наук, доцент Тютькін Олексій Леонідович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, доцент кафедри тунелів, основ та фундаментів.

Захист відбудеться « 1 » липня 2008 року о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д08.085.01 Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м.Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а, к. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м.Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

Автореферат розісланий «27» травня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Т.С. Кравчуновська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Удосконалення методів розрахунку та проектування фундаментів під машини з імпульсним навантаженням - важлива проблема в будівельній практиці. Такі навантаження є причиною вібрацій фундаментів, які, у свою чергу, викликають коливання ґрунтової основи будівель і споруд та приводять до нерівномірних осідань конструкцій. Низькочастотні коливання ґрунту, характерні для машин ударної дії, можуть передаватися на значні відстані та приводять до утворення «промислової сейсміки». Дія коливань, що приходять через ґрунт, порушує роботу приладів і устаткування, погіршує умови роботи персоналу, що знаходяться в зоні їх впливу. Раціональні конструкції фундаментів, підібрані на основі науково обґрунтованих методів проектування, вирішують задачу підвищення надійності таких об'єктів. Особливого значення це набуває в умовах підприємств із обладнанням ударної дії, тому що відкази в даному випадку пов’язані із порушенням не тільки самих машин і фундаментів, але і навколишніх будівель та устаткування. Застосування масивно-плитних фундаментів для зниження вібрації та обмеження поширення коливань у ґрунті від фундаментів під машини з вертикальним імпульсним навантаженням є актуальною науковою задачею. Дисертаційна робота спрямована на розробку теоретичних основ і практичних методів проектування масивно-плитних фундаментів під машини з вертикальним імпульсним навантаженням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота пов’язана з науковою тематикою кафедр основ і фундаментів; землевпорядкування, будівництва автодоріг і геодезії Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. Робота виконувалася за планом науково-дослідної роботи Придніпровської державної академії будівництва та архітектури «Удосконалення методики геодезичного забезпечення будівництва автодоріг, розробка ресурсозберігаючих методів проектування основ і фундаментів, розрахунки заглиблених конструкцій на складні навантаження», затвердженим науково-технічною радою академії, відповідно до плану Міністерства освіти і науки України, державний реєстраційний номер 0104U000226 (рівень участі дисертанта - виконавець).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертації є розробка ефективних фундаментів, які забезпечують зниження вібрації і обмеження поширення коливань у ґрунті від фундаментів під машини з вертикальним імпульсним навантаженням.

Сформульована мета дисертаційної роботи обумовила необхідність вирішення наступних завдань:

- розробити наукові основи впровадження масивно-плитних фундаментів під машини з вертикальним імпульсним навантаженням;

- розробити раціональну форму масивно-плитних фундаментів для машин ударної дії;

- дослідити вплив пружних та демпфуючих характеристик основи на коливання масивно-плитного фундаменту під дією імпульсних навантажень;

- математично формалізувати вільні коливання тонких заглиблених плит на в’язко-пружній основі;

- розробити методи розрахунку амплітуд і частот власних коливань масивно-плитних фундаментів;

- сформулювати рекомендації з проектування комбінованих масивно-плитних фундаментів під машини з імпульсним навантаженням.

Об'єкт дослідження – взаємодія масивно-плитних фундаментів з основою під дією імпульсних навантажень.

Предмет дослідження – комбіновані масивно-плитні фундаменти під машини з імпульсним навантаженням.

Методи дослідження: моделювання напружено-деформованого стану комбінованого масивно-плитного фундаменту і ґрунтової основи; аналітичне дослідження переміщень масивно-плитних фундаментів на основі під навантаженням ударної дії; розвиток методів розрахунку і проектування фундаментів під машини ударної дії.

Наукова новизна отриманих результатів:

- вперше за результатами досліджень встановлені закономірності динаміки комбінованих масивно-плитних фундаментів під машини з вертикальним імпульсним навантаженням;

- вперше розроблені аналітичні методи розрахунку комбінованих масивно-плитних фундаментів на ґрунтовій основі при дії вертикального імпульсного навантаження;

- вперше запропоновані рекомендації з проектування комбінованих масивно-плитних фундаментів під машини з вертикальним імпульсним навантаженням.

Практичне значення отриманих результатів: запропоновано нові удосконалені методи розрахунку комбінованих масивно-плитних фундаментів під машини з вертикальним імпульсним навантаженням. Методика розрахунку і проектування таких фундаментів дозволяє істотно знизити інтенсивність їх коливань та підвищити надійність роботи фундаментів, установленого на них обладнання та оточуючих будівель і споруд; результати досліджень використані при розробці практичних рекомендацій із розрахунку і проектування масивно-плитних фундаментів під машини ударної дії.

Особистий внесок здобувача в одержанні наукових результатів, опублікованих у співавторстві, полягає в:

-

-

-

-

Апробація результатів дисертації. Основні результати, викладені в дисертації, були представлені на VI-й Міжнародній науково-практичній конференції «Наука і освіта - 2003» (м.Дніпропетровськ – м. Донецьк – м. Харків, 2003 р.), VI міжнародному симпозіумі українських інженерів механіків (м. Львів, 2003 р.), V Всеукраїнській науково-технічній конференції «Механіка ґрунтів, геотехніка та фундаментобудування» (м. Одеса, 2004 р.), науковому Польсько-Українському семінарі по механіці матеріалів і конструкцій «Теоретичні основи будівництва» (м. Варшава, 2004- 2007 р.р.), науково-технічній конференції «Будівництво, матеріало-знавство, машинобудування» (м. Дніпропетровськ, 2006-2007 р.р.), конференції «Будівництво, матеріалознавство, машинобудування» (м.Ялта, 2006 р.), конференції «Інноваційні технології життєвого циклу об'єктів житло-цивільного, промислового і транспортного призначення» (м. Ялта, 2007 р.), міжнародній науково-практичній конференції «Мости і тунелі: теорія, дослідження, практика» (м.Дніпропетровськ, 2007р.)

Публікації. Основні результати досліджень викладені в 14 друкованих працях, з яких 11 статей, які розміщені в збірниках наукових праць, що входять до переліку фахових видань ВАК України, і 3 тези доповідей на міжнародних і національних конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаної літератури і додатка. Загальний обсяг роботи – 181 сторінок, основний текст викладений на 136 сторінках. Дисертація містить 36 рисунка та 34 таблиці. Список використаної літератури складається з 184 найменувань на 18 сторінках; додаток на 27 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність виконаної дисертаційної роботи, сформульовані мета і завдання досліджень. Приведено дані про наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Зазначено особистий внесок здобувача і дані про апробацію роботи.

Перший розділ складається з аналітичного огляду робіт, присвячених методам динамічного розрахунку фундаментів під імпульсним навантаженням, особливостям роботи таких фундаментів. Виконано аналіз існуючих конструкцій фундаментів під машини з імпульсними навантаженнями, впливу вільних коливань фундаментів на поширення хвиль у ґрунті від таких машин. Розглянуто результати досліджень взаємодії плит із ґрунтом. Проведено огляд методів динамічного розрахунку фундаментів під машини з імпульсними навантаженнями, сформульовані мета і задачі дослідження.

Питанню вивчення коливань фундаментів під дією вертикальних імпульсних навантажень присвячені роботи А.А. Абашидзе, Г.Г.Аграновського, Б.К. Александрова, А.І. Байцур, Д.Д. Баркана, Б.Л.Білоцерківського, М.І. Забиліна, В.А. Ільічева, Г.Г. Капленко, Ю.О. Кірічека, Б.Г. Коренева, Г.М. Левченко, Н.Я. Лучковського, Н.П. Павлюка, О.О. Петракова, В.М. Пятецького, О.О. Савинова, А.А. Саннікова, В.Л. Сєдіна, Л.Р. Ставніцера, В.Г. Таранова, Є.І. Часова, В.Б. Швеця, Н.С. Швець, І.С. Шейніна, О.Я. Шехтер та інших авторів.

Дослідженню впливу плит на коливання фундаментів присвячені роботи Д.Д. Баркана, Г.Г. Аграновського, І.В. Андріанова, Ю.О. Кірічека, Б.Г. Коренева, Н.П. Павлюка, В.М. Пятецького, О.О. Савинова, В.Л. Сєдіна, Н.С. Швець, В.Б. Швеця.

Результати досліджень коливань масивно-плитних фундаментів вказують на те, що комбіновані масивно-плитні фундаменти під машини з періодичними навантаженнями мають перевагу перед традиційними масивними завдяки можливості вибору в більш широкому діапазоні динамічних характеристик – власних частот, а отже й амплітуд вимушених коливань. Це дозволяє значно знизити інтенсивність вібрацій фундаментів, що є головною метою проектування. Комбіновані масивно-плитні фундаменти складаються з масиву та тонких горизонтальних плит в ґрунті. Формування динамічних характеристик забезпечують раціональним рішенням масивної і плитної частини фундаменту. Для досягнення мінімальної інтенсивності коливань фундаментів необхідний фундамент із двома плитами, розташованими поверху і понизу фундаменту. Розміри і кількість плит необхідно підбирати із розрахунку фундаменту на коливання. Збільшення висоти фундаменту обґрунтовано для важких машин і при будівництві на слабких ґрунтах. При дії вертикальних динамічних навантажень можна обмежитися фундаментом з нижньою плитою.

На підставі виконаного аналізу вільних коливань фундаментів встановлено:

1. Інтенсивність коливань фундаменту залежить від жорсткості основи, зі збільшенням жорсткості зменшується амплітуда коливань. Збільшення площі підошви фундаменту збільшує жорсткість основи, що зменшує його амплітуду коливань;

2. Чим більше жорсткість основи, тим вище частота вільних коливань та тим більше згасання коливань;

3. Згасання коливань у масивно-плитних фундаментів набагато більше, ніж у масивних, тому що в них більше площа контакту з ґрунтом, через яку відбувається випромінювання енергії коливань у ґрунт.

Виконаний аналіз проведених раніше досліджень дозволив сформулювати мету і завдання дисертаційної роботи.

В другому розділі представлені результати експериментальних досліджень масивно-плитних фундаментів під дією імпульсного навантаження методами чисельного моделювання за розробленими розрахунковими схемами на основі методу кінцевих елементів. З метою вивчення взаємодії комбінованих масивно-плитних фундаментів з ґрунтовою основою виконані теоретичні дослідження коливань фундаментів реальних розмірів. Такі дослідження дозволяють оцінити ефективність комбінованих масивно-плитних фундаментів з точки зору здатності сприймати імпульсні навантаження, визначити основні залежності характеристик їх коливань від параметрів фундаменту, а також визначити передумови аналітичних розрахунків фундаментів.

Для вирішення такої задачі був використаний проектно-обчислювальний комплекс Robot Millenium v 17.5. Програмний комплекс забезпечує розрахунки просторових комбінованих систем із плит та масивних тіл на ґрунтовій основі. Розрахунки виконувалися на ударні впливи та статичні навантаження методом кінцевих елементів (МКЕ).

У розділі виконані дослідження впливу конструктивних особливостей фундаментів на характеристики їх коливання під дією вертикального імпульсного навантаження. Метою чисельного дослідження є визначення ефективності застосування масивно-плитного фундаменту під машини з імпульсним навантаженням у порівнянні з традиційним масивним. За програмою досліджень виконаний аналіз залежності максимальної амплітуди коливань масивно-плитного фундаменту від характеристик основи і фундаменту. Результати розрахунків масивно-плитних фундаментів зіставлені з результатами розрахунків відповідних традиційних масивних фундаментів. Отримані результати розрахунків – динамічні переміщення однакової маси масивного та масивно-плитного фундаменту при дії однакового імпульсу сили представлені в якості ілюстрації на рис. 1. Проведений аналіз отриманих результатів свідчить про те, що змінювати характеристики коливань масивних фундаментів, традиційно застосовуваних для машин ударної дії, за рахунок варіювання їх розмірів немає достатніх можливостей. Так, динамічні характеристики масивних фундаментів (частоту власних коливань, амплітуду коливань, демпфування) неможливо істотно змінити за рахунок розмірів фундаменту в межах габаритів установки, як того вимагають будівельні норми.

Рис. 1. Динамічні переміщення фундаментів однакової маси при дії імпульсу сили однакової інтенсивності: а - масивного; б - масивно-плитного, t – час, Аz – вертикальне переміщення

Порівняння характеристик коливань фундаментів однакової маси масивно-плитного та масивного показує, що в момент удару тієї ж інтенсивності динамічне переміщення в 3,5 рази менше у масивно-плитного фундаменту, ніж у масивного. Крім того, згасання коливань відбувається в 1,6 рази швидше, а частота власних коливань у 3,8 рази вище. Коливання масивного-плитного фундаменту меншої інтенсивності та швидше загасають у порівнянні із масивним фундаментом. Логарифмічний декремент визначений як логарифм відношення двох послідовних амплітуд коливань фундаменту. Перший логарифмічний декремент визначений на підставі максимального переміщення фундаменту (Аz) і значення другої амплітуди переміщення. Для масивного фундаменту другий і наступний логарифмічний декремент в 3,7 - 3,8 рази, а для масивного-плитного фундаменту в 5 - 6 разів нижче, ніж перший.

Крім того, той факт, що частота власних коливань масивно-плитних фундаментів в декілька разів вища від частоти коливань масивних фундаментів свідчить про те, що динамічні впливи масивно-плитних фундаментів на споруди та будівлі, що їх оточують, значно менші, ніж у масивних фундаментів, що розповсюджені зараз на промислових об’єктах. Доведено практично, що промислові будівлі, в яких розташовані машини з імпульсним навантаженням ударної дії, мають великі нерівномірні деформації, в деяких випадках більші допустимих нормами через те, що частота власних коливань будівельних конструкцій близька до частоти власних коливань джерела вібрації – масивних фундаментів (у діапазоні 7 – 15 Гц). Тому будівельні конструкції вібрують в резонансному режимі, або в близькому до нього, а це вкрай небезпечно для всякого роду конструкцій.

Для визначення впливу конструктивних особливостей на коливання масивно-плитних фундаментів розглянуті наступні розрахункові схеми. Перша схема – масивний фундамент, друга схема використовує масив і плити в рівні підошви й обріза фундаменту. Також проведені дослідження вертикальних коливань комбінованих масивно-плитних фундаментів з верхнім або нижнім розташуванням плити, у рівні підошви та у рівні обрізу фундаменту (рис. 2). Маса масивного фундаменту тут була в 1,7 рази більше, ніж масивно-плитного з двома плитами та у 2,2 рази більше масивного-плитного фундаменту з однією плитою. В результаті частота власних коливань масивного фундаменту на 53% нижче, ніж масивно-плитного фундаменту з двома плитами, на 26% нижче, ніж масивно-плитного фундаменту з плитою в рівні обріза, і на 37% нижче, ніж масивно-плитного фундаменту з плитою в рівні підошви. Максимальне переміщення масивно-плитного фундаменту з двома плитами на 23% нижче, логарифмічний декремент вище в 2,1 рази, ніж масивного.

Рис. 2. Схема масивно-плитного фундаменту: а) розміри фундаменту із нижнім і верхнім розташуванням плит; б) розрахункова схема фундаменту з двома плитами; в) розрахункова схема фундаменту з верхнім розташуванням плит; г) розрахункова схема фундаменту з нижнім розташуванням плит

Результати динамічних переміщень досліджуваних фундаментів представлені на рис.3.

Рис. 3. Динамічні переміщення масивно-плитного фундаменту: а - розташування плити в рівні обрізу; б - розташування плити в рівні підошви; в - верхнє і нижнє розташування плит, t – час, Аz – вертикальне переміщення

Таким чином, частота власних коливань масивно-плитного фундаменту з двома плитами практично в два рази більше, ніж масивного. Переміщення на 23% менше і згасання відбувається більше як в два рази швидше, ніж у масивного. При цьому маса масивного-плитного фундаменту менша маси масивного на 42%.

Виконані дослідження свідчать про те, що для машин з імпульсним навантаженням конструкція масивно-плитного фундаменту більш ефективна у порівнянні з масивним фундаментом. Це підтверджує і регресійний аналіз динамічного розрахунку масивно-плитних фундаментів на дію імпульсного навантаження. При такому аналізі застосування теоретичних основ розмірності та подібності, теорії планування експерименту дали можливість вибрати впливові параметри моделей фундаментів та спланувати достатню кількість розрахунків для вирішення поставленої задачі.

В якості факторів, які впливають на пружно-демпфуючі характеристики, були прийняті такі параметри фундаментів: товщина плит - Т, м; виліт плит - L, м; відстань між плитами - Н, м; довжина фундаменту - А, м; навантаження – Q, т. Як відгук у досліджуваних моделях виступали динамічні характеристики фундаментів: частота власних коливань f, максимальне вібропереміщення фундаменту Аz, віброшвидкість Vz, віброприскорення Wz, логарифмічний декремент коливань Д1. Підхід планування, шляхом почергового варіювання параметрів моделі, дозволив розширити можливості багатофакторного експерименту. Відповідно до розробленої методики проведено моделювання і розрахунок п’ятдесяти одного комбінованого масивно-плитного фундаменту різних розрахункових схем. За результатами проведених розрахунків побудовані залежності динамічних характеристик фундаментів від змінюваних факторів. На підставі виконаних динамічних розрахунків встановлено вплив параметрів фундаменту на характеристики його коливань. З отриманих даних можна якісно і кількісно встановити вплив товщини плити, вильоту плит, відстані між плитами і довжини фундаменту на частоту власних вертикальних коливань f, вібропереміщення Аz, віброшвидкість Vz, віброприскорення Wz, логарифмічний декремент коливань Д1. Вплив зазначених факторів на досліджувані параметри представлено на рис.4-5. На підставі теоретичних досліджень, що охопили широкий діапазон зміни параметрів системи, визначені основні закономірності впливу характеристик плит на вільні коливання масивно-плитного фундаменту. Виконана статистична обробка багатомірної вибірки свідчить, що досліджувані ознаки відповідають нормальному закону розподілу.

Рис.4. Залежність частоти власних вертикальних коливань f від розмірів фундаменту

Рис.5. Залежність максимального вібропереміщення Аz від розмірів фундаменту

У підсумку рівняння регресії мають наступний вигляд.

Максимальне динамічне переміщення фундаменту:

Аz = 93,4 – 21,6L – 13,0A + 3,1Q.

Частота коливань:

f z = 24,9 – 42,5T + 19,7L – 9,7H + 6,7A.

Віброшвидкість коливань:

Vz = 3,0 – 0,8L – 0,4A + 0,1Q.

Віброприскорення коливань:

Wz = 445,8 – 51,8L – 83,4A + 21,7Q.

Логарифмічний декремент:

Д1 = 3,3 –0,5H + 0,3A .

Отримані рівняння регресії свідчать, що на зменшення динамічного переміщення масивно-плитного фундаменту найбільший вплив має виліт плит. Збільшення вильоту плит при постійній товщині 0,3 м і довжині фундаменту 5 м приводить до зменшення амплітуди максимального вібропереміщення, при цьому спостерігається різка зміна амплітуди при наявності плити і без неї (на 76%). На збільшення частоти коливань масивно-плитного фундаменту найбільший вплив має виліт плит і довжина фундаменту, на зменшення віброшвидкісті масивно-плитного фундаменту - виліт плит. Фундамент із великою відстанню між плитами має інтенсивність коливань нижче, тому що більший масив ґрунту включений до розсіювання енергії коливань.

За результатами чисельних досліджень встановлено, що комбіновані масивно-плитні фундаменти мають більш високу власну частоту в порівнянні з масивними фундаментами. Це приводить до посилення згасання коливань і зростання різниці між власними коливаннями фундаменту та власними коливаннями будівельних конструкцій споруд, що, в свою чергу, сприяє зниженню інтенсивності вібрації будівель та споруд.

Аналіз впливу товщини плит масивно-плитного фундаменту на його характеристики коливань свідчить про те, що раціональним є такий фундамент, у якого товщина плит мінімальна за конструктивними вимогами.

Проведені теоретичні дослідження коливань комбінованих масивно-плитних фундаментів підтвердили їх більш високу ефективність у порівнянні з масивними та заклали основу для розробки аналітичних методів розрахунку та проектування раціональних конструкцій фундаментів.

У третьому розділі аналітично досліджені коливання масивно-плитних фундаментів. Методи розрахунку засновані на фізично виважених моделях. Масив фундаменту прийнятий зосередженим; вважається, що під підошвою масиву реакція ґрунту розподілена рівномірно. Модель основи Вінклера, яку використовують діючі будівельні норми, не враховує розподільні властивості ґрунту. Масивно-плитний фундамент на відміну від масивного деформує під навантаженнями, тому треба враховувати розподільні властивості ґрунту. З цього погляду привабливо виглядає модель Муравського, що дозволяє просто і з достатньою для практики точністю врахувати основні властивості ґрунтової основи.

У роботі розглянуті коливання комбінованого масивно-плитного фундаменту (рис.6) на ґрунті під дією імпульсного навантаження. Фундамент у розрахунковій схемі представлений зосередженою масою m, плити – балками з жорсткістю EI, розташованими на основі Власова.

Рис.6. Комбінований масивно-плитний фундамент

Вихідне рівняння має вигляд:

(1)

Тут Е - модуль Юнга матеріалу плит; ; С1, С2 - коефіцієнти жорсткості основи під плитами відповідно до моделі Власова; - щільність матеріалу плит; ; С - коефіцієнт жорсткості основи під фундаментом; Р(t) – динамічне вертикальне навантаження на фундамент; а - довжина, b – ширина; , --1 – коефіцієнти, що визначають згасання коливань.

Рішення цієї задачі дає таке переміщення фундаменту:

, (2)

де;; .

Перша власна частота визначається з рівняння:

. (3)

Отримано рівняння коливання масивного фундаменту, оточеного необмеженою тонкою плитою. Пропоноване рішення може бути використане при значних розмірах плити в плані. Фундамент моделюється зосередженою масою з плитою на пружній основі. Вихідне рівняння і граничні умови мають вигляд:

(4)

при , при .

Початкові умови нульові.

Тут Е, v – модуль Юнга та коефіцієнт Пуассону матеріалу пола; С, С1 - жорсткість основи під фундаментом і плитою відповідно; ; - коефіцієнти, що характеризують згасання.

Рішення рівняння (4) для переміщення фундаменту:

. (5)

де,;,;; , ,

Отримані рівняння вирішуються чисельно. За отриманими рівняннями проведений аналіз впливу на коливання масивно-плитного фундаменту динамічних характеристик фундаменту і основи. Для аналізу впливу максимального динамічного переміщення масивно-плитного фундаменту Аz проведені дослідження з варіюванням почергово одного фактора. Усі розрахунки проведені при значенні верхнього рівня варіювання інших факторів у серії Т = 0,5м, L = 3м, А = 5м, М1 = 3т, Е = 20 МПа. За результатами досліджень побудовані залежності (рис. 7) і виконаний їх аналіз.

Рис.7. Залежність максимального динамічного переміщення Аz від вильоту L і товщини Т плит, довжини фундаменту А та модуля пружності ґрунту Е

При збільшенні товщини плити від 0,1 м до 0,5 м, максимальні вертикальні переміщення фундаменту зменшуються на 39%, причому в міру збільшення товщини плит переміщення зменшується менш інтенсивно. Збільшення вильоту плит приводить до зменшення переміщення фундаменту. При збільшенні вильоту з 0,5 м до 3 м переміщення зменшується на 35%. При збільшенні модуля деформації від 10 МПа до 60 МПа максимальні вертикальні переміщення зменшуються з 68 мкм до 11 мкм (на 83%).

Порівнювані аналітичні дослідження і дослідження, отримані методом кінцевих елементів, задовільно сходяться в межах 15-25%. Запропоновані спрощені розрахункові формули дозволяють підбирати необхідні параметри плит для зниження рівня коливань масивно-плитних фундаментів під машини з імпульсними навантаженнями. Приведені розрахункові формули та отримані рівняння дозволяють визначити основні розміри масивно-плитних фундаментів під машини з динамічними навантаженнями. Їх застосування доцільне для попередніх розрахунків при проектуванні масивно-плитних фундаментів і відповідного підбору їх розмірів.

У четвертому розділі приведені практичні рекомендації з розрахунку та проектування масивно-плитних фундаментів під машини з імпульсним навантаженням. Рекомендації розроблені як додаток до Будівельних норм та правил «Фундаменти машин з динамічними навантаженнями» і призначені для інженерно-технічних працівників проектних та будівельних організацій при проектуванні масивно-плитних фундаментів під машини з вертикальним імпульсним навантаженням. Рекомендації поширюються на проектування масивно-плитних фундаментів машин з вертикальними ударними (імпульсними) навантаженнями, у тому числі фундаментів: ковальських молотів, формувальних машин, прокатного, пресового устаткування. Рекомендації містять у собі: загальні положення, конструювання масивно-плитних фундаментів, технічні вимоги до фундаментів, розрахунок масивно-плитних фундаментів, правила приймання фундаментів.

Масивно-плитний фундамент із метою варіювання його динамічних характеристик рекомендовано розвивати в плані (за рахунок збільшення площі плит) або в глибину (за рахунок зміни кількості плит і висоти масиву). Основні параметри, що впливають на коливання фундаменту, це: розміри масиву і плит, відстань між плитами, кількість плит і характеристики основи. Комбіновані масивно-плитні фундаменти, що складаються з жорстких залізобетонних масивів для установки машин з імпульсним навантаженням і тонких горизонтальних плит, у значно більш широкому діапазоні забезпечують зміну динамічних характеристик фундаментів. Це дозволяє за рахунок їх раціонального підбору істотно знизити вібрації самих машин і навколишніх будинків та споруд.

Основні розміри масивно-плитних фундаментів призначають у такий спосіб. Довжина фундаменту відповідає габариту машини. Ширина масиву визначається вимогами до розташування анкерних болтів. Висота масиву призначається на підставі вимог до кріплення машини до фундаментів, наявності приямків, технологічних схем, інженерно-геологічних умов, глибини закладення прилеглих фундаментів, конструкцій тощо. Товщина плит приймається мінімальною із конструктивних міркувань, частіше від 0,2 м до 0,4 м, виліт плит - від 0,5 м до 5 м, відстань між плитами - від 0,5 м і більше згідно з розрахунками.

За технологією улаштування залежно від умов будівництва, комбінований масивно-плитний фундамент може бути монолітним, збірним та збірно-монолітним. Запропоновано конструктивні схеми комбінованих масивно-плитних фундаментів: з масивом і одною плитою в одному та двох рівнях.

Монолітний фундамент виготовляють у два етапи. Після бетонування масивної частини фундаменту з нижньою плитою, засипки та ущільнення її до заданої щільності, на поверхні ґрунту виготовляють верхні плити, при цьому їх робочу арматуру з'єднують з випусками арматури з монолітних блоків.

Оскільки технологія улаштування комбінованих фундаментів передбачає ущільнення ґрунту між плитами, можливе попереднє ущільнення ґрунтів і під підошвою фундаменту, або застосування штучних основ у вигляді ґрунтових подушок або подушок зі шлаку.

Збірно-монолітний фундамент являє собою конструкцію з верхніх плит, які монтують у готовому вигляді, і виготовленого на місці монолітного залізобетонного масиву, а також нижньої плити. При цьому збірні елементи з'єднують анкерами, що встановлені в наскрізних вертикальних каналах. Ці канали згодом заповнюються бетоном, за рахунок чого і забезпечується необхідний зв'язок між елементами.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі відповідно до мети і завдань розв’язана важлива науково-прикладна задача, пов’язана з розробкою ефективних фундаментів, які забезпечують зниження вібрації та обмеження поширення коливань у ґрунті від фундаментів під машини з вертикальним імпульсним навантаженням.

У результаті вирішення поставлених завдань зроблені наступні висновки.

1. На підставі виконаних досліджень розроблені теоретичні основи та практичні рекомендації розрахунку масивно-плитних фундаментів під машини з вертикальним імпульсним навантаженням.

2. Виконані аналітичні дослідження вертикальних коливань масивно-плитних фундаментів під дією імпульсного навантаження, вирішена динамічна задача про коливання масиву з плитами кінцевої довжини на в’язко-пружній основі.

3. Отримано рішення динамічної задачі про масив, оточений пружною тонкою плитою на в’язко-пружній основі для розрахунку масивно-плитного фундаменту з необмеженою в плані плитою під дією вертикального імпульсного навантаження.

4. Проведено чисельні дослідження і визначено особливості напружено-деформованого стану основи і масивно-плитних фундаментів під машини з імпульсним навантаженням, що за рахунок можливості підбору параметрів плит дозволяють змінювати динамічні характеристики фундаменту і забезпечувати більш високі техніко-економічні показники в порівнянні з традиційними масивними.

5. На підставі теоретичних досліджень, що охопили широкий діапазон зміни параметрів системи, визначені основні закономірності впливу характеристик плит на коливання масивно-плитного фундаменту під дією імпульсних навантажень. Встановлено залежності динамічних характеристик: власних частот, амплітуд і згасання коливань від параметрів основ та фундаментів. Результати чисельних розрахунків зіставлені з отриманими аналітичними рішеннями для розрахунку вертикальних коливань комбінованих масивно-плитних фундаментів.

6. Проведені дослідження коливань комбінованих масивно-плитних фундаментів підтвердили більш високу їх ефективність при сприйнятті імпульсних навантажень у порівнянні з масивними, заклали основу для проектування раціональних конструкцій фундаментів. Застосування масивно-плитних фундаментів під машини ударної дії дозволяє істотно знизити інтенсивність їх коливань, при цьому згасання коливань значно зростає, що сприяє зменшенню динамічних впливів на навколишні будівлі, споруди та устаткування.

7. Розроблено рекомендації з проектування масивно-плитних фундаментів машин з вертикальним імпульсним навантаженням, які призначені для інженерно-технічних працівників проектних і будівельних організацій. Рекомендації містять положення про вибір виду і параметрів масивно-плитних фундаментів, а також дані щодо раціональної області застосування таких конструкцій. Зазначені рекомендації призначені для будівництва нових об'єктів і для реконструкції фундаментів з метою зниження рівня вібрацій фундаментів або при заміні обладнання.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ландо Е.А. Вертикальные свободные колебания комбинированного массивно-плитного фундамента / И.В. Андрианов, Ю.А. Киричек, Е.А. Ландо // Збірник наукових праць «Теоретичні основи будівництва» ПДАБтаА та Варшавського технічного університету. – Варшава, 2006. – №14. – С. 475–480.

2. Ландо Е.А. Учет распределительных свойств основания в расчетах фундаментов / И.В. Андрианов, Ю.А. Киричек, Е.А. Ландо // Научно-практический журнал „Новости науки Приднепровья”. – 2006. –№7-8. – С. 12–15.

3. Ландо Е.А. Вертикальные колебания массивно-плитного фундамента под действием импульсной нагрузки / Ю.А. Киричек, И.В. Андрианов, Е.А. Ландо // Міжвідомчий науково-технічний збірник наукових праць: Будівельні конструкції . – Вип.61, Т.1. – К.: НДІБК, 2004. – С. 312–315.

4. Ландо Е.А. Колебания комбинированного массивно-плитного фундамента под действием импульсной вертикальной нагрузки / Ю.А.Киричек, И.В. Андрианов, Е.А. Ландо // Збірник наукових праць «Теоретичні основи будівництва» ПДАБтаА та Варшавського технічного університету. – Варшава, 2004. – №12.– Т.2. – С. 693–696.

5. Ландо Е.А. Колебания массивного фундамента, окруженного неограниченной плитой пола / Ю.А. Киричек, И.В. Андрианов, Е.А.Ландо // Міжвідомчий науково-технічний збірник наукових праць: Будівельні конструкції. – Вип.61, Т.1. – К.: НДІБК, 2004. – С.316–319.

6. Ландо Е.А. Свободные колебания массивно - плитных фундаментов / Ю.А. Киричек, И.В.Андрианов, Е.А. Ландо // Збірник наукових праць «Теоретичні основи будівництва» ПДАБтаА та Варшавського технічного університету. – Варшава, 2002. – №10. – Т.2. – С. 668–673.

7. Ландо Е.А. О влиянии характеристик фундамента и основания на колебания фундаментов под действием импульсной нагрузки / Ю.А. Киричек, Е.А. Ландо // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури: 2002. – №10. – С. 35–41.

8. Ландо Е.А. Реконструкция фундаментов под машины с импульсной нагрузкой путем переустройства монолитного фундамента в массивно-плитный / Ю.А. Киричек, Е.А. Ландо // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб.научн.трудов. Вып.37. – Днепропетровск: ПГАСА, 2006. – С. 163–171.

9. Ландо Е. А. Анализ вертикальных свободных колебаний комбинированных массивно-плитных фундаментов / Е.А. Ландо, Ю.А. Киричек // Збірник наукових праць «Теоретичні основи будівництва» ПДАБтаА та Варшавського технічного університету. – Варшава, 2007. – №15. – С. 425–432.

10. Ландо Е.А. Практические рекомендации по применению комбинированных массивно-плитных фундаментов под машины с импульсной нагрузкой / Е.А. Ландо, Ю.А. Киричек // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научн. трудов. Вып. 43. – Днепропетровск: ПГАСА, 2007. – С. 236–241.

11. Ландо Е.А. Анализ уравнений регрессии свободных колебаний комбинированных массивно-плитных фундаментов. / Е.А. Ландо, Ю.А. Киричек // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научн. трудов. Вып. 41, ч.3. – Днепропетровск: ПГАСА, 2007. – С.34–38.

12. Ландо Е.А. Динамика машин с импульсными нагрузками на массивно-плитных фундаментах / Е.А. Ландо, Ю.А. Киричек // Шостий міжнародний симпозіум Українських інженерів-механіків у Львові: тези доповідей, 21-23 травня 2003р. – Львів: КІНПАТРІ ЛТД, 2003. – С. 23.

13. Ландо Е.А. Массивно – плитные фундаменты под машины с импульсными нагрузками / Е.А. Ландо, Ю.А. Киричек // Матеріали VI Міжнародної науково-практичної конференції «Наука і освіта 2003»: тези доповідей, 20-24 січня 2003р. – Том 1. Будівництво та архітектура. – Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2003. – С. 14–16.

14. Ландо Е.А. Рекомендации по проектированию массивно-плитных фундаментов под машины и оборудование с импульсными нагрузками / Е.А.Ландо, Ю.А. Киричек // Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика: тези доповідей, 11-12 жовтня 2007р. – Дніпропетровськ: Вид-во Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна, 2007. – С.111–112.

АНОТАЦІЯ

Ландо Є. О. Масивно-плитні фундаменти під машини з вертикальним імпульсним навантаженням. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.02 - основи і фундаменти. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2008.

Розроблені науково-технічні засади використання комбінованих масивно-плитних фундаментів під машини з вертикальним імпульсним навантаженням.

Наукові дані, отримані в результаті виконання теоретичних, аналітичних та експериментальних досліджень, дозволяють знизити інтенсивність коливань фундаментів під машинами ударної дії, при цьому затухання коливань значно зростає, що сприяє зменшенню динамічного впливу на будівлі, споруди та обладнання.

Результати досліджень коливань масивно-плитних фундаментів підтвердили більш високу їх ефективність у порівнянні з традиційними масивними. Застосування комбінованих масивно-плитних фундаментів при раціональному призначенні їх характеристик дозволяє знизити рівень вібрації ударних машин у 1,5 – 4 рази в порівнянні з масивними фундаментами.

Ключові слова: комбінований масивно-плитний фундамент, взаємодія фундаменту з ґрунтовою основою, надійність, фундаменти під машини, динамічні характеристики.

АННОТАЦИЯ

Ландо Е. А. Массивно-плитные фундаменты под машины с вертикальной импульсной нагрузкой. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.02 - основания и фундаменты. - Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2008.

Работа посвящена исследованию колебаний комбинированных массивно-плитных фундаментов под машины с вертикальной импульсной нагрузкой.

Рассмотрены различные конструкции массивно-плитных фундаментов с двумя плитами в уровне обреза и в уровне подошвы, или только с одной плитой, расположенной в уровне обреза или подошвы фундамента.

Разработанная методика проведения исследования позволила изучить особенности поведения фундамента в зависимости от конструктивного решения плит и массивной части, установить влияние конструктивных особенностей на перемещение фундамента, частоту колебаний и затухание.

Проведенные исследования обосновали применение комбинированных массивно-плитных фундаментов под машины с вертикальной импульсной нагрузкой, установили особенности применения таких фундаментов под разные типы машин. Полученные уравнения регрессии позволяют оценить влияние параметров фундамента на характеристики колебаний.

Комбинированные массивно-плитные фундаменты обладают более высокой собственной частотой по сравнению с массивными фундаментами, что приводит к усилению затухания колебаний и отстройке собственных колебаний фундамента от собственных колебаний зданий, способствует снижению интенсивности колебаний на промышленной площадке.

На основании теоретических исследований, которые охватили широкий диапазон изменения параметров системы, определены основные закономерности влияния характеристик плит на колебания массивно-плитного фундамента под воздействием импульсных нагрузок. На уменьшение максимального динамического перемещения массивно-плитного фундамента наибольшее влияние оказывает увеличение вылета плит и длины фундамента. Вылет плит больше влияет на динамическое перемещение, чем длина фундамента. На уменьшение частоты колебаний массивно-плитного фундамента наибольшее влияние оказывает толщина плиты, существенно меньшее влияние оказывает расстояние между плитами. Увеличение вылета плит и длины фундамента способствует увеличению частоты собственных колебаний. На уменьшение виброскорости массивно-плитного фундамента наибольшее влияние оказывает вылет плит, в два раза меньшее влияние оказывает длина фундамента. На уменьшение виброускорения массивно-плитного фундамента наибольшее влияние оказывает длина фундамента, на 38% меньше влияние оказывает вылет плит. На декремент затухання массивно-плитного фундамента наибольшее влияние оказывает расстояние между плитами и длина фундамента.

Анализ влияния толщины плит массивно-плитного фундамента на его характеристики колебаний свидетельствует о том, что при динамических вертикальных нагрузках наибольшее влияние толщина плиты оказывает на виброускорение и минимальное влияние - на затухание и виброперемещение. Таким образом, рациональным является такой фундамент, у которого толщина плит минимальна и ограничивается только с точки зрения конструктивных характеристик машины.

Проведенные исследования колебаний комбинированных массивно-плитных фундаментов подтвердили более высокую их эффективность при восприятии импульсных нагрузок по сравнению с массивными. Заложили основу для аналитического исследования вертикальных колебаний и проектирования рациональных конструкций фундаментов.

Проведены аналитические исследования вертикальных колебаний массивно-плитных фундаментов под действием импульсной нагрузки. Рассмотрены колебания массивно-плитного фундамента, состоящего из заглубленного массива и горизонтальных плит на поверхности грунта под действием импульсной нагрузки. Предложены упрощенные расчетные формулы, позволяющие подбирать необходимые параметры плит для снижения уровня колебаний массивно-плитных фундаментов под машины с импульсными нагрузками.

Приведенные практические рекомендации по применению, расчету и проектированию массивно-плитных фундаментов под машины с импульсными нагрузками разработаны в дополнение к «Фундаменты машин с динамическими нагрузками». Рекомендации предназначены инженерно-техническим работникам проектных и строительных организаций при проектировании массивно-плитных фундаментов под машины с вертикальной импульсной нагрузкой. Рекомендации распространяются на проектирование массивно-плитных фундаментов машин с вертикальными импульсными нагрузками, в том числе фундаментов: кузнечных молотов, формовочных машин, прокатного, прессового оборудования и мельничных установок.

Ключевые слова: комбинированный массивно-плитный фундамент, взаимодействие фундамента с грунтовым основанием, надежность, фундаменты под машины, динамические характеристики.

SUMMARY

Lando Eugeniy. Massive - plate foundations for machines with vertical impulse loading. - Manuscript.

Thesis on Competition of a Degree of the Candidate of Technical Science on a Specialty 05.23.02 – Foundations and Basements. - Pridneprovsk State Academy for Civil engineering and Architecture, Dnipropetrovsk, 2008.

Scientific and technical bases of the use of the combined massive-plate foundations are developed for machines with the vertical impulsive loading. Substantial payment is done in a theory and practice of application of foundations under machines with the impulsive loading.

Scientific data, obtained by an author as a result of theoretical, analytical and experimental research allow substantially reduce intensity of vibrations of foundations for impact machines. Fading of vibrations increases considerably and it is instrumental in diminishing of the dynamic affecting buildings, buildings, equipment and technical personnel.

The results of research of vibrations of the massive-plate foundations confirmed its high efficiency in comparison to traditional massive ones. Usage of the combined massive-plate foundations allows to reduce the level of vibration of impact machines in 1.5 - 4 times as compared to massive foundations.

Keywords: combined massive-plate foundation, interaction of foundation with base, reliability, foundations for machines, dynamic characteristics.

Підп. до друку 13.05.08. Папір офсетний. Формат 60 х 84 1/16

Папір письмов. Гарнітура Times.Друк RISO.

Умовн.друк.арк. 0,9. Умовн. видавн. арк. 1,0

Тираж 100 примірників. Замовлення № 200

ЛКРТ Придніпровської державної академії будівництва та архітектури

49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а