Физико-механические свойства желатино-геля XC (игдантина)
n (%) | g (т/м3) | С(кПа) | j (град) |
15 | 1,078 | 34,8 | 13,5 |
30 | 1,150 | 72,0 | 25,5 |
45 | 1,240 | 183,0 | 42 |
Эксперименты по определению величины интенсивности внешнего воздействия соответствующей моменту зарождения областей предельного состояния грунта под подошвой модели щелевого фундамента, проведены в сборно-разборной форме на установке, фотография которой приведена на рис. 17.
Внешние размеры формы 30´30 см, а ее ширина 3,4см. Внутренние размеры соответственно 28´28 см и 2см.
| Форма выполнена из оргстекла толщиной 7мм, а ее элементы скреплены между собой 13 металлическими болтами. Вставки-штампы из органического стекла, представляющие собой модели щелевых фундаментов, изготовлены шириной 1,2см и толщиной 2см, т. е. последний размер равен толщине желатиногелеевой модели основания ЩФ. Модели формировались с переменной глубиной выреза, чтобы можно было имитировать щелевой фундамент с величиной отношения его ширины к глубине заложения 2b/hз=0,1; 0,15; 0,2; 0,25 и 0,3. |
Рис. 17. Общий вид установки во время проведения эксперимента |
Часть вставки-штампа, расположенная выше поверхности модели, служит для опирания динамометра ДОСМ-3-1, измеряющего величину передаваемого на модель основания усилия, создаваемого винтом.
Вставка-штамп перед проведением опыта тщательно смазывалась техническим вазелином для исключения сил трения.
|
|
|
|
а) | б) | в) | г) |
Рис. 18. Момент образования областей пластических деформаций в основании моделей щелевого фундамента при величинах отношения его ширины к глубине заложения 2b/hз=0,1 (а); 0,15 (б); 0,2 (в); 0,3 (г) |
Суть эксперимента заключалась в следующем.
Из желатино-геля ХС с весовой концентрацией желатина равной 15%, 30% и 45% последовательно изготавливались пять партий по пять моделей оснований щелевого фундамента (рис. 16а), с величиной отношения ширины 2b/hз=0,1; 0,15; 0,2; 0,25 и 0,3.
Затем эти модели нагружались через вставку-штамп вертикальной равномерно распределенной нагрузкой до того момента, пока у нижних краев вставки-штампа не начинали отчетливо проглядываться крошечные трещинки – признак начала разрушения (рис. 18). Соответствующие значения нагрузки фиксировалась, и принимались за величину первой критической нагрузки.
Среднее арифметическое из пяти (для каждой партии из пяти моделей с одинаковым значением 2b/hз) значение qз принималось в качестве результата эксперимента и помещалось в таблицу № 3. На основании полученных данных построены графические зависимости вида qз=f(2b/hз), приведенные на рис. 20.
| В той же таблице приведены значения соответствующих нагрузок, полученные на основании расчета, выполненного при помощи компьютерной программы «Устойчивость. Напряженно-деформированное состояние», разработанной в ВолгГАСУ. Отметим, что все расчеты проведены при величине коэффициента бокового давления грунта xо=0,75, что является средним значением для глинистых грунтов. Графическая интерпретация экспериментальных и теоретических данных в виде зависимостей вида qз=f(2b/hз), приведены на рис. 20. Как видно из таблицы № 3, экспериментальные и теоретические данные отличаются друг от друга не более чем на 26%, причем, отличия тем меньше, чем меньше величина отношения 2b/hз, и чем меньше процентная концентрация желатина в эквивалентном материале. На рис. 21 представлены очертания | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рис. 19.Таблица № 3. Экспериментальные и расчетные значения первой критической нагрузки qз | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рис. 20. Графические зависимости вида qз=f(2b/hз), построенные по экспериментальным и расчетным данным (помечены квадратным символом) для моделей оснований ЩФ при разной концентрации желатина в моделеобразующем материале. |
|
|
а) | б) |
Рис. 21. Расчетная схема МТФКП (а) и области пластических деформаций в основании модели ЩФ, построенные по напряжениям, вычисленным при помощи МТФКП (б) |
ОПД, построенных для условий эксперимента при 2b/h=0,1 при помощи компьютерной программы «Устойчивость. Напряженное состояние», в которой формализованы решения, полученные на основе использования методов теории функций комплексного переменного. Сравнивая их с экспериментальными областями, констатируем их практическую идентичность.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. Несущая способность щелевого фундамента по грунту определяется суммой несущей способности по боковой поверхности и его подошве. Первое слагаемое определяется физико-механическими свойствами вмещающего массива грунта, гидро-геологическими условиями строительной площадки, геометрическими размерами фундамента, физико-химическими свойствами бетона, степенью проникновения коллоидного водоцементного раствора в поверхностные слои грунта откосов котлована (траншеи), технологией сооружения фундамента и так далее. Второе слагаемое зависит от формы и размера подошвы и ФМСГ. Поэтому определять несущую способность по подошве фундамента можно на основе анализа НДС грунтового массива при помощи МКЭ и МТФКП, а несущую способность по боковой поверхности – путем экспериментальных исследований непосредственно на строительной площадке.
2. На основе методов теории функций комплексного переменного получены графические зависимости и соответствующие аналитические аппроксимации, позволяющие определять несущую способность по подошве щелевого фундамента для всех возможных сочетаний численных значений переменных расчетных параметров, использованных в диссертационной работе. Эти результаты составили базу данных компьютерной программы-калькулятора, позволяющей автоматизировать процесс вычисления части несущей способности, приходящейся на подошву фундамента.
3. Разработано и запатентовано устройство, позволяющее в реальных инженерно-геологических условиях конкретной строительной площадки определять максимальные значения удельных сил трения и сцепления, действующих по боковой поверхности монолитных фундаментов, изготавливаемых без опалубки враспор грунта.
4. Предложен инженерный метод расчета несущей способности основания щелевого фундамента, составными частями которого являются разработанная компьютерная программа и запатентованное устройство.
5. Методом конечных элементов выполнен анализ процессов трансформации полей напряжений и образования и развития областей пластических деформаций в однородном основании двухщелевого фундамента, позволивший установить их новые закономерности: области пластических деформаций начинают зарождаться в нижней части щелевых опор с их внешних сторон; затем, по мере увеличения интенсивности внешней нагрузки, происходит интенсивное развитие ОПД вверх по боковым поверхностям фундамента, их выход на поверхность грунта и чуть позже – смыкание под подошвами фундамента. Таким образом, установлено, что в первую очередь реализуется та часть несущей способности двухщелевого фундамента по грунту, которая приходится на его боковую поверхность, причем, включение боковой поверхности щелевого фундамента в работу происходит снизу вверх. Только после этого в работу включается часть основания, которая находится непосредственно под подошвами фундамента. Показано, чем меньше расстояние между щелями, тем больше несущая способность основания и тем большая ее часть приходится на боковую поверхность. Несущая способность двухщелевого фундамента по грунту прямо пропорциональна высоте щелей. Часть несущей способности, реализуемая по боковой поверхности фундамента, может достигать 60% и более.
6. Предложен инженерный метод расчета несущей способности основания двухщелевого фундамента, включающий простые для употребления формулы и графики. Метод формализован в компьютерную программу-калькулятор. Поверочные расчеты говорят о высокой степени точности аппроксимации результатов численного эксперимента.
7. В результате экспериментальных исследований, проведенных на моделях из эквивалентных материалов, установлено, что численные значения первой критической нагрузки для основания щелевого фундамента, найденные при помощи расчета и экспериментально, отличаются друг от друга не более чем на 26%. Причем, отличия тем меньше, чем меньше величина отношения 2b/h, и чем меньше процентная концентрация желатина в моделеобразующем материале. Это дает основание полагать, что разработанный инженерный метод расчета несущей способности щелевого фундамента может быть рекомендован для практического использования.
Авторм всего опубликовано статей по теме диссертационной работы – 8, из них две в рецензируемых научных журналах и изданиях и 1 патент РФ на полезную модель.
Работы по тематике диссертации, опубликованные в рецензируемых журналах и изданиях:
1. Экспериментальное исследование процесса образования областей предельного состояния в основании щелевого фундамента на моделях из эквивалентного материала / [и др.] // Интернет-вестн. ВолгГАСУ. Сер.: Политемат. – Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2013. – ВыпРежим доступа: www. vestnik. *****
2. Богомолов, метод расчета несущей способности однородного основания щелевого фундамента / , , // Вестн. Волгогр. гос. архитектур.-строит. ун-та. Сер.: Стр-во и архитектура. – Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2013. – Вып.– С. 23-28.
Публикации по тематике диссертации в других изданиях, материалах конференций:
3 Пат. 126332 Российская Федерация, МПК E 02 D 1/00. Устройство для определения суммарной силы трения и сцепления по боковой поверхности подземной части монолитного фундамента / , , - № /03 ; заявл. 03.08.2012 ; опубл. 27.03.2013, Бюл. № 9.
4 Определение коэффициентов отображающей функции для решения прикладных задач геомеханики на основе использования методов теории функций комплексного переменного / [и др.] // Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении : материалы Всерос. науч.-техн. конф., 7-8 июня 2012 г., Новочеркасск. – Новочеркасск : Изд-во ЮРГТУ (НПИ), 2012. - С. 169-174.
5 Моделирование процесса образования и развития областей пластических деформаций в основании щелевого фундамента / [и др.] // Инженерные проблемы строительного материаловедения, геотехнического и дорожного строительства : материалы III Междунар. науч.-техн. конф., 10-12 апреля 2012 г., Волгоград. - Волгоград : Изд-во ВолгГАСУ, 2012. – С. 109-121.
6 Моделирование процесса образования и развития областей пластических деформаций в основании двухщелевого фундамента / [и др.] // Збiрник наукових праць. Сер.: Галузеве машинобудування, будiвництво. - Полтава : Изд-во ПолтНТУ, 2012. – Вып, т. 2 . – С. 10-17.
7 Инженерный метод и компьютерная программа для расчета несущей способности основания щелевого фундамента : информ. л. № / [и др.]. – Волгоград : ЦНТИ, 2013. – 3 с.
8 Компьютерная программа для расчета несущей способности основания двухщелевого фундамента «Fundament 2CH» : информ. л. № / [и др.]. – Волгоград : ЦНТИ, 2013. – 3 с.
ИВАНОВ АНТОН АНДРЕЕВИЧ
ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЙ ЩЕЛЕВЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВОГО МАССИВА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Специальность 05.23.02 – Основания и фундаменты,
подземные сооружения
Автореферат
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Подписано в печать 11.11.2013. Формат 60х84/16.
Бумага офсетная. Печать трафаретная. Гарнитура Times New Roman.
Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,2. Тираж 110 экз. Заказ № 000.
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
