автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему: Взаимодействие фундаментной системы "железобетонная плита - грунтовое основание - сваи" при нелинейном деформировании железобетона и основания

Автореферат диссертации по теме "Взаимодействие фундаментной системы "железобетонная плита - грунтовое основание - сваи" при нелинейном деформировании железобетона и основания"

ТО ОД МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

■ КИЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

• ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФУНДАМЕНТНОЙ СИСТЕМЫ "ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ПЛИТА - ГРУНТОВОЕ ОСНОВАНИЕ - СВАИ» ПРИ НЕЛИНЕЙНОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА И ОСНОВАНИЯ '

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции,

СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

На правах рукописи

здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ . диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

. Диссертация является рукописи. Работа выполнена в Киевском государственном техническом университете строительства и архитектуры.

Ведущая организация: НИИЗК

Защита состоится "2& " ¿У>Р>пЛоЬЗу 1993 года в ч

на заседании специализированного совета К 068.05.04 при Киеве» государственном техническом университете строительства и архит туры по адресу: 252037, Киев-37, Воздухофлотский гроспект, 31;

С диссертацией ммно ознакомиться в библиотеке Киевскогс государственного технического университета строительства и ар> тектуры.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Крипак БД. Научный консультант: доктор, архитектуры,

доцент Соченко В.И. Официальные оппоненты: доктор технических наук,

ст.н.сотр. Коляков М.И. кандидат технических наук, ст.н.сотр. Максименко В.П.

специализированного совета кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для зданий повышенной этажности (20 эта-ней и более) применяют, как правило, один из двух типов фундаментов - монолитная нелезобетонная плита на естественной основании или свайный фундамент с ленточным или сплошным плитным ростверком. В зависимости от характера распределения нагрузок в плана здания от надземной части его и от жесткостных и прочностных параметров грунтового основания, эти фундаменты могут быть равноценными или обладать теми или иными преимуществами друг перед другом по технико-экономическим показателям и надежности в эксплуатации.

Однако в ряде случаев, как первый, так и второй тип фундаментов являются малоэффективными. Поэтому проблема поиска новых конструктивных решений фундаментов является весьма актуальной.

При больших нагрузках и относительно слабых или неравномерно сложенных по глубине основаниях эффективным является конструктивное решение в виде системы "железобетонная плита - грунтовое основание - сваи".

Определение усилий взаимодействия в этой системе и ее деформирование зависят от стадий работы железобетонной плиты, коэффициента армирования, основания, изменения жесткости свай в процессе на-грунения, количества свай, их. расположения в плане и являются нелинейной задачей.

Расчеты таких фундаментов должны выполняться на только в упругой, но и в неупругой стадии по методикам,-описывающим вез основные особенности взаимодействия яелезобетонной плиты, основания, свай.

Цель работы. Разработка методики расчета комплексной фундаментной системы "нелезобетонная плита - грунтовое основание - сваи" с учетом .нелинейногодеформирования железобетонной- плиты, основания, свай; реализация методики в вида вычислительных программ для ПЭВМ и совершенствование на их/базе конструктивных решений плитных фундаментов. ' -

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:

1. Разработана методика построения расчетной моде-л яомплекс-ного фундамента "нглезобетонная плита-грунтовое основание - сваи".

2. Построены матрицы жесткости КЭ, работающего с основанием, сваями и системы "плита - основание - сваи" с учетом трецинообра-

зования в плите, нелинейного деформирования грунтового' основания, изменения жесткости свай.

3. Разработан алгоритм решения нелинейной задачи взаимодействия плиты, основания и свай.

4. Разработан эффективный способ подбора арматуры в сзчениях плиты с поэтапным уточнением ее на различных стадиях расчета системы.

5. Реализована методика расчета рассматриваемой системы в виде комплексных программ на алгоритмическом.языке ФОРТРАН 77 для ПЭВМ.

6. Проведены численные исследования взаимодействия системы "плита - основание - сваи" при нелинейном деформировании ее элементов под .действием нагрузки с поиском эффективных конструктивных форм комплексного фундамента.

Научную новизну составляют:

1. Конструктивное решение и построение расчетной модели взаимодействия фундаментной системы "плита - основание - сваи". ■

2. Составление патриц ¡кесткости КЗ, работающего с основанием, сваями и системы "плита - основание - сваи", при не^лнейном деформировании нелезобетона, основания и свай.

3. Алгоритм расчета нелинейной задачи взаимодействия железобетонной плиты, основания и свай.

4. Метод подбора арматуры в сечениях плиты по напряденным зона]

5. Исследование влияния стадий деформирования железобетонной плиты, грунтового основания и свай, а такке способов размещения свай в плаьа на распределение усилий в фундаментной системе.

Практическая ценность. Результаты выполненных исследований являются базой для дальнейших исследований и более рационального проектирования типов фундаментов в виде системы "железобетонная плита грунтовое основание - сваи" с учетом всех особенностей их взаимодействия и деформирования материалов.

Разработаны методика, алгоритм, комплексная программа расчета, позволяющие решать конкретные задачи проектирования и вести поиск более эффективных решений фундаментов под большие нагрузки.

Апробация работы. Основные результаты доложены и одобрены на 5 и 6 научно-технических конференциях Ханойского института водного 0, хозяйства в 1984, 1989 гг. и на 53-54 научно-технических конференциях КИСИ в 1992-1993 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять статей, в которых отракено .содержание выполненной работы, две -.на вьетнам-

зком языке в СРВ, три - на русском языке.

Структура и объем работы.' Диссертация состоит из введения, тяти глав, основных'результатов и выводов, списка использованной иитературы, приложений и содержит 103 страниц основного текста, 12 таблиц, 38 рисунков. Список использованной литературы содержит [25 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ существующих типов фундаментов, конструктивного решения фундаментной системы "плита - основание сваи" и очерчена область ее применения. •

Исследованию фундаментных конструкций на упругом основании посвящены работы И.И.Горбунова-Посадова, В.З.Власова, Б.Н.Жемочкина, С.Н.Клепикова, Б.Г.Коренева, В.А.Киселева, Ю.И.Мурзенко, П.Л.Пастернака, А.П.Синицына, Й.А.Симвулиди, А.Н.Тетиора, С.А.Ривкина, Н.С.Нетелюка и др.

Разработке программных методов расчета фундаментных плит на ЭВМ посвящены работы А.С.Городецкого, В.И.Соломина, А.С.Сахарова, В.С.Здоренко, Т.А.Малиновой, З.И.Сливкера и др.

Первые задачи о фундаментной системе "ростверк — основание -сваи"' с учетом восприятия части вертикальной нагрузки основанием были решены А.И.Симвулиди. При решении этих задач предполагалось, что сваи являются' несмещаемыми опорами. Экспериментальные исследования, проведенные М.С.Грутманом, В.Д.Яблочковым и др., показывают, что нагрузка от сооружения, передаваемая через свайный- ростверк, монет достигать 50%.

Исследования, проводимые в Киевском инненерно-строительном институте специалистами'кафедры железобетонных и каменных конструкций, оснований и фундаментов (авторы Крипа к В.Д., Бойко И.П.), позволили разработать и внедрить в практику стр.оительст'ва килых домов новую конструктивную фундантную систему в виде монолитной, железобетонной плиты, взаимодействующей с грунтовым основанием и сваями.

При применении новой фундаментной системы "плита - основание » сваи" достигаются следующие преимущества: восприятие больших нагрузок;

- использований полной несущей способности материалов и основания на основе целесообразного расположения- свай в плане шшты;

- изменение условий работы надземных конструкций и фундамента, работающих с основанием и сваями по выгодному направлению;

- значительное снихвнна затрат материальных ресурсов, времени и трудоемкости.по сравнении с другими конструктивными решениями фундаментов.

Расчет рассматриваемой системы, выполняющийся обычно в линейной постановке, связан с определенными трудностями, которые не всегда удается преодолеть дане с помодью современных программных, комплексов. Особенностью работы основания и свай является то, что при нагрузке, достигающей их несущей способности, основание и сваи выкличаится из работы в составе Фундамента, а при превышении упругого предела их расчетные характеристики зависят от давления на основания и сваи.

Применяющиеся методики расчета имели в определенной мере приближенный характер, так как не учитывались возможность перераспределения усилий в плите к давлений в основании и сваях при развитии в железобетонной плите трещин, в грунтовом основании местных пластических зон, и исчерпание отдельными сваями своей несущей способ-

Исследования фундаментной системы "гелезобетонная .плита - грунтовое оезоьанг.е - сваи" требуют применения расчетных моделей дефор иирования ¡железобетонной плиты с трещинами, грунтового основания I различных стадиях работы я учета изменения кесткости свай.в процес се нагрукения, дающих возможность моделировать рассматриваемую сис тему на всех стадиях ее работы и с учетом особенностей взаимодействия ее элементов.

ВтосагГ глава посвящена выбору физических зависимостей деформирования железобетонных плит с трещинами, принятых в расчетной модели фундаментной системы "плита - основание - сваи" и подбору арматуры по напряженным зонам.

В работе проанализированы известные физические уравнения железобетонных плит с учетом тек или иных возможных реализаций нелинеI еых свойств бетона, пластических свойств арматуры и возможного тре ценообразования. Наиболее приемлемой для решения задач настоящих исследования является модель деформирования нелезобетона с трещинами Н.И.Карпенко, имеющая вид: