Исследование напряжённо-деформированного состояния свайных фундаментов с поверхностными и концевыми уширениями в структурно-неустойчивых основаниях - Автореферат
Совершенствование конструктивных решений свайных фундаментов с уширениями в структурно неустойчивых грунтах и методов их расчёта. Особенности поведения под нагрузкой составляющих элементов системы "основание – свайный фундамент с уширениями - здание".
Аннотация к работе
Невысокая жесткость известных конструктивных решений свай с уширениями приводят к значительным осадкам свайных фундаментов на слабых грунтах и появлению трещин в несущих конструкциях здания. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - выполнить анализ существующих конструкций свай с уширениями и методов их расчета; исследовать напряженно-деформированное состояние элементов системы «основание - свайный фундамент с уширениями - здание», а также их совместной работы с учетом особенностей поведения под нагрузкой каждого из составляющих системы; решена обратная задача для балок и свай на упругом основании как средство определения характера и уровня отпорности основания по смещениям их опорных точек; выявлено влияние зоны грунта, уплотненного втрамбовыванием щебня различной фракции в основание обсадной трубы буронабивной сваи, закачкой цементного раствора под нижний конец сваи, а также клина, погружаемого вокруг сваи у поверхности земли на повышение несущей способности фундамента;Наличие поверхностных уширений свай в виде сборных клиньев приводят к увеличению плотности грунта за счет его вытеснения клином в 1,5 раза, что приводит к увеличению несущей способности фундамента на 70-80%. Разработан алгоритм решения обратной задачи для балок и свай на упругом основании, который позволяет определить жесткостняе характеристики грунтового полупространства и уровень отпорности основания. Определение изменения характера деформаций грунтового основания вокруг сваи при увеличении нагружения с помощью изолиний показал, что зона изменения плотности грунта не превышает двух диаметров сваи от ее граней в боковые стороны и трех диаметров сваи под нижним концом сваи. Установлено, что вертикальные перемещения в контурных точках для системы «здание - свайный фундамент с уширениями - основание» в 4 раза меньше перемещений в этих точках для аналогичной системы со свайным фундаментом без уширения - «здание - свайный фундамент - основание». Разработана методика расчета сваи с концевыми и поверхностными уширениями на статические и динамические воздействия, основанная на свойствах изображений Фурье финитных функций, позволяющая рассматривать напряженно-деформированное состояние свай и балок с кусочно-постоянными параметрами.
Вывод
1. Разработаны конструктивные решения повышения несущей способности свайных фундаментов при минимальных затратах на производство: сваи с поверхностными уширениями в виде сборных клиньев и концевых, полученных нагнетанием растворов, глубинным втрамбовыванием щебня.
2. Достигнуто повышение несущей способности свайных фундаментов с концевыми и поверхностными уширениями в 2-4 раза; осадка при разработанных способах устройства уширений свайных фундаментов снижается от 2-х до 5-ти раз.
3. Наличие поверхностных уширений свай в виде сборных клиньев приводят к увеличению плотности грунта за счет его вытеснения клином в 1,5 раза, что приводит к увеличению несущей способности фундамента на 70-80%.
4. Установлено, что суммарные изгибно-сдвиговые деформации превышают изгибные на 16-30%, поэтому при расчете свай с концевыми и поверхностными уширениями на горизонтальные нагрузки необходимо учитывать и деформации сдвига.
5. Разработан алгоритм решения обратной задачи для балок и свай на упругом основании, который позволяет определить жесткостняе характеристики грунтового полупространства и уровень отпорности основания.
6. Определение изменения характера деформаций грунтового основания вокруг сваи при увеличении нагружения с помощью изолиний показал, что зона изменения плотности грунта не превышает двух диаметров сваи от ее граней в боковые стороны и трех диаметров сваи под нижним концом сваи. Значения радиуса зоны уплотнения грунта, определенные по показателям плотности в шурфах основания, полученными экспериментально, подтверждаются теоретически.
7. Установлено, что вертикальные перемещения в контурных точках для системы «здание - свайный фундамент с уширениями - основание» в 4 раза меньше перемещений в этих точках для аналогичной системы со свайным фундаментом без уширения - «здание - свайный фундамент - основание».
8. Разработана методика расчета сваи с концевыми и поверхностными уширениями на статические и динамические воздействия, основанная на свойствах изображений Фурье финитных функций, позволяющая рассматривать напряженно-деформированное состояние свай и балок с кусочно-постоянными параметрами.
РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ В НАУЧНЫХ ЖУРНАЛАХ И ИЗДАНИЯХ
1. Купчикова, Н. В. Исследование эффективности свай с концевым и поверхностным уширениями / Н. В. Купчикова // Журнал «Промышленное и гражданское строительство» №9 / - Москва, 2007. - С. 26-27.
2. Купчикова, Н. В. Влияние уплотнения грунта со щебнем на жесткость основания / Н. В. Купчикова // Журнал «Промышленное и гражданское строительство» №10 / -Москва, 2007. - С. 29-30.
3. Купчикова, Н. В. Повышение прочности и надежности зданий путем усовершенствования конструкции свайных оснований, строящихся на просадочных грунтах / Н. В. Купчикова // Сб. «Прочность, надежность и долговечность зданий и сооружений», Астрахань: АИСИ, 2007. - С. 33-39.
4. Купчикова, Н. В. Расчет напряженно-деформированного состояния свай с поверхностным уширением в виде клиньев вокруг тела сваи / Н. В. Купчикова // «Наука и устойчивое развитие общества. Наследие В. И. Вернадского». Сб. трудов международной научно-практической конференции / ТГТУ. - Тамбов, 2007г.
5. Купчикова, Н. В. Сравнительный анализ работы экспериментальной конструкции сваи с концевым уширением и базовой модели на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок / Н. В. Купчикова // Сб. науч. трудов международной научно-практической конференции молодых ученых и аспирантов «НТТМ-2007» / Москва: МГСУ, 2007. - С. 49-50.
6. Купчикова, Н. В. О повышении прочности основания щебнем в зависимости от интенсивности его уплотнения / Н. В. Купчикова // Материалы международной научно-практической конференции «Образование, наука и практика в строительстве и архитектуре» / Астрахань: АИСИ, 2007. - С. 128-134.
7. Купчикова, Н. В. Натурные исследования сваи-оболочки с уширением из щебня / Н. В. Купчикова // Материалы 65-й Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре / Самара: СГАУ, 2008. - С. 502-503.
8. Купчикова, Н. В. Исследования деформаций грунта под нижним концом сваи при вертикальном загружении / Н. В. Купчикова // Сб. статей 1-й международной научно-практической конференции «Современные проблемы науки» / Тамбов: ТГТУ, 2008. - С. 332-335.
9. Купчикова, Н. В. / Конечно-элементный анализ работы модели сваи с клином в верхней части и уширением под нижним ее концом / Н. В. Купчикова // «Инновационные технологии в повышении надежности и долговечности строительных конструкций». Сб. трудов международной научно-технической конференции / ДГТУ. - Владивосток, 2007.
10. Купчикова, Н. В. Определение жесткости упругого основания балки при ее вертикальном нагружении путем решения обратной задачи / Н. Купчикова, А. В. Кулебянов // «Астрахань-дом будущего», Сб. трудов международной научно-практической конференции /АИСИ. - Астрахань,2008. - С.34-36.
11. Купчикова, Н. В. Исследование совместной работы здания и свайного основания на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок методом контурных и расчетных точек / Н. В. Купчикова, Г. В. Воронкова, А. И. Сапожников, // Сб. V Международной конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов». Волгоград, Волг ГАСУ, 2009. - С. 232-237.
12. Купчикова, Н. В. Эффективные строительные конструкции и технологии на Каспийском инновационном форуме/ Н. В. Купчикова, Д. П. Ануфриев // Журнал «Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века», №5 / -Москва, 2009. С. 52-54.