Робота пірамідальних паль при одночасній дії горизонтальних та вертикальних навантажень

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.23.02 - Підвалини та фундаменти

Робота пірамідальних паль при одночасній дії горизонтальних та вертикальних навантажень

Попович Микола Миколайович

Київ 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Вінницькому державному технічному університеті (ВДТУ) Міносвіти і науки України

Науковий керівник - Доктор технічних наук, професор Друкований Михайло Федорович, Вінницький державний технічний університет, професор кафедри промислового та цивільного будівництва

Офіційні опоненти - Доктор технічних наук, професор Школа Олександр Вікторович, Одеська Державна Академія Будівництва і Архітектури завідувач кафедри механіки ґрунтів і надійності споруд

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Шокарев Віктор Семенович, Директор Запорізького відділення Науково-дослідного інституту будівельних конструкцій

Провідна установа - Київський державний технічний університет будівництва і архітектури, кафедра основ та фундаментів, Міносвіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться 26.01.2001р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.833.01 Державного Науково-дослідного інституту будівельних конструкцій за адресою: 03680, м.Київ-37, вул. Івана Клименка, 5/2.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Державного Науково-дослідного інституту будівельних конструкцій за адресою: 03680, м.Київ-37, вул. Івана Клименка, 5/2.

Автореферат розіслано 25.12.2000р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Слюсаренко Ю.С.

1. Загальна характеристика дисертаційної роботи

пірамідальний паль фундамент конструкція

Актуальність теми. При великих об'ємах використання фундаментів із паль різноманітних конструкцій, існує проблема вибору бурових чи забивних паль з максимальним опором в конкретних ґрунтових умовах. Особливо це відчутно при проектуванні фундаментів під споруди розпірних систем, де поряд з вертикальним навантаженням діє горизонтальна складова навантаження, яка визиває зсув чи поворот фундаменту. Серед забивних паль перевага надається палям пірамідальної форми, як таким, що мають велику питому несучу здатність. Однак використання в якості фундаменту під розпірні конструкції пірамідальних паль стримується в зв'язку з необхідністю приймати декілька паль для забезпечення несучої спроможності на горизонтальну складову реального навантаження а також недосконалістю методики їх розрахунку, тому проведені дослідження являються актуальними.

Метою дисертаційної роботи є підвищення питомої несучої спроможності фундаментів із пірамідальних паль при передачі на них розпірних навантажень та розробка методики їх розрахунку.

Робоча гіпотеза полягає в припущенні про можливість такого завантаження фундаменту із пірамідальних паль, при якому підвищиться несуча здатність фундаменту при дії розпірних навантажень.

Об'єкт досліджень - фундаменти із забивних коротких пірамідальних паль.

Предмет дослідження - робота фундаментів із пірамідальних паль при одночасній дії вертикальних та горизонтальних навантажень та методика їх розрахунку.

Методи дослідження - моделювання, експериментальні дослідження з допомогою розроблених методик, аналітичні дослідження з використанням математичних моделей.

Завдання дослідження:

- визначити опір фундаментів із поширених типів пірамідальних паль, характер та динаміку розвитку деформацій їх основ та виявити їх ефективні конструкції;

- проведення випробовувань ефективних конструкцій фундаментів із пірамідальних паль;

- встановлення основних залежностей між факторами, які впливають на роботу фундаментів із пірамідальних паль при дії вертикального та горизонтального навантаження одночасно;

- розробка методики розрахунку пірамідальних паль на горизонтальне навантаження та одночасну дію вертикального та горизонтального навантаження;

- здійснити впровадження запропонованих розробок.

Автор захищає:

-результати експериментальних досліджень опору фундаментів із пірамідальних паль дії вертикальної та горизонтальної складової навантажень одночасно;

-вплив способу навантаження фундаменту на його несучу здатність;

-методику розрахунку опору пірамідальних паль на дію горизонтального навантаження та одночасну дію вертикального та горизонтального навантаження з використанням числових методів.

Наукова новизна роботи полягає в наступному:

-досліджені межі зміни несучої спроможності пірамідальних паль в залежності від конструкції фундаменту;

-встановлено, що переміщення фундаментів залежать від співвідношення вертикальної та горизонтальної складової навантаження;

-виявлено, що на опір пірамідальних паль дії горизонтальних навантажень впливає місце передачі навантаження на фундамент;

-запропоновано навантаження на палю передавати на глибині, біля точки повороту палі;

-розроблена методика розрахунку пірамідальних паль з врахуванням їх геометричних характеристик, властивостей ґрунту основи та способу навантаження фундаменту.

Достовірність наукових результатів і положень забезпечується:

-співставленням отриманих результатів з експериментальними даними випробовувань;

-перевіркою збіжності результатів, отриманих за запропонованою методикою, з результатами випробовування пірамідальних паль;

-порівняння числових досліджень по запропонованій методиці з данними других авторів.

Практична цінність дисертаційної роботи:

-на основі експериментальних досліджень опору вертикальним та горизонтальним навантаженням фундаментів із пірамідальних паль можна рекомендувати в практику будівництва економічну конструкцію фундаменту;

-отримані дані впливу різних факторів на несучу здатність фундаменту із пірамідальних паль дозволять раціонально проектувати фундаменти, які сприйматимуть одночасно вертикальні та горизонтальні навантаження;

-методика розрахунку пірамідальних паль при дії горизонтальних навантажень та одночасній дії вертикальних і горизонтальних навантажень з використанням числових методів може використовуватися для оцінки проектних рішень фундаментів з врахуванням їх геометричних характеристик та властивостей грунтів.

Апробація роботи. Результати даного дослідження доповідались на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу та співробітників Вінницького державного технічного університету з участю інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці, наукових семінарах кафедр "Технологія будівельного виробництва" та "Будівельні конструкції" ВДТУ в 1983, 1984, 1988, 1990 та 1996 роках. Робота входила в склад досліджень, що проводились на кафедрах технології будівельного виробництва та будівельних конструкцій ВДТУ.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 9 робіт.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, трьох розділів і загальних висновків, списку літератури з 198 найменувань і чотирьох додатків, 164 сторінок у тому числі 105 сторінок друкованого тексту, 39 рисунків і 15 таблиць.

2. Зміст роботи

У вступній частині дається обґрунтування актуальності роботи, її практичної цінності. Сформульовані мета, задача і методи досліджень.

У першому розділі виконаний аналітичний огляд літературних джерел, в яких описані конструкції паль та методи їх розрахунку. Відзначається, що особливе місце серед фундаментів із паль займають фундаменти із забивних паль, перевагами котрих являється висока ступінь індустріалізації та універсальність використання. Матеріал фундаментів - бетон чи залізобетон, дозволяє виконувати палю практично любої форми поперечного та повздовжнього перетину.

Розвиток дослідження паль та фундаментів із паль і впровадження в будівництво нових та удосконалених конструкцій паль стало можливим завдяки наполегливій праці науковців та інженерів серед яких потрібно виділити З.В. Бабічева, Б.В. Бахолдина, А.А. Бартоломея, І.П. Бойко, В.М. Голубкова, М.С. Грутмана, Б.І. Далматова, А.І. Догадайло, К.С. Заврієва, М.Л. Зоценка, С.Н. Клепикова, А.І. Моргуна, І.Б. Рижкова, С.О. Слюсаренко, Л.М. Тімофеєву, Ю.Ф. Тугаєнко, В.Б. Шахирева, В.Б. Швеця та ін..

За кордоном в області дослідження фундаментів із паль відомі праці Б. Бромса, Р. Бенерджі, Б. Клосински, Х. Мейснера, Р. Содж, Р.Д. Челиса, І. Йошіди та ін..

Рішення проблеми поширення ефективного використання в будівництві різних типів забивних паль тісно пов'язане з вивченням відмінностей в їх роботі з ґрунтом основи, які проявляються в формі та величині об'єму зони ущільнення ґрунтового масиву, в ступені ущільнення ґрунту в різних її точках та в характері взаємодії палі з ґрунтом основи при навантаженні.

Мають практичне застосування палі пірамідальної форми, яким характерний більш високий опір в порівнянні з призматичними, менша довжина при однаковому опорі, можливість використання для ґрунтів, вимагаючих ущільнення. Ефективність таких фундаментів та область їх раціонального використання можна оцінити на основі досліджень, які в широких масштабах почали проводити з 1965 року на кафедрі основ та фундаментів ОІБІ, в Полтавському ІБІ, в об'єднаннях "Міжколгоспбуд" Білорусії, Молдавії, Литви. Серед вчених, які займалися дослідженнями пірамідальних паль слід відмітити В.М. Голубкова, А.І. Догадайло, М.Л. Зоценко, С.О. Слюсаренко, Е.Г. Малацидзе, Ю.В. Матуса, Ю.Ф. Тугаєнко, В.І. Хазіна, В.Б. Шахирєва, Г.Ф. Шишко.

Проведені дослідження дозволили виявити принципові особливості роботи пірамідальних паль з ґрунтами основи та рекомендувати методи їх розрахунку. Існують два самостійних шляхи теоретичного вирішення питань роботи паль з ґрунтом основи. Перший виходить з врахування несучої здатності ґрунту, що сприймає навантаження від паль, другий - з врахування процесу деформації, що розвивається в ґрунті під дією зовнішнього навантаження.

В області розрахунку вертикально навантажених паль з відмінною від призматичних формою, існує ряд методів розрахунку тільки пірамідальних паль. Проблема теоретичного визначення опору пірамідальних паль горизонтальним навантаженням та одночасній дії вертикальної та горизонтальної складової навантаження являє собою завдання незрівнянно більш важке, чим визначення опору паль вертикальним навантаженням.

Теоретичні та експериментальні дослідження, проведені науковцями, показують, що опір фундаментів із паль може з достатньою точністю оцінюватися з гранично допустимих деформацій споруди. Але деформації залежать від багатьох факторів, які не в повній мірі враховуються. Вирішити проблему розрахунку паль та фундаментів із них з врахуванням нових даних можливо, якщо використати сучасні числові методи з реалізацією їх на ЕОМ.

В другому розділі описана методика проведення досліджень опору пірамідальних паль на моделях, приведені результати досліджень несучої здатності пірамідальних паль при дії вертикального та горизонтального навантаження та одночасній дії обох навантажень. При цьому розглядалась як окремі палі, так і фундаменти з двох паль з різними відстанями між ними. Досліджувався вплив кута прикладання рівнодіючої вертикального та горизонтального навантаження та ексцентриситету її прикладання.

Випробовування проводилось в металевому лотку з розмірами в плані 1800...1200 мм та глибиною 1000 мм. Для забезпечення необхідної жорсткості останні підсилені вертикальними ребрами жорсткості. Для виконання досліджень розроблено і виготовлено обладнання, що дозволяє передавати на фундамент одночасно вертикальне та горизонтальне зусилля в заданих пропорціях. За допомогою даного силового обладнання можливо прикладання на палю похилого навантаження під кутом р= 00-500 відносно вертикальної осі палі. Грунт основи - середньозернистий пісок. В процесі виконання досліджень велику увагу звертали на підготовку основи, з точки зору однорідності.

Середнє значення щільності ґрунту складало р=1,7г/см3 при середній вологості р= 0,07. В якості моделей пірамідальних паль використовувалися палі з дерева з розмірами в 10 разів меншими геометричних розмірів паль, що використовуються в будівництві. Фундаменти із паль розташовувалися так, щоб виключити вплив стінок і дна лотка на формування зони напружено-деформованого стану основи фундаментів. Навантаження прикладалось ступенями, кожна з яких витримувалася до умовної стабілізації осадки палі. Вертикальні та горизонтальні переміщення паль вимірялися прогиномірами ПАО-6 з точністю 0,01мм.

Виконані дослідження роботи фундаментів з ґрунтом основи із трьох типорозмірів пірамідальних паль під дією зовнішніх навантажень. Для порівняння в кожній із серій окремо виконані випробовування паль на вертикальне навантаження, на горизонтальне навантаження, на спільну дію обох навантажень як одиночних паль, так і в складі фундаменту.

Представлені узагальнені результати однієї із серій статичних випробовувань пірамідальних паль. Дослідження несучої здатності пірамідальних паль виконувалися в залежності від величини вертикального привантаження, значення якого приймалося (0,25 -0,5)Рв(кр) (Рв(кр) -несуча здатності пірамідальної палі при дії тільки вертикального навантаження). По результатам випробовувань одиночної палі встановлено, що її опір горизонтальному навантаженню збільшується пропорціонально вертикальному привантаженню при переміщенні голови палі U=10-15 мм. При Рв = 0,5 Рв(кр) опір палі майже в два рази вище опору палі завантаженої тільки горизонтальним навантаженням.

Дослідження фундаменту із двох пірамідальних паль проводилось в залежності від відстані між осями паль та величини і способу прикладання навантаження. Серії досліджень дозволили встановити, що несуча здатність фундаменту із пірамідальних паль на горизонтальне навантаження практично не залежить від відстані між палями. Разом з тим, слід відмітити, що використання в кущі двох паль дозволило підвищити опір горизонтальному навантаженню в 2-3 рази, порівнюючи з несучою здатністю одиночної палі при Рв=0 та U =10мм.

Наявність вертикального привантаження на одну із паль дозволяє значно збільшити несучу здатність фундаменту при невеликих відстанях між палями. Коли відстань між осями паль наближається до 3В (В-розмір голови палі), несуча здатність куща з вертикальним привантаженням та без нього практично рівні. Найбільший опір мають кущі із пірамідальних паль, з відстанями між ними (в осях) L=(1,3-1,5)B. В практиці будівництва, економічним можна вважати фундамент із двох пірамідальних паль, на одну із яких передається вертикальне і горизонтальне навантаження, а інша сприймає тільки частину горизонтального навантаження та може мати менші розміри.

Серії аналогічних досліджень підтвердили отримані результати та дозволили намітити шляхи вдосконалення конструкцій фундаментів із пірамідальних паль. Одним із напрямків підвищення несучої здатності палі на вертикальне та горизонтальне навантаження одночасно, є прикладення навантаження з ексцентриситетом відносно вертикальної осі палі. Позитивний вплив ексцентриситету прикладання вертикальної складової навантаження знайшов відображення в конструкціях фундаментів, що використовуються при зведенні сільськогосподарських споруд на Україні та в Білорусії. Це палі та блок-палі змінного перетину з консоллю..

При дослідженні несучої здатності пірамідальних паль, на які діє вертикальне та горизонтальне навантаження одночасно, для порівняння в кожній із серій виконувалися випробовування та вивчення опору палі при дії вертикального навантаження, горизонтального навантаження та одночасній їх дії в залежності від ексцентриситету е при постійному куті р. При дослідженні зміни несучої здатності пірамідальної палі в залежності від ексцентриситету прикладання похилого навантаження Рр, утворюється розвантажуючий момент від вертикальної складової, а горизонтальна складова прикладена на висоті 105-110 мм від поверхні ґрунту, що є особливостями випробовувального стенду.

В практиці будівництва передача навантаження, в більшості випадків, здійснюється на рівні поверхні ґрунту, в зв'язку з чим, для порівняння результатів досліджень, введено ексцентриситет ео, який показує відстань від вертикальної осі палі до лінії дії похилого навантаження на рівні поверхні ґрунту навколо палі. На основі дослідів, проведених з ексцентричним прикладенням похилого навантаження побудовано графік залежності Рр від е та ео.

Опір палі збільшується з збільшенням ексцентриситету прикладання навантаження, при якому утворюється розвантажуючий момент від вертикальної складової. При цьому нахил прямих, узагальнюючих дослідження при різних кутах прикладення похилого навантаження.

Размещено на Allbest.ru