Обґрунтування методики розрахунку тонкостінних конструкцій, взаємодіючих з ґрунтовим середовищем з урахуванням пружно-пластичних властивостей їх матеріалів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеська державна академія будівництва та архітектури

Спецiальнiсть 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Обґрунтування методики розрахунку тонкостінних конструкцій, взаємодіючих з ґрунтовим середовищем з урахуванням пружно-пластичних властивостей їх матеріалів

Бугаєва Світлана Вiкторiвна

Одеса - 1999



Дисертацiєю є рукопис

Робота виконана в Одеськiй державнiй академiї будiвництва та архiтектури (ОДАБА), Мiнiстерства освiти України

Науковий керiвник:

доктор технiчних наук, професор ГРІШИН Володимир Олександрович, завiдувач кафедрою “Опiр матерiалiв та будiвельна механiка”, (Одеській державний морський університет)

Офiцiйнi опоненти:

доктор технічних наук, професор ШЕБАНІН В'ячеслав Сергійович, проректор з наукової роботи, (Миколаївський сільскогосподарчий інститут)

кандидат технічних наук, доцент БАРАНОВСЬКИЙ Віктор Йосипович, доцент кафедри динаміки, міцності машин і опору матеріалів (Одеський державний політехнічний університет)

Провідна установа:

Науково-дослідний інститут будівельних конструкцій Державного Комітету України у справах будівництва, архітектури і житлової політики, відділ гідротехнічного та спеціального будівництва, м. Київ

З дисертацiєю можна ознайомитись в бiблiотецi академії за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 4, ОДАБА.

Вчений секретар спецiалiзованої вченої ради к.т.н., доц. Макарова С.С.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнiсть дослiджень. Тонкостінні підпірні споруди широко розповсюджені в гідротехнічному, транспортному, промисловому та цивільному будівництві. Вони надійні в експлуатації, економічні, малочутливі до можливих перевантажень.

Діючі нормативні документи рекомендують виконувати розрахунок споруд, що взаємодіють з ґрунтом, роздільно. Спочатку бездеформаційними методами граничної рівноваги оцінюється граничний напружений стан ґрунтового масиву, а потім розраховується конструкція на тиск ґрунту, що взаємодіє з нею. При цьому робота конструкції розглядається в пружній стадії без урахування можливих пластичних деформацій. Такий підхід має два суттєвих недоліки. Оцінка тільки граничного стану ґрунтового масиву бездеформаційними методами не дає можливості визначити напружено-деформований стан споруди в дограничній (експлуатаційній) стадії роботи. Тому фактичний запас її міцності залишається невідомим. Розрахунок конструкції у пружній стадії її роботи є досить грубим наближенням.

Обстеження конструкцій тонкостінних підпірних стінок показує, що на стадії їх експлуатації в залізобетонних і металевих елементах виникають суттєві пластичні деформації.

Тому запропонована в дисертації методика спільного розрахунку тонкостінних підпірних споруд і ґрунтового масиву з урахуванням пружнопластичних деформацій матеріалів є важливою й актуальною задачею.

Звґязок роботи з науковими темами. Направленість робот обумовлена й безпосередньо пов'язана з кафедральною держбюджетною науково-дослідною темою №79078477 від 05.12.1997 р. “Балки й плити на пружнопластичній основі”.

Мета роботи полягає в експериментальному і теоретичному обґрунтуванні методики спільного розрахунку конструкцій тонкостінних підпірних споруд і ґрунту, який взаємодіє з ними з урахуванням пружно-пластичних властивостей матеріалів.

Задачі досліджень.

Для досягнення мети необхідно було розв'язати такі задачі:

виведення основних рівнянь для розрахунку гнучких стінок сумісно з контактуючим ґрунтом;

розробка алгоритму й програми для числового розв'язання поставленої задачі на ЕОМ;

розробка експериментальної моделі гнучкої стінки й методики проведення дослідів з вивчення її взаємодії з ґрунтом при різних навантаженнях на поверхні засипки, різному заглибленні стінки й податливості анкерної опори;

проведення експериментальних досліджень та аналіз отриманих результатів;

порівняння результатів розрахунку з експериментальними даними автора й інших дослідників.

Наукова новизна.

на основі теорії пластичної течії зі зміцненням, базованої на принципі максимуму Мізеса, побудована математична модель сумісної роботи гнучкої підпірної стінки і ґрунтового масиву, яка враховує як пружні, так і пластичні деформації;

розроблено ітераційний алгоритм і програму для реалізації нової математичної моделі в розрахунках гнучких стінок, що взаємодіють з ґрунтовим середовищем;

запропоновано методику оцінки точності й швидкості сходження ітераційного процесу, застосованого в розробленому алгоритмі;

на основі стендових випробувань на моделі тонкостінних підпірних споруд встановлені закономірності взаємодії гнучкої підпірної стінки з ґрунтовим середовищем в залежності від жорсткості стінки, податливості анкерних опор, навантаження та інших чинників.

Практична цiннiсть роботи.

Запропонована методика сумісного пружно-пластичного розрахунку тонкостінних підпірних споруд, яка дозволяє оцінити напружено-деформований стан конструкції та ґрунту, який взаємодіє з нею в експлуатаційний період.

Розроблена методика може бути науковою базою для впровадження в практику технічної експлуатації портів з метою обґрунтованого прийняття рішень з вибору раціонального режиму експлуатації, що забезпечить підвищення пропускної здатності причалів при збереженні необхідного запасу їх надійності.

Особисто здобувачем одержано такі результати:

Методику застосування теорії пластичної течії в розрахунках тонкостінних підпірних споруд, які взаємодіють з ґрунтом, з урахуванням пружних та пластичних властивостей матеріалів.

Розроблено алгоритми й програми числового розрахунку підпірних конструкцій на ЕОМ.

Запроектовано й виготовлено лабораторну модель гнучкої підпірної стінки, розроблено методику дослідів, проведено експериментальні дослідження взаємодії ґрунту з гнучкою стінкою при різних навантаженнях на поверхні засипки, заглибленні стінки й зміщенні анкерної опори. Виконано обробку результатів експериментів, проведено їх аналіз і зіставлення з отриманим у роботі теоретичним рішенням автора.

Апробацiя роботи.

Результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на Міжнародному семінарі “Структуроутворення, міцність і руйнування композиційних будівельних матеріалів і конструкцій” (Одеса, 1994 р.), на Другому Міському семінарі “Застосування обчислювальної техніки й математичного моделювання в прикладних наукових дослідженнях”(Одеса, 1995 р.), на Другій Українській науково-технічній конференції з механіки ґрунтів і фундаментобудування (Полтава, 1995 р.), на Третій Українській науково-технічній конференції з механіки грунтів і фундаментобудування (Одеса, 1997 р.), на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Одеської державної академії будівництва й архітектури в 1994, 1995, 1996, 1997 рр. та Одеського державного морського університету в 1995, 1996, 1997, 1998 рр. Основні результати роботи опубліковано в 6 наукових статтях i в матеріалах конференцій.

Дисертацiя складається з вступу, основної частини (чотирьох розділів), висновкiв, двох додатків, а також списку використаних лiтературних джерел. Загальний обсяг роботи становить 146 сторiнок, з яких 119 сторiнок основного тексту, 27 рисункiв на 27 сторінках, 11 таблиць на 13 сторінках, список використаних джерел з 183 найменувань на 17 сторінках.

ЗМIСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, визначена її направленість, наукова новизна й практична значимість, сформульовано мету й задачі досліджень.

В першому розділі зроблено короткий огляд теоретичних та експериментальних досліджень за темою дисертації, аналіз стану проблеми й методів розрахунку тонкостінних підпірних споруд, взаємодіючих з грунтом, сформульована постановка задачі.

Вагомий внесок у розвиток проблеми взаємодії підпірних споруд з контактуючим ґрунтом зробили такі вчені, як Ш. Кулон, К. Терцаги, В.В. Соколовський, С.С. Голушкевич, П.А. Міняєв, Г.І. Глушков, Н.М. Герсеванов, Н.К. Снітко, Г.К. Клейн, Г.А. Дуброва, Ф.М. Шихієв, П.І. Яковлєв, С.Н. Курочкін, І.П. Бойко, В.В. Ковтун, М.П. Дубровський, В.М. Кирилов та інші.

В останні роки значну роль у розвитку теорії пластичності й в'язкопластичності зіграли праці Г.А. Генієва, М.И. Єрхова, Л.І. Івлєва, А.А. Ілюшина, Л.М. Качалова, В.Т. Койтера, А.А. Лебедєва, В.В. Новожилова, В. Прагера, Ю.Н. Работнова, Л.И. Сєдова, В.В. Соколовського, Г. Хілла, Ю.Н. Шевченко, О.В. Школи, А.К. Бугрова, В.О. Гришина, В.В. Ковтуна та інших.

Дослідження цих вчених дозволяють більш широко використовувати пружно-пластичні моделі різних матеріалів при розв'язанні задач взаємодії споруди з контактуючим ґрунтом.

Як показав короткий огляд літературних джерел, більша частина робіт з проблеми, що розглядається, ґрунтувалася на пружних лінійних моделях. Роботи з розрахунку тонкостінних підпірних споруд на ЕОМ в нелінійній постановці, у більшості випадків ґрунтувалися на моделях деформаційної теорії пластичності, що не дозволяють врахувати процес складного навантаження. Зустрічаються також роботи, в яких матеріал конструкцій вважається пружним, а для ґрунтового середовища використовується модель пластичної течії. Нема робіт, у яких би одночасно використовувались нелінійні моделі для конструкції та ґрунтового середовища.

Дисертація має за мету розробити методику сумісного розрахунку конструкцій тонкостінних підпірних споруд та взаємодіючого з ними грунту при складному навантаженні.

В основу пропонованої методики розрахунку покладено умови пластичності Г.А. Генієва стосовно бетону й залізобетону. Для врахування кінематичного зміцнення металу використана умова пластичної течії Мізеса, для ґрунтового середовища - умова Кулона-Мора.

У другому розділі обґрунтована і сформульована математична модель взаємодії гнучкої підпірної стінки з контактуючим ґрунтом.

Розрахункова область системи “стінка - ґрунт” моделюється пружно-пластичним середовищем, до якого може бути застосований асоційований закон пластичної течії, базований на принципі максимуму Мізеса.

Використовуються три групи рівнянь: статичні, геометричні, фізичні.

Припускається, що деформації середовища проходять при малих віддовженнях, зсувах й кутах повороту.

В цьому випадку симетричний тензор деформацій має вигляд

(1)

Рівняння віртуальної роботи записується у вигляді

, (2)

де V - об'єм системи;

S = S₁US₂ - поверхня системи, при цьому на S₁ задана статична крайова умова

, (3)

а на S₂ - кінематична крайова умова

. (4)

На i - му етапі навантаження нев'язка в рівнянні буде відмінна від нуля й дорівнюватиме

. (5)

Використовується постулат складання приростів пружних та пластичних деформацій



(6)

Прирости пружних деформацій визначаються за законом Гука

(7)

У зв'язку з тим, що система піддана складному навантаженню, для визначення приросту пластичної деформації використовується асоційований закон течії, що базується на принципі максимуму Мізеса. З нього поблизу регулярної точки випливає співвідношення

(8)

де d = const > 0; f - функція навантаження, що визначає поверхню навантаження рівнянням

. (9)

Тут _s - параметри зміцнення;

k_s - константи матеріалу.

Тензор активних напруг при кінематичному зміцненні визначається за формулою

(10)

У ролі функції навантаження використовуються умови, запропоновані Г.А. Генієвим для залізобетону

(11)

де _a - межа текучості арматури; ₁, ₂, ₃, - коефіцієнти армування, відповідно, вподовж осей x₁, x₂, та х₃ ;

;

l_t, m_t, n_t, t = 1, 2, 3, - косинуси напрямків осей _tt та _t.

Якщо в ( 11 ) прийняти _с = 0, ₁ = ₂ = ₃ = 0, то одержуємо наступну умову стосовно бетонів:

3 (_c - _p) ₀ + 3_j² - _pc = 0, (12)

де _p, _c - межі пластичності при розтязі й стискуванні, що визначаються за діаграмою одноосного розтягу - стиску.

Для грунтів застосована умова Кулона-Мора

(13)

де , с - кут внутрішнього тертя і зчеплення ґрунту у стані, що відповідає межам пластичності _p, _c. Між , c і _p, _c, існують такі залежності:

. (14)

З цих умов випливають умови Мізеса й Треска-Сен-Венана; вони використовуються для різних металів і сплавів.

Приведені рівняння, отримані з принципу віртуальної роботи, можуть бути розв'язані лише наближеними методами. Їх реалізація вимагає виконання таких етапів:

- дискретизація крайової задачі (виконується методом скінченних елементів);

- побудова ітераційного процесу для досягнення заданої точності розвязання.

Скінченні елементи представляли собою плоскі чотирикутники з вісьмома вузлами (шістнадцять ступенів свободи).

Функції форми для такого елементу в локальних координатах мають вигляд:

N=1,3,5,7; (15)

N=2,4,6,8.

Застосовуючи звичайну процедуру методу скінченних елементів, отримаємо таку систему алгебраїчних рівнянь:

, (16)

де К(u) - матриця жорсткості системи.

Нев'язка в рівнянні на i-му етапі приросту навантаження має вигляд:

. (17)

Для пружно-пластичних тіл ітераційний процес має розв'язувати три основні задачі:

виконувати лінеаризацію вихідних рівнянь;

отримувати рішення крайової задачі, що розглядається, з заданою точністю;

повертати вектор напруг в область, обмежену поверхнею навантаження, включаючи її межу, якщо вектор в процесі рішення вийшов за межі вказаної області.

У загальній формі рішення рівняння (17) можна представити як такий ітераційний процес

du^j+1 = du^j - j = 0, 1, 2, ... (18)

Індекс j вказує номер ітерації.

У такій постановці на кожній ітерації розв'язується лінійна задача.

Ітераційний процес закінчується, якщо виконується наступна умова:

, (19)

де ₀ - задана точність розвязання,

(20)

Тут М₀ - кількість глобальних вузлів області тіла;

- нев'язка в рівнянні в глобальному вузлі ;

Р - навантаження в глобальному вузлі .

Наведені вище передумови реалізовано у вигляді програми, котра написана на мові Фортран. Програма призначена для сумісного розрахунку різних підпірних споруд, взаємодіючих з ґрунтом з урахуванням пружнопластичних властивостей їх матеріалів.

Третій розділ присвячено експериментальним дослідженням взаємодії гнучкої підпірної стінки з контактуючим ґрунтом.

Досліди проводились на стенді, що складається з ґрунтового лотка розмірами 177 х 100 х 109 см, моделі гнучкої стінки, апаратури для виміру тиску ґрунту, анкерного зусилля, прогинів стінки й зміщення анкерної опори. Модель стінки було зроблено з листа оргскла товщиною 10 мм з розмірами 109 х 99 см. Для забезпечення необхідної жорсткості в горизонтальній площині зверху модель закріплена з металевим кутовиком 50 х 50 за допомогою двох анкерних болтів, закріплених з опорною балкою з швелера №18, що кінцями сполучена з механізмом зміщень, закріпленим на каркасі лотка.

Вимір тиску ґрунту виконувався за допомогою контактних датчиків, розроблених на базі датчиків П.І. Яковлєва й І.В. Давидова, що встановлювались по вертикальній осі стінки через 10 см у передбачені гнізда. Для виміру деформацій моделі на вертикальній лінії, розташованій на відстані 10 см від осі стінки на одному рівні з контактними датчиками, наклеювались тензорезистори опором 200 Ом. Анкерне зусилля вимірювалось за допомогою тензодатчиків, встановлених на анкерних опорах. Електрична тензометрична схема включалася в напівміст з автоматичною компенсацією температурних деформацій. Показання датчиків тиску, анкерного зусилля й деформацій моделі стінки реєструвались за допомогою вимірювальної системи СІІТ-3. Запис інформації виводився друкувальним пристроєм на паперовій стрічці. Вимір зміщень анкерних опор виконувався індикаторами годинникового типу з ціною ділення 0,01 мм.

За розробленою методикою проведено 4 серії дослідів, в яких вивчався вплив послідовності засипки піску за гнучкою стінкою (перша серія), величини заглиблення стінки (друга серія), зміщення анкерної опори (третя серія) й дії рівномірно розподіленого навантаження на поверхні засипки (четверта серія) на величину й характер розподілу тиску грунту, зміни зусилля в анкері й прогинів стінки.

Результати вимірів оброблялися методами математичної статистики.

Проведені експерименти дозволили встановити закономірності розподілу інтенсивності бокового тиску ґрунту по висоті гнучкої стінки, значення загинального моменту в стінці та її прогинів, величини анкерного зусилля від послідовності й щільності засипки ґрунту, заглиблення стінки й зміщення анкерної опори, а також дії рівномірно розподіленого навантаження.

Деякі залежності наведені на рис. 1 і 2. З графіків (рис. 1) видно, що із збільшенням відносного заглиблення стінки різко зменшується її прогин по плавній кривій, яка може бути апроксимована прямою. Ця закономірність зберігається для всіх навантажень на поверхні засипки.

Залежність U_max від переміщень анкерної опори (рис.1, б) носить також характер близький до лінійного для всіх навантажень, при збільшенні переміщень анкерної опори прогин стінки зменшується (замірювання прогинів ведеться від осі стінки).

На рис. 2 показані залежності зміни величин рівнодійних активного і пасивного тиску ґрунту на гнучку стінку, її максимального прогину й анкерного зусилля від переміщень анкерної опори, побудованих для навантаження на поверхні засипки q = 9 кН/м.

Рис. 1 Залежність величини прогину стінки від відносної глибини занурення стінки і податливості анкерної опори:1- при q = 0; 2 - при q = 3 кН / м; 3 - при q= 6 кН / м; 4 - при q = 9 кН / м

Рис. 2. Залежності: 1 - анкерного зусилля; 2 - максимального прогину стінки; 3 - рівнодійної активного і 4 - рівнодійної пасивного тиску ґрунту від податливості анкерної опори

У четвертому розділі проведено порівняння результатів розрахунку за запропонованою методикою з експериментами автора й інших дослідників, а також з розрахунковими даними за СНиП 2.06.07-87 і РТМ 31.3016-78.

В таблиці 1 наведено деякі експериментальні дані автора й результати розрахунку за запропонованою методикою при зануренні стінки на 0,4Н (Н-висота стінки) та різному рівномірно розподіленому навантаженні на поверхні засипки.

Таблиця 1

Навантаження, кПа	Максимальний прогин10-3, м	Анкерне зусилля, кН	Рівнодіюча активного тиску ґрунту, кН	Рівнодіюча пасивного тиску ґрунту, кН
	Досл.	розр.	%	Досл.	Розр.	%	Досл.	розр.	%	Досл.	розр.	%
q1 = 0	5,51	5,13	6,8	0,42	0,39	7,1	0,21	0,19	7,5	0,14	0,13	7,2
q2 = 3,0	6,78	6,37	6,0	0,61	0,57	6,5	0,93	0,86	7,5	0,35	0,32	7,8
q3 = 6,0	7,20	6,81	5,4	0,86	0,81	5,8	1,82	1,71	6,0	1,17	1,08	7,6
q4 = 9,0	7,55	6,89	8,0	1,08	1,02	5,6	2,70	2,53	6,3	1,38	1,28	7,2

Як видно з наведених у таблиці даних, результати розрахунку досить добре підтверджуються експериментами.

Порівняльний аналіз результатів розрахунку за запропонованою методикою з даними експериментальних досліджень Г.Е. Лазебника й Е.М. Чорнишової, В.Н. Ренгача й ЧорноморНДІпроекту показав їх задовільне узгодження. тонкостінний опора анкерний засипка

Порівняльні результати розрахунків за запропонованою методикою, за СНиП 2.06.07-87 та РТМ 31.3016-78, виконаних на прикладах причалів типу “больверк”, що експлуатуються, наведено у таблиці 2.

Таблиця 2

Методи розрахунку	Максимальний загинальний момент	Макс. прогин та його ордината	Зусилля в анкері	Розрахункова глибина
	в прол., кН м	на опорі, кН м	Umax10-3 м	Y м	Ra, кН	Заглиблення стінки, м
1	2	3	4	5	6	7
Результати розрахунку причалу №15 Маріупольського морського порту.
Програма автора	148,6	- 53	45,7	4,2	167,2	10,0
СНиП 2.06.07-87	172,7	- 27	61,2	4,6	156,4	12,1
РТМ 31.3016-78	160,4	- 22	49,4	4,3	141,5	11,4
Результати розрахунку причалу Ро-Ро Іллічівського морського порту.
Програма автора	3780	- 725	114,2	8,7	256,2	14,8
СНиП 2.06.07-87	4649	- 496	121,4	9,0	237,6	18,0
Програма “BOLV“	4152	- 538	118,5	9,6	241,0	15,6
Результати розрахунку причалів №28-30 Д.-Бугського морського порту.
Програма автора	4734,6	1365,0	139,6	11,2	910,2	25,80
СНиП 2.06.07-87	5871,4	937,4	156,2	10,1	740,5	31,00
Програма “BOLV“	6330,3	904,1	148,5	10,7	822,0	29,30

Аналіз наведених в таблиці 2 даних дозволяє:

виявити резерви несучої здатності причальних споруд та встановити на причалі більш важке перевантажувальне обладнання;

проектне заглиблення шпунтової стінки на 25% більше отриманої розрахунком за запропонованою методикою, а загинальний момент у прольоті стінки - на 25 35% менше.

проектна глибина біля причалу може бути збільшена на 1520%.



ВИСНОВКИ

У висновках підбито підсумки роботи й накреслено шляхи реалізації результатів досліджень.

Основні висновки

Вперше застосована теорія пластичної течії, базована на принципі максимуму Мізеса, до розрахунку тонкостінних причальних споруд розпірного типу. На основі цієї теорії побудована математична модель сумісної роботи гнучкої підпірної стінки і ґрунтового масиву, що враховує як пружні, так і пластичні деформації.

Розроблена методика розрахунку дозволяє виконувати сумісний розрахунок тонкостінних підпірних споруд й взаємодіючого з ними ґрунту з урахуванням реальних властивостей їх матеріалів, не розбиваючи його на два незалежних розрахунки за граничними станами на міцність і жорсткість. Запропонована методика пружно-пластичного розрахунку тонкостінних підпірних споруд розпірного типу дозволяє оцінювати напружено-деформований стан конструкції та взаємодіючого з нею ґрунту в експлуатаційний період.

Запропонований алгоритм й програмний комплекс розрахунку тонкостінних підпірних споруд дозволяють визначити резерви несучої спроможності при їх проектуванні й експлуатації при різних режимах навантаження й може бути використана в практиці технічної експлуатації портів з метою обґрунтованого прийняття рішень по вибору раціонального режиму експлуатації причалів.

Результати розрахунку за запропонованою методикою добре узгоджуються з експериментальними даними автора й других дослідників.

Розроблена експериментальна модель гнучкої стінки дозволяє проводити досліди для вивчення взаємодії ґрунту з гнучкою підпірною стінкою при різних умовах її роботи й навантаження. На основі стендових випробувань на цій експериментальній установці встановлено закономірності взаємодії гнучкої підпірної стінки з ґрунтовим середовищем в залежності від жорсткості стінки, її заглиблення, податливості анкерних опор, навантаження та інших чинників. Модель гнучкої стінки може бути використана в проектній практиці, а також в навчальному процесі для проведення експериментальних досліджень взаємодії гнучкої стінки з ґрунтом.

Порівняння результатів розрахунків за запропонованою методикою з даними розрахунків за нормативними документами, виконаних на прикладах реальних причалів типу “больверк”, які експлуатуються в різних портах показало, що розроблена методика розрахунку тонкостінних підпірних споруд дозволяє виявити резерви несучої спроможності при їх проектуванні та експлуатації. Це дозволяє більш ефективно використовувати причальні та інші споруди такого типу.

Сукупність нових наукових положень, результатів та висновків, сформульованих в дисертації на основі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень взаємодії тонкостінних підпірних споруд з ґрунтовим середовищем, можна кваліфікувати як новий напрямок у вирішенні важливої науково-технічної задачі в області технічної експлуатації причальних споруд.



ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛИКОВАНО В РОБОТАХ:

Гришин В.А., Гладских (Бугаева) С.В. Совместный упругопластический расчет тонких стенок и деформируемого основания. Изв. Вузов, Строительство, №9, 1995.-С. 14-16.

Особисто здобувачем отримано теоретичне рішення для сумісного розрахунку тонких стінок та взаємодіючого з нею ґрунту.

Бугаева С.В. Экспериментальные исследования взаимодействия гибкой подпорной стенки с окружающим ее грунтом. “Вестник ОГМУ”, Одесса, №1, 1998.- С. 35-38.

Бугаева С.В. Расчет гибкой подпорной стенки взаимодействующей с грунтом с учетом упругопластических свойств их материалов. “Вестник ОГМУ”, Одесса, №1, 1998. - С. 31-34.

Бугаева С.В. Повышение эффективности использования причальных сооружений. “Судоходство”, № 4, 1999. - С. 26-27.

Гришин В.А., Бугаева С.В., Бугаева И.Г. Совместный упруговязкопластический расчет плиты и основания при сложном нагружении. “Вестник ОГМУ”, Одесса, №4, 1999. - С. 122-126. Особисто здобувачем отримано теоретичне рішення для розрахунку плит при складному навантаженні з урахуванням пружновґязкопластичних властивостей матеріалів.

Бугаєва С.В. Вплив заглиблення шпунтової стінки на розподіл тиску грунту по її висоті. // Міжвідомчий науково-технічний збірник, “Основи і фундаменти”,вип. 25. - Київ: КНУБА - 1999. - С. 98-102.

Гришин В.А., Гладских (Бугаева) С.В. Прочность тонкостенных конструкций, взаимодействующих с деформируемым основанием при статическом нагружении: М-лы Международного семинара Структурообразование, прочность и разрушение композиционных строит. мат-лов и конструкций.- Одесса, 1994. - С. 11. Особисто здобувачем отримано теоретичне обгрунтування розрахунку тонкостінних конструкцій, взаємодіючих з грунтовим середовищем.

Гришин В.А., Гладских (Бугаева) С.В. Нелинейные тонкостенные модели гидротехнических сооружений, взаимодействующих с деформируемой средой. Сб. докладов II городского семинара Применение выч.техники и математического моделирования в прикладных научных исследованиях.-Одесса, 1995.- С.11. Особисто здобувачем проведено математичне моделювання взаємодії гідротехнічних споруд з грунтом.

Гладских (Бугаева) С.В., Бугаев В.Т., Гришин В.А. Расчет плиты на деформируемом основании с учетом упруговязкопластических свойств их материала. Сб.докдадов II Украинской научно-технической конференции по механике грунтов и фундаментостроению. т. II, Полтава, 1995.- С.74. Особисто здобувачем отримані рівняння для урахування пружновґязкопластичних властивостей матеріалів плит та грунтового середовища.

Гладских (Бугаева) С.В., Бугаев В.Т., Гришин В.А. Расчет тонких стенок в деформируемой упругопластической среде. Сб.докдадов II Украинской научно-технической конференции по механике грунтов и фундаментостроению. т. II, Полтава, 1995.- С. 84 - 86. Особисто здобувачем проведено математичний експерімент взаємодії гнучких підпірних стінок з пружнопластичним середовищем.

Бугаева И.Г., Бугаева С.В. Применение ПЭВМ типа IBM для расчета сооружений при сложном нагружении с учетом упругопластических свойств их материалов. Сб. докладов II научно-методической конференции “Усовершенствование подготовки специалистов в области строительства и архитектуры.- Одесса: ОГАСА, 1997.-С.78. Особисто здобувачем запропонована програма для розрахунку споруд при складному навантаженні.

Бугаева С.В., Гришин В.А. Особенности взаимодействия гибкой подпорной стенки с окружающим ее грунтом с учетом упругопластических свойств их материалов. Сб.докдадов III Украинской научно-технической конференции по механике грунтов и фундаментостроению. Т.II, Одесса, 1997.- С. 17-19. Особисто здобувачем отримано теоретичне рішення взаємодії гнучкої підпірної стінки з грунтовим середовищем з урахуванням пружнопластичних властивостей їх матеріалів.

Бугаева С.В. Методика совместного расчета тонкостенных подпорных сооружений и взаимодействующего с ними грунта с учетом упругопластических свойств их материалов. Сб. докладов III Международной научно - методической конференции “Усовершенствование подготовки специалистов.”- Одесса: ОГАСА, 1998. - С. 221.



АНОТАЦІЯ

Бугаєва С.В. Обґрунтування методики розрахунку тонкостінних конструкцій, взаємодіючих з ґрунтовим середовищем з урахуванням пружнопластичних властивостей їх матеріалів - рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди - Одеська державна академія будівництва та архітектури, Одеса, 1999.

Дисертаційна робота присвячена розробці методики сумісного розрахунку тонкостінних підпірних споруд та контактуючого грунту з урахуванням пружнопластичних властивостей їх матеріалів.

Основні рівняння одержано на основі теорії пластичної течії, базованій на принципі максимуму Мізеса.

Розроблено алгоритм і програмний комплекс, котрі дозволяють виконувати сумісний розрахунок споруди й контактуючого ґрунту, не розбиваючи на два незалежних розрахунки за граничними станами на міцність та жорсткість. Запропонована методика розрахунку більш повно враховує роботу споруд і дозволяє оцінити напружено-деформований стан конструкції та взаємодіючого з нею ґрунту в експлуатаційний період.

Ключеві слова: тонкостінний, підпірна споруда, пружно-пластичний, деформація, ґрунт, розрахунок, взаємодія, міцність, жорсткість.



АННОТАЦИЯ

Бугаева С.В. Обоснование методики расчета тонкостенных конструкций, взаимодействующих с грунтовой средой с учетом упругопластических свойств их материалов - рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, строения и сооружения - Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Одесса, 1999.

Диссертационная работа посвящена разработке методики совместного расчета тонкостенных подпорных сооружений и контактирующего грунта с учетом упругопластических свойств их материалов.

Действующие нормативные документы рекомендуют производить расчет сооружений взаимодействующих с грунтом в упругой стадии их работы или по предельным состояниям. Такой подход не позволяет проследить одновременно за напряженно-деформируемым состоянием системы “сооружение - контактирующий грунт”, начиная с момента его загружения и до потери несущей способности, так как упругий расчет не учитывает пластических деформаций, а расчет по предельным состояниям позволяет определить только разрушающие нагрузки. Кроме этого, большинство существующих методов расчета подобных сооружений предлагают производить расчет раздельно: вначале рассматривается только напряженно-деформированное состояние грунта, а затем, используя полученные нагрузки от давления грунта, рассчитывают конструкцию стенки. Эти методы не позволяют установить напряженно-деформированное состояние сооружения и контактирующего грунта в их реальной совместной работе.

Очевидно, что только учет совместной работы стенки и взаимодействующего с ней грунта и упругопластические свойства их материалов позволяет определить действительное напряженно-деформированное состояние системы “стенка - грунт”.

Предлагаемая в диссертации методика совместного расчета тонкостенных подпорных сооружений и взаимодействующего с ними грунта с учетом упругих и пластических свойств их материалов, не разбивая его на два независимых расчета, по предельным состояниям на прочность и жесткость позволяет более полно оценить работу сооружения в целом.

Основные уравнения получены на основе теории пластического течения, базирующейся на принципе максимума Мизеса. Для численного решения рассматриваемой задачи разработаны алгоритм и программный комплекс, в котором дискретизация краевой задачи выполнена методом конечных элементов, а итерационный процес получения решения построен на основе метода Ньютона-Канторовича. Применительно к бетону и железобетону используется условие пластичности Г.А. Гениева, для грунтов - условие Кулона-Мора и для металлов - условие Треска-Сен-Венана.

Предлагаемая методика расчета более полно оценивает совместную работу сооружения и взаимодействующего с ним грунта и позволяет выявлять резервы несущей способности при проектировании и в процессе эксплуатации тонкостенных подпорных сооружений.

Для проверки полученных теоретических решений были проведены экспериментальные исследования взаимодействия гибкой подпорной стенки с контактирующим грунтом на специально разработанном и созданном стенде, в состав которого входило: грунтовый лоток, модель гибкой стенки, аппаратура для измерения давления грунта, анкерного усилия, прогибов стенки и перемещений анкерной опоры.

Грунтовый лоток имел длину 180 см, ширину - 100 см и высоту - 110 см. Боковыми стенками лотка служили листы полированного стекла толщиной 20 мм, опирающиеся на жесткий каркас лотка.

Модель гибкой стенки была изготовлена из листа оргстекла толщиной 10 мм, с размерами 106 х 99 см. По вертикальной оси модели гибкой стенки устанавливались на расстоянии 10 см друг от друга специально разработанные контактные датчики для измерения анкерного усилия и прогибов стенки.

Проведенные эксперименты позволили установить некоторые зависимости величины и характер распределения бокового давления грунта, значения изгибающих моментов в стенке и ее прогибов, величины анкерного усилия от последовательности засыпки и плотности грунта, заглубления стенки, перемещений анкерной опоры и действия равномерно распределенной нагрузки. Результаты экспериментов хорошо согласуются с расчетными данными.

Сравнение результатов расчета по предлагаемой методике с опытными данными других авторов, а также с результатами расчетов по нормативным документам, выполненных на примерах эксплуатируемых причалов типа “больверк” в разных портах, показало, что разработанная методика расчета тонкостенных подпорных сооружений позволяет выявить неиспользованные резервы несущей способности при их проектировании и эксплуатации. Это позволяет более эффективно использовать подпорные сооружения такого типа.

Ключевые слова: тонкостенный, подпорное сооружение, упругопластический, деформация, грунт, расчет, взаимодействие, прочность, жесткость.



THE SUMMARY

Bugaeva S.V. - Motivation of strategy thin-shell designs, interacting with soil by the ambience with provision for elastoplastic characteristics of their material - manuscript.

The dissertation is for a scientific degree of candidate of technical sciences on the speciality 05.23.01 - Building designs, constructions and erecting, - Odessa state academy of construction and architectures, Odessa, 1999.

The dissertation is dedicated to working out the methods of joint calculation of thin-shell berth structures and contacting soil regarding elastoplastic properties of their materials.

The main equations are received on the basis of theory of plastic flow, they are based on the principle of maximum by Mizes.

Algorithm and programme complex are worked out, they allow to fulfil the joint calculation of structure and deformed soil without dividing into two independent limit states calculations on durability and rigidity. Suggested methods of calculation take into account the real work of structures interacting with the soil in fuller measure.

Key words: thin-shell, berth structure, elastic and plastic, deformation, soil, calculation, interaction, durability, rigidity.

Размещено на Allbest.ru