Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Приднепровская государственная академия

Приднепровская государственная академия

СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Киричек Юрий Александрович

УДК 624.131.5: 624.15

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОМБИНИРОВАННЫХ

массивно-плитного фундамента

С грунтового основания

при различных видах НАГРУЗОК

05.23.02 основания и фундаменты

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Днепропетровск-2001

Актуальность темы исследования.

Работа выполнена на кафедре оснований и фундаментов Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры (ПГАСА), Министерство образования и науки Украины.

Научный консультант: заслуженный деятель науки и техники Украины,

доктор технических наук, профессор

Швец Виктор Борисович,

заведующий кафедрой оснований и фундаментов ПГАСА, Министерство образования и науки Украины.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Зоценко Николай Леонидович

заведующий кафедрой оснований и фундаментов Полтавского государственного технического университета им. Ю. Кондратюка, Министерство образования и науки Украины;

доктор технических наук, профессор Таранов Валентин Георгиевич, заведующий кафедрой механики грунтов, оснований и фундаментов Харьковской государственной академии городского хозяйства, Министерство образования и науки Украины;

доктор технических наук, профессор Черный Гелий Иванович, главный научный сотрудник Государственного научно-исследовательского института строительных конструкций Госстроя Украины.

Ведущая организация:

Одесская государственная академия строительства и архитектуры, кафедра механики грунтов и надежности сооружений, Министерство образования и науки Украины,. Одесса.

Защита состоится 29 ноября 2001 г. В 13 час. на заседании диссертационного совета Д 08.085.01 при Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры по адресу: 49600, г.. Днепропетровск, ул. Чернышевского, двадцать четвёртой.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотЭци ПГАСА: 49600, г.. Днепропетровск, ул. Чернышевского, двадцать четвёртой.

Автореферат разослан 26 октября 2001

Ученый секретарь

диссертационного совета ______________ Баташева К. В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Развитие методов расчета и проектирования фундаментов, подвергающихся комплексной действия статических, динамических нагрузок и высоких температур, является одной из наиболее сложных и важных проблем современности. Как показывают результаты обследований, проведенных на промышленных объектах Украины, количество отказов фундаментов, работающих в таких условиях, еще велика. Следствием таких отказов является возникновение аварийных ситуаций и остановка технологических процессов, приводит к значительным экономическим потерям, особенно на крупных предприятиях с непрерывным технологическим процессом, а именно: атомные, тепловые электростанции и т.

Переход от универсальных фундаментов к новым рациональных конструкций, наиболее эффективных в конкретных условиях с учетом вида нагрузок и характера взаимодействия с грунтовой основой, позволяет существенно повысить надежность фундаментов, а применение методов математического программирования - улучшить их технико-экономические показатели.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертационное исследование связано с научной тематикой кафедры оснований и фундаментов ПГАСА, где автор работал в течение 1982 1999гг. как научный руководитель или ответственный исполнитель научно-исследовательских работ (НИР) № 596, 560, 805, 989, 852, 873, 818, 825, 47. Работа выполнялась по планам важнейшей тематики ОЦ.002.001.01Ц.09.Н6: "Провести исследования и разработать меры по обеспечению и повышению надежности системы "турбоагрегат-фундамент-основание" энергоблоков, создаваемых и перспективных, разработать новые конструкции фундаментов для этих блоков и методы прогнозирования их динамической и статической работы "и ОЦ.031.055. 16Ц.04.05.З11, выполнявшихся по приказам Госкомитета по науке и технике СССР,Госплана СССР и Госстроя СССР. Отдельные разделы работы выполнялись по тематическому плану Минвуза Украины №19 и № 51 (1995-1996 гг.), А также госбюджетных НИР ПГАСА "Разработка экономических облегченных конструкций фундаментов под машины с динамическими нагрузками", на данный момент по теме "Разработка ресурсосберегающих методов расчета и проектирования оснований и фундаментов".

Цель и задачи исследования. Цель исследования заключается в изучении взаимодействия комбинированных массивно-плитных фундаментов с основанием, в разработке надежных высокоэффективных фундаментов, ресурсосберегающих методов их расчета и проектирования при воздействии различных видов нагрузок. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- создать новые конструктивные решения комбинированных массивно-плитных фундаментов под машины с динамическими нагрузками;

- экспериментально и теоретически исследовать взаимодействие комбинированных массивно-плитных фундаментов с грунтовой основой;

- разработать методы расчета и проектирования комбинированных массивно-плитных фундаментов на действие динамической нагрузки;

- предложить методы расчета и проектирования фундаментов различной массы, объединенных тонкой плитой;

- разработать ресурсосберегающие методы расчета и проектирования фундаментов на действие динамических и статических нагрузок с применением теории математического программирования;

- на основании натурных исследований предложить методику экспериментального определения динамических нагрузок и температурных воздействий на фундаменты, разработать методику прогнозирования деформаций фундаментов сложной формы при температурных воздействиях.

Объект исследования комбинированные массивно-плитные фундаменты, взаимодействие комбинированных массивно-плитных фундаментов с грунтовой основой при действии различного вида нагрузок.

Предмет исследования ресурсосберегающие методы расчета и проектирования эффективных конструкций фундаментов с учетом характера нагрузок и особенностей взаимодействийии с грунтовой основой.

Методы исследования экспериментальные натурные исследования работы фундаментов под действием статических, динамических нагрузок и высоких температур; испытания крупномасштабных моделей и натурных комбинированных массивно-плитных фундаментов; экспериментальные исследования динамических характеристик основы и напряженно-деформированного состояния фундамента и грунтового основания численным методом; аналитические исследования деформаций фундаментов на грунтовой основе при различных нагрузках.

Научная новизна исследования заключается в том, что:

- разработаны новые рациональные фундаменты под машины с динамическими нагрузками, названы комбинированными массивно-плитных фундаментов, имеющих более высокие технико-экономические показатели по сравнению с традиционными;

- по результатам теоретических и экспериментальных исследований впервые установлены основные закономерности взаимодействия комбинированных массивно-плитных фундаментов с грунтовой основой;

- разработаны аналитические методы расчета комбинированных массивно-плитных фундаментов на грунтовой основе при действии горизонтальных и вертикальных периодических нагрузок, с учетом инерционности основы и углубление фундамента;

- предложено аналитические методы расчета колебаний фундаментов, объединенных тонкой плитой, на грунтовой основе;

- разработаны новые конструктивные решения фундаментов с регулируемыми динамическими характеристиками, позволяющими за счет их перенастройки в процессе эксплуатации значительно снижать интенсивность колебаний;

- экспериментально изучены характеристики упругости и демпфирования грунтовых оснований тонких углубленных плит, что позволяет усовершенствовать методику определения динамических характеристик грунтового основания фундаментов;

- получили дальнейшее развитие методы экспериментального определения динамических нагрузок и температурных воздействий на фундаменты в процессе длительной эксплуатации оборудования;

- предложена методика прогнозирования температурных деформаций фундаментов сложной формы в различных условиях эксплуатации;

- получили дальнейшее развитие ресурсосберегающие методы расчета и проектирования фундаментов на базе теории математического программирования, позволяющие выполнять оптимальное проектирование по выбранным критериям.

Практическое значение полученных результатов. Предложены новые комбинированные массивно-плитные фундаменты под машины с динамическими нагрузками, методика их расчета и проектирования позволяют значительно снизить интенсивность колебаний и повысить надежность работы фундаментов и установленного на них оборудования. Фундаменты с регулируемыми динамическими характеристиками обеспечивают возможность существенного снижения интенсивности колебаний оборудования в различных режимах эксплуатации. Применение комбинированных массивно-плитных фундаментов в условиях современного производства с гибкой технологической схеме дает возможность легко перенастраивать и реконструировать фундаменты под новое оборудование. Результаты исследований использованы при разработке программ для ЭВМ и практических рекомендаций по расчету и проектированию фундаментов.

Применение обоснованных значений динамических нагрузок и температурных воздействий на фундаменты, разработаны методы прогнозирования деформаций и перемещений фундаментов дают возможность значительно повысить надежность работы оборудования. Предложения по учету деформаций фундаментов использованы при разработке рекомендаций по эксплуатации энергоблоков на Углегорской ТЭС, Запорожской ТЭС, Запорожской АЭС. Результаты работы применены при разработке строительных норм и правил 2.02.05-87 "Фундаменты машин с динамическими нагрузками". Предложенная методика оптимального проектирования фундаментов под действием статических и динамических нагрузок позволяет добиться существенного ресурсосбережения в строительстве при гарантированном уровне надежности, она принята для внедрении ГНИ ПриДнепровский промбудпроект, КПП и НИИ Харьковским Промстройпроект.

Личный вклад соискательа заключается в разработке

· новых комбинированных массивно-плитных фундаментов;

· методики и анализа результатов экспериментальных исследований взаимодействия комбинированных массивно-плитных фундаментов с грунтовой основой, участия в проведении испытаний;

· аналитического и численного анализа взаимодействия комбинированных массивно-плитных фундаментов с основанием;

· практических методов расчета и проектирования комбинированных массивно-плитных фундаментов;

· аналитических методов расчета колебаний объединенных плитой фундаментов различной массы, а также группы массивов на плите различной формы;

· методики, обработке результатов и участия в проведении натурных исследований работы фундаментов на тепловых и атомных электростанциях в условиях воздействия статических, динамических нагрузок и повышенных температур;

· ресурсосберегающих методов расчета и проектирования фундаментов с использованием математического программирования.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты, исследования были изложены на VI и VИИ Всесоюзных конференциях по динамике оснований и подземных сооружений (Нарва, 1985; Днепропетровск, 1989), Всесоюзных научно-технических совещаниях & ldquo; Повышение надежности энергетических сооружений при динамических воздействиях & rdquo; (ДЭС-87, Москва, 1987), & ldquo; Динамика энергетических сооружений & rdquo; (ДЭС-91 Москва, 1991), Международном симпозиуме & ldquo; Фундаменты под машины с динамическими нагрузками (Ленинград, 1989), Международной научно-технической конференции & ldquo; Ресурсо-экономические материалы, конструкции, здания и сооружения & rdquo; (Ровно, 1996), Международной научной конференции & ldquo; Строительные материалы и строительные конструкции & rdquo; (Днепропетровск, 1996), Международной конференции & ldquo; Проблемы реконструкции и эксплуатации промышленных и гражданских объектов & rdquo; (Днепропетровск, 1999), 4-й Международной конференции & ldquo; Евромех-2000 & rdquo; (Метц, Франция, 2000), Украинский-польских семинарах & ldquo; Теоретические основы строительства & rdquo; (Днепропетровск, 1999, 2000), иII и IV Украинского научно-технической конференции по механике грунтов и фундаментостроения (Одесса, 1997, Киев, 2000), 12-м Конгрессе Югославии по теоретической и прикладной механики (Задар, Югославия, 1986), 4-м Конгрессе Югославии & ldquo; Сейсмическое строительство & rdquo ; (Цавтат, Югославия, 1986), Российской конференции по механике грунтов и фундаментостроения (Санкт-Петербург, 1995), Научно-техническом семинаре Научно-исследовательского, проектно-поискового и конструкторско-технологического института оснований и подземных сооружений им. М. М. Герсеванова & ldquo; Научные основе фундаментобудування & rdquo; (Москва, 2000), на других научно-технических конференциях и семинарах. Результаты работы отмечены дипломом "За лучшую научно-исследовательскую работу" Министерства высшего образования Украины, серебряной и бронзовой медалями ВДНХ СССР.

Публикации. Основные результаты работы изложены в 56 печатных работах, в том числе в двух монографиях, из общего количества публикаций 27 написанную самостоятельно. В автореферате приведены 40 печатных работ из общего количества опубликованных работ, в том числе 2 монографии, 17 статей в сборниках научных трудов, 9 статей в научных журналах, 11 статей в сборниках научных конференций и одно авторское свидетельство. В самостоятельных работах [2, 6, 7, 9, 19, 20, 22 24, 26 37] изложены основные научные положения, рассматриваемые в диссертации. В совместных работах [1, 3, 4] автором выполнено постановку задачи, составление и решение дифференциальных уравнений динамического перемещения фундаментов, получено решение для расчета фундаментов, объединенных плитой на поверхности почвы. В статьях [10, 11, 25] предложено конструктивные решения таких фундаментов в условиях реконструкции. В работах [8, 12, 14, 21] предложена методика оптимального проектирования фундаментов на базе подходов математического программирования, изложены алгоритм расчета, взятая участие в составлении программ для ЭВМ и проведен анализ полученных результатов. В работах [13, 39] выполнено постановку задачи и вместе с соавторами получено решение для углубленного штампа на упругом основании, а также с учетом инерционности почвы. В работах [5,15] выполнено постановку крупномасштабных экспериментальных исследований и обработку полученных результатов, взятая участие в выполнении опытов. В работе [18] взята участие в экспериментальных исследованиях и анализе результатов длительных наблюдений за деформациями фундаментов турбоагрегатов, разработана методика наблюдений за поведением фундамента турбоагрегата под действием температур в различных режимах эксплуатации, а в [16] содержится разработка методики, участие в проведении инструментальных исследований и анализ полученных результатов. В работах [38, 40] разработаны конструктивные решения комбинированных массивно-плитных фундаментов и практические методы их расчета на действие периодических нагрузок.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения. Полный объем работы составляет 311 страниц, 143 рисунка, 16 таблиц, из них 201 страница основного текста, 69 страниц занимают иллюстрации, 5 страниц таблицы, 8 страниц приложение, 28 страниц использованы литературные источники с 274 наименований.

Основное содержание работы

В первом разделе представлен анализ методов расчета и проектирования фундаментов при действии динамических и статических нагрузок, обзор работ, касающихся изучения взаимодействия фундаментов с грунтовой основой. Среди ученых, занимавшихся этим вопросом, следует назвать А. И. Абашидзе, Д. Д. Баркана, И. П. Бойко, В. С. Власова, М. Н. Гольдштейна, Н. И. Горбунова-Должностное, К . Е. Егорова, Б. М. Жемочкина, М. И. Забылин, Ю. К. Зарецкого, М. Л. Зоценко, В. В Ильичева, С. М. Клепикова, П. А. Коновалова, А. Д. Кондино, В. И. Крутова, И. Я. Лучковского, М. В. Малышева, Н. П. Павлюка, П. Л. Пастернака, А. А. Петракова, А. А. Савинова, В. Л. Седин, Е. А. Сорочана, Л. Г. Ставницера, В. Г. Таранова, А. М. Тетиора, Л. Н. Тимофееву, Г. И. Черного,В. И. Феклина, М. М. Филоненко-Бородича, В. Г. Шаповала, Н. С. Швец, В. Б. Швеца, А. Я. Шехтера, А. В. Школу, И. С. Шейнина и др.

В связи с разработкой тяжелых мощных машин и необходимостью проектирования для них фундаментов в 70 80 гг. ХХ века значительное развитие получил направление исследования динамики основ и фундаментов. О преимуществах плитных фундаментов по сравнению с массивными для машин с вращающимися частями говорили Д. Д. Баркан, А. А. Савинов, Н. И. Забылин и другие. Вместе с тем отсутствие практических методов расчета, рекомендаций по проектированию и конструктивные неудобства монтажа оборудования на плитах сдерживали применение этих прогрессивных решений. М. П. Павлюк, А. Д. Кондино, Н. С. Швец, Г.Г. Аграновский, В. Л. Седин предложили применить плиты для погашения колебаний фундаментов. Результаты изучения влияния тонкой плиты на колебания массива отражены в трудах В. М. Пятецкий, А. П. Барзукова, Е. И. Временная. Особенности расчета плитных фундаментов заключаются в учете деформации не только основы, но и фундамента, что значительно усложняет расчеты. Кроме того, определение динамических характеристик грунтового основания плит имеет свои особенности, которые рассматривались в трудах В. А. Ильичева, В. Г. Таранова, В. Л. Седин, А. А. Саникова, Б. Г. Алексеева, В. Б . Швеца, Г. И. Черного.

При воздействии статических, динамических нагрузок и повышенных температур фундамент испытывает деформаций, негативно сказываются на работе оборудования и вызывают в свою очередь изменения динамических нагрузок на фундаменты, об этом говорится в трудах А. И. Абашидзе, Ф. С. Сапожникова, Б. Г. Рунова, А. Т. Казанджян, Н. С. Швец, Н. Г. Шульженко и др. Но методы прогнозирования температурных деформаций фундаментов, пригодные для практического применения, отсутствуют.

Во втором разделе предложены новые фундаменты под машины с динамическими нагрузками комбинированные массивно-плитные фундаменты. Эти углубленные фундаменты состоят из тонких горизонтальных плит, соединенныхи испытаний виброштампом и в лабораторном виброкомпресийному приборе.

Четвертый раздел касается аналитического исследования динамики массивно-плитных фундаментов. Рассмотрена задача о колебаниях комбинированного массивного-плитного фундамента в виде массива и горизонтальных плит на поверхности почвы под действием вертикальной динамической силы. Исходное дифференциальное уравнение движения имеет вид:

(1)

где Е модуль Юнга материала плит; ; w Вертикальные перемещения фундамента; F = bh; b, h ширина и толщина плиты; r - плотность материала плит; m масса фундамента; С, С1 коэффициенты жесткости почвы под плитами и под фундаментом при упругом равномерном сжатия, d (x) дельта-функция Дирака; a, a1 коэффициенты неупругого сопротивления грунта под фундаментом и плитой соответственно.

На концах плит граничные условия приняты в виде

при х = ± а. (2)

Эти граничные условия допускают разделение переменных. Для решения задачи о собственных колебаниях применялось интегральное cos-преобразования с конечными пределами. Трансцендентное уравнение для определения собственных частот колебаний следующее:

. (3)

Трансцендентное уравнение (3) может быть решена численными методами, однако в работе построены и простые аналитические оценки. Для периодических вынужденных колебаний при имеем. Для частоты вынужденных колебаний w1, не совпадает ни с одной из собственных частот системы, амплитуда перемещений массива может быть определена как:

Загрузка...

Страницы: 1 2 3