Экспериментальные исследования напряжений и деформаций в основании фундаментов больших площадей

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА

УДК 624.131

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ В ОСНОВАНИИ ФУНДАМЕНТОВ БОЛЬШИХ ПЛОЩАДЕЙ

© 2011 г. А.И. Субботин

Южно-Российский государственный South Russian State Technical

технический университет (Новочеркасский University (Novocherkassk

политехнический институт) Polytechnical Institute)

Представлены результаты экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния (НДС) основания модели фундаментов больших площадей. Использование дистанционных тензометрических преобразователей напряжений и деформаций позволило впервые получить полный спектр компонент НДС. Представлены графические материалы экспериментальных данных развития НДС в краевой зоне модели фундаментной плиты при действии полубесконечных нагрузок в интервале нагружения, определенном принципами моделирования.

Ключевые слова: напряжения и деформации грунтов; грунты; экспериментальные исследования; дистанционные преобразователи напряжений и деформаций.

In article results of experimental researches of the is intense-deformed condition of the basis of model of the bases of the big areas are presented. Using remote converters of pressure and deformations for the first time the full spectrum the VAT component is received. Graphic materials of experimental data of development of the VAT in a regional zone of model of a base plate are presented at action of semi-infinite loadings in an interval loading, defined by modeling principles.

Keywords: pressure and deformations soil; soil; experimental researches; remote converters of pressure and deformations.

Самым достоверным, трудоемким и затратным способом изучения поведения оснований и фундаментов являются экспериментальные исследования. Проведение экспериментальных исследований сложно тем, что производится или на натурном объекте, или на модели. Получение какой-либо информации связано с большими затратами по устройству объекта или изготовлению модели, применением дорогостоящих приборов и материалов, выбором технологии и средства проведения эксперимента. Усилия, возникающие в основании фундаментных плит, это сложный физико-механический процесс, исследование которого является источником получения достоверной информации о поведении основания под нагрузкой. Именно

поэтому результаты экспериментальных исследований так скрупулезно изучаются исследователями, так как являются ценнейшим банком данных. С развитием техники и методики экспериментов удаётся получить всё более обширную информацию о протекающих процессах в грунтах основания фундаментов и как результат использовать эти сведения в развитии теории расчёта.

Проведение экспериментальных исследований преследует несколько целей. Главной целью таких исследований является создание на модели реальной картины взаимодействия сооружения и грунтового массива. После этого можно говорить, что полученные в результате эксперимента данные о напряженно-деформированном состоянии

(НДС) основания, являются отражением процессов, протекающих в основании сооружения.

Применение плитных фундаментов в качестве основного звена системы «здание — грунтовое основание» позволяет рассматривать возможность создания широкого спектра конструктивных решений при проектировании зданий в сложных инженерно-геологических условиях.

Существующие нормативно-технические документы, определяющие правила расчета фундаментов больших площадей и конечной жесткости не учитывают краевой эффект, возникающий в реальных условиях работы оснований данных конструкций. Наиболее достоверным способом изучения поведения оснований и фундаментов являются экспериментальные исследования.

Многочисленные экспериментальные исследования, проведенные на кафедре ПГСГиФ ЮРГТУ (НПИ), подчинялись определенной методике проведения эксперимента [1]. Данная методика объединила законы и принципы моделирования и позволяла изучить закономерности изменения НДС основания и моделей фундаментов в процессе нагружения от малых до предельных по прочности основания нагрузок в условиях пространственной, осесиммет-ричной и плоской задач [2].

При проведении экспериментальных исследований на модели фундаментной плиты каркасного здания [3] использовались уникальные приборы дистанционного измерения, защищенные авторскими свидетельствами и патентами. Эксперименты проводились в лаборатории «оснований и фундаментов» кафедры ПГСГиФ на испытательной машине МФ—1 конструкции Ю. Н. Мурзен-ко. Экспериментальным путем изучались параметры напряженно-деформированного состояния и характер перемещений в краевой зоне песчаного основания модели фундаментной плиты. Дистанционные преобразователи устанавливались в полярной системе координат и фиксировали все изменения деформированного состояния в краевой зоне. Причем шаг установки преобразователей позволял исключить взаимовлияние датчиков друг на друга.

Для исследования процессов деформирования грунтов в краевой зоне фундаментной плиты впервые применялись дистанционные преобразователи, измеряющие сдвиговые деформации. Конструкция и технические характеристики дефор-мометров для измерения сдвиговых характеристик [4] позволяют с большой точностью и чувствительностью непрерывно регистрировать сдвиговые деформации в грунтовом массиве в одном направлении. Направление измеряемых деформаций задавалось ориентировкой приборов при их установке. Для выявления затухания де-

формаций по глубине преобразователи устанавливались с различными радиусами.

Наряду с экспериментальными данными о развитии напряжений (рис. 1—3) были получены экспериментальные данные о распределении деформаций в краевой зоне фундаментной плиты (рис. 4—6), при этом экспериментальные данные о распределении сдвиговых деформаций в краевой зоне фундаментной плиты были получены впервые (рис. 6).

шшши ii iuiiiiiii

Pj=0,04

\ P2=0,08 \ P3=0,12 Л=0Д6

vn^cv---—-x4 Ь1 P5=0,20 / ^6=0,24

0,01 МПа XN^ \ 1-1 ^ J"4— \ —-" 8 P8=0,32

Рис. 1. Радиальные напряжения в краевой зоне основания фундаментной плиты

Рб=0,24 Р7=0,28 Р8=0,32

Рис. 2. Тангенциальные напряжения в краевой зоне основания фундаментной плиты

В результате проведенных экспериментальных исследований впервые была получена полная информация о напряженно-деформированном состоянии основания в краевой зоне фундаментной плиты [3]. Это позволило расширить банк экспериментальных данных и применить методы информационного моделирования к планированию и проведению экспериментальных исследований в реальном масштабе времени, что явилось передовым в таких исследованиях.

P=0,04 P2=0,08 P3=0,12 P4=0,16 P5=0,20 Рб=0,24 P7=0,28 P8=0,32

P1=0,04 P2=0,08 P3=0,12 P4=0,16 P5=0,20 Рб=0,24 P7=0,28 P8=0,32

Рис. 3. Касательные напряжения в краевой зоне Рис. 4. Радиальные деформации в краевой зоне основания фундаментной плиты основания фундаментной плиты

1-

Рис. 6. Сдвиговые деформации в краевой зоне основания фундаментной плиты

Р7=0,28 Р8=0,32

Рис. 5. Тангенциальные деформации в краевой зоне основания фундаментной плиты

P1=0,04 P2=0,08 P3=0,12 P4=0,16 P5=0,20 Рб=0,24 P7=0,28 P=0,32

)-3 МПа

P1=0,04

P2=0,08

P3=0,12

P4=0,16

P5=0,20

Рб=0,24

Полученные экспериментальные данные могут сравниваться с альтернативными расчетными моделями, заложенными в базу данных. Можно экспериментально выявить интервал применимости той или иной физико-математической модели к расчету данной конструкции фундамента. Одновременно все значения, полученные в ходе экспериментов, пополняют базу экспериментальных данных.

Литература

1. Мурзенко Ю.Н. Основные принципы моделирования совместной работы фундаментов и песчаного основания// Экспериментальные исследования инженерных сооружений: материалы ко II симпозиуму (Ленинград, сентябрь, 1969 г.). Новочеркасск, 1969. С. 85-93.

2. Мурзенко Ю. Н. Методика экспериментальных исследований совместной работы фундаментов и сжимаемого основания при статической нагрузке// Экспериментальные исследования инженерных сооружений: материалы ко II симпозиуму (Ленинград, сентябрь, 1969 г.). Новочеркасск, 1969. С. 12-21.

3. Субботин А. И. Работа оснований ограниченной распределительной способности: дис. ... канд. техн. наук. Ростов н/Д, 1995. 221 с.

4. Субботин А.И., Шматков В.В., Мурзенко А.Ю. Экспериментальное изучение развития сдвиговых деформаций в песчаном основании модели фундаментной плиты // Исследования и разработки по компьютерному проектированию фундаментов и оснований: межвуз. сб. Новочеркасск, 1993. С. 13-21.

Поступила в редакцию

11 ноября 2010 г.

Субботин Анатолий Иванович — канд. техн. наук, профессор, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635)255-4-16. E-mail: subbotin_ai@mail.ru

Subbotin Anatoliy Ivanovich — Candidate of Technical Sciences, professor, South Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnical Institute). Tel. (8635)255-4-16. E-mail: subbotin_ai@mail.ru