Исследование устойчивости и деформаций опор контактной сети при изменении влажности лессовых грунтов тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

щ'Ч~2 92

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ МЕХАНИКИ И СЕЙСМОСТОЙКОСТИ СООРУЖЕНИЙ им.М.Т.УРАЗБАЕВА

Ка правах рукописи

Д!КАЛЮТВ Спвлатжон Салимович

УЖ 624.15: 624.131.2

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ И ДЕЮРМАЦИЙ ОПОР КОНТАКТНОЙ СЕТИ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ВЛАЖНОСТИ ЛЕССОВЫХ ГРУНТОВ

Специальность 01.02.04 - Механика деформируемого

"вердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент - 1992

Работа выполнена в Самаркандском Государственном Архитектурно-строительном институте им. М.Улугбека и институте механики и сейсмостойкости сооружений им. ГЛ.Т.Ураэбаеэа Академии наук Республики Узбекистан.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

А.С.Буслов,

кандидат технических наук, вед.н.с. Х.С.Сагдиев.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Г.Х.Хожметов,

кандидат физико-математических наук, вед.н.с. К.Султанов.

Ведущая организация - институт "Узетройпр^ект" (г.Самарканд).

Защита состоится " ■// " _1992 г. в /г час.

на заседании специализированного совета К 015.18.01 по защите диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук в Институте механики и сейсмостойкости сооружений им. Ч.Т. Уразбаева АН Республики Узбекистан по адресу: 700143, Ташкент, Академгородок.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке АН РУз.

Автореферат разослан хМ-* 1992 г.

Учений секретарь специализированного совета, кандидат тг 'нических наук

Подписано в печать 23.01.92г. Заказ /6 • тираж 100 экз.

Отпечатано на ротапринте в 'Л с ВЦ НПО "Кибернетика" АГ, РУз 700125, г..Тапкент-123, ул.Х.Ход-каена, 34

Еамсиев У.11!,

; ОВЦЛН ХАРЛКГКРИСТИКЛ РАБОТЫ

сертд!^ |

3 диссертационной работе приводятся результаты исследований натурных и полевых экспериментов длительной устойчивости и деформации опор контактной сети с учс ом изменения свойств лессовых грунтов, расчетные данные теоретических исследований одностоечных опор при действии горизонтальной нагрузки и их сравнения с результатами экспериментов. Но результатам исследований предлагается конкретные практические рекомендации по обеспечению ус тойчивости опор контактной сети на действие горизонтальной нагрузки. В приложении на основе метода конечных элементов изложены результаты исследований НДС систем}.- "опора-фундамент-грунт" при сейсмических воздействиях.

Автор выражает искреннюю благодарность академику АН РУз Т.Р.Рашидову за ценные советы и замечания при выполнении данной диссертационной работы.

Актуальность темы. В решениях правительства намечена программа дальнейга -ч> комплексного развития всех видов городского . пассажирского транспорта в увязке с проектами планировк' и застройки городов. Возрастает объем р. 5от ..э проектированию новых и реконструкции существующих контактных сетей трамвайных и троллейбусных линий, в том числе и в регионе Средней Азии, где повсеместно распространены лессовые грунты, отличительной особенностью которых является повышенная чувствительность к замачиванию.

Анализ опытных данных о строительстве и эксплуатации опор контактной оети в районах распростране ля лессовых грунтов Средней Азии показывает, что изменение температурно-влажностного режима грунтов застроенных территорий приводит к снижению их прочностных свойств и как следствие этого к значительным горизонталь-

ньш отклонениям опор во времени, нарушающим эстетику городской застройки и влияющим на нормальную работу троллейбусов из-за изменения натяжения и стрелы провеса проводов контактной сети.

Однако существую^ методики расчета горизонтально нагруженных опор не учитывают изменчивость физико-механических свойств грунтов в период их эксплуатации в связи с чем накопление фактического материала о деформируемости опор контактной сети в условиях городской застройки и проведение исследований их взаимодействия с основанием из лессовых грунтов ярляется актуальным на современном этапе совершенствования методов расчета транспортных сооружений и конструкций.

Настоящая работа выг.олнгтась в соотве^твии с расширенным координационным планом важнейших работ Госстроя СССР по проблеме 0.55.05, задание 1".01.05. Д4 а целевой комплексной программой 0.11.31 "Разработать и внедрить новые и усовершенствовать существующие специальные конструкции и инженерные сооружения с заданными параметрами надежности, возводимые в сложных горногеологических условиях".

Цель и задачи диссертационной работы.

Основной целью диссертации является исследование закономерностей взаимодействия горизонтально нагруженных опор с основанием, разработка методики и их расчета в лессовых грунтах с учетом изменения их свойств при повышении влажности в процессе эксплуатации, а так же рекомендации по увеличению несущей способности и снижению материалоемкости фундаментов опор контактной сети троллейбусов.

Для выполнения указанной цели были поставлены следующие задачи теоретического и экспериментального направлений:

- анализ существующих экспериментальных и теоретических исследований работы одностоечных опор контактной сети на горизон-

тальную нагрузку;

- анализ инженерно-геологических условий строительства контактных сетей троллейбусных линий исследуемого региона;

- натурные наблюдения и ^экспериментальные исследования длительной устойчивости опор контактной сети треллейбусов в районах городской застройки и на опытном г 1лигоне в условия залегания лессовых просадочных грунтов;

- разработка инженерного способа расчета одностоечных опор контактной сети на горизонтальную нагрузку с учетом изменения физико-механических свойств грунтов пр: повышении их влажности и сравнение с экспериментальными данными;

- разработка практических рекомендаций по увеличению несущей способности одиночных опор контактной сети троллейбусов в увлажняемых лессовых грунтах.

Научную новизну составляют:

- полученные экспериментальные зависимости длительных деформаций опор контактной сети троллейбусов в лессовых грунтах в натурных условиях от степени увлажнения основания;

- изучение контактных напряжений по боковой поверх. ,сти опоры в зависимости от величины горизонтальной нагрузки и лабораторные исследования деформируемости увлажняекых лессовых грунтов в натурных условиях и на экспериментальном полигоне; .

- предложенный метод расчета опор контактной сети по устойчивости и деформациям с учетом изменения свойств лессовых грунтов при их увлажнении по глубине в процессе длительной эксплуатации;

- рез^ ;ьтаты вычислений методом конечных элементов системы "опора-фундаиент-грунт" при сейсмических воздействиях.

Практическое значение гзботы заключается в том, что предложенные и развитые в ней способы определения несущей способности

и деформируемости горизонтально нагружённых опор контактной сети использованы при экспертных оценках их состояния в условиях гор 4ской застроГ .и; расчеты с применением предложенных зависимостей позволят дать значительный экономический эффект и повысить устойчивость опор при реконструкции и проектирован«" новых конструкций контактных слтей троллейбусного хозяйства; предложенный практический способ увеличения несудей способности опор контактной сети на горизонтальную нагрузку в виде кольцевого упирення основания опоры в верхней увлажняемо I зоне взамен монолитного фундамента на всю глубину дает экономию материала до двух раз.

Внедрение. Результаты раС.чты переданы внедрение в Самаркандское трол.тс-йбусное управление для использования при реконструкции и проектирована опор троллейбусных линяй.

\!етод расчета используется в проектно-экспериментальнэй мастерской, кафедры "Городское строительство" и "Инженерной геодезии" при подготовке студентов по специальности 1205 -Городское строительство САМ ГАСИ им. М.Улугбека.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на' следующих конференциях и совещаниях:

1. Областная научно-техническая конференция по теме "Пути повышения эффективности строительного производства в свэте решений ХХУ1 "-ьезда КПСС". Сам?рканд, 1962 ;

2. Областной семинар-совещание по теме "Совершенствование строительства в условиях Узбекистана". Самарканд, 1383;

3. Областной семинар-совещание по теме "Вопросы организации строительства в условиях Средней Азии". Самарканд, 1985;

4. Научно-практическая конференция СамГАСИ. Самарканд, 1985;

5. Совещание по теме "Механизированная безотходная технология возведения свайных фундаментов из свай заводской готовности".

ДальПКИС. Владивосток, 1986;

б. Семинар "Прочность и сейсмодинамика сооружений" отдела Сейсмодинамики ИМиСС Ain УзССР. Ташкент, 1991.

Публикации. По результатам тооведешшх исследований опубликованы 7 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, приложения и списка литературы.

Работа изложена на 170 страницах и содержит 52 рисунка, 16 таблиц. Работа выполнена в I9Ö2-I99I гг. в СамГАСИ и МиСС АН РУз.

На защиту выносятся:

- результаты натурных наблюдений длительной устойчивости опор контактной сети в лессовых грунтах, выявивших значительные отклонения их от нормативных величин в процессе длительной эксплуатации и изменения температурно-влажностного режима грунтов основания в условиях городской засгройк;

- результаты экспериментальных исследований работы одиночных опор на горизонтальную нагрузку в лессовых грунтах на опытном полигоне, позволивших обоснованно принять закономерности ь^аимодей-ствия их с лессовым основанием в виде дробно-линейной зависимости, отражающей влияние величины и длительной нагрузки на нелинейную деформируемость основания из лессового грунта;

- разработанный инженерный способ расчета несущей способности горизонтально нагруженных одиночных опор контактной сети, учитывающий изменение прочности увлажняемого лессового грунта по глубине и во времени;

- разработанный метод расчета устойчивости горизонталт о нагруженных опор с учетом свойств грунта в увлажняемой зоне и напряаег-'о-деформируемого состояния системы "опора-фундамент-

грунт" при сейсмических воздействиях;

- рекомендации по увеличению несущей способности опор контактной сети в лессовых грунтах с уменьшением расхода материалов по сравнению с типовыми решениями.

Краткое содержание работы

Во Введении обоснована актуальность темы, описаны цель, практическая и научная значимость полученных в диссертации результатов.

В первой паве. посвященной анализу существующих методов исследований к расчету отдельно стоящих опор на горизонтальную нагрузку, рассматриваются фундаментальные работы в данной области, авторами которых являются В.Г.Березанцев, В.Броме, А.С.Бус-лов, 8.Н.Голубков, Н.И.Добровольский, Б.Н.демочкин, Л.З.Зархи, С.М.Кудрин, Н.Б.Лалетин, А.И.Лебедев, Ломейер, В.С.Миронов, 11.Ф.Разоренов, Г.Фрелих, И.В.Яропольский, Э.А.Якоби и другие, исследования которых послужили основой для разработки методов расчета горизонтально нагруженных свай и свайных оснований в различных грунтовых условиях. •

Наряду с имеющимися многочисленными исследованиями горизонтально нагруженных свай и отдельных опор отмечается отсутствие исследований длительной устойчивости опер контактной сети' троллейбусе! а также каких-лиоо данных длительных их деформаций в лессовых просадочнкх грунтах районов городской застройки, для которых характерно увеличение влажности во времени.и снижение связанной с этим длительной прочности.

Практическая важность данной проблемы говорит о необходимости проведения исследований в данной области.

В современной инженерной практике приходится решать два вида задач по расчету опор контактной сети:

- проектировать опоры, т.е. устанавливать их оптимальные размеры, сечения их элементов или арматуры в зависимости от действующих на опоры изгибающих моментов;

- подбирать опори, т.е. выбрать из серии запроектированных (типовых) опор такие, которые могут быть применены в конкретных условиях по своим геометрическим размерам и прочности (по изгибающим моментам).

Закрепления опор контактной сети в грунте - фундаменты (или фундаментальную часть опоры) расси"тывают по методу предельных состояний, т.е. по деформациям и устойчивости (несущей способности), при которых они перестают отвечать требованиям эксплуатации.

При расчете закреплений опор контактной сети в грунте за предельное состояние фундамента по деформациям принимается предельное смещение опоры на уровне контактного провода, равное 100 мм, за период эксплуатации в 50 лет, обусловленное деформацией (поворотом .¡ундамента в грунте от давления на опору внешних постоянных и временных нагрузок). К постоянным отноо-тся нагрузки от веса проводов и конструкций, 1 так же натяжения проводов с учетом влияния температуры; к временным - нагрузки от воздействия ветра и гололеда .Рассчитывают фундаменты .ч комбинации нагрузок, которые мо-г^т оказаться наиболее невыгодными. Например, невыгодность может оказаться не максимальная нагрузка, а минимальная, но действующая в том направлении, в котором грунт хуже сопротивляется опрокидыванию !*-ндамента, или та, в которс^ доля постоянных нагрузок в сумме имеет большое значение.

Методы расчета опор контактной сети, применяемые в проектной практике, не позволяют определять их дефоркапии с учетом изменения свойств грунта при повышении их влажности в процессе эксш.уа-

тапш.

3 целом анализ имеющихся экспериментальных и теоретических исследований раб^ы одностоечных опор ЛЗП и контактной сети на горизонтальную нагрузку показывает, что в настоящее время вопросы длительной устойчивости заглубленных опор, воспринимающих опрокидыва!«цие усилия, остаются практически не изученными. Отсутствуют и инженерные методы расчета длительной деформируемости таких опор.

Все это предопределило характер исоледор-жий автора, в задачу которых входило установление закономерностей взаимодействия горизонтально нагруженных отдельно стоящих опор контактной сети с увлажняемым лессовым основан-ем в условиях городской застройки и разработка практического метода их расчета по прочности и де({>ормациям.

Во второй главе приводятся результаты натурных исследований длительной устойчивости опор контактной сети в условиях городской застройки в лессовых просадочных грунтах. Натурные наблюдения за устойчивостью опор контактной сети троллейбусной линии проводились в г.Самарканде.

Район исследований характеризуется резко континентальным климатом с засушливым и жарким леток, с неравномерным распределением осадков по сезонам и малой насыщенностью воздуха водяными парами.

Территория Самарканда сложена аллювиально-пролювиальными отложениями четвертичного возраста, имеющих мощность 30-70 метров. Основными породами на этих глубинах являются лессовидные микропористые суглинки палевого цвета. Четвертичные породы подстилаются третичными гл1..1ами коричневого цвета. Характерной особенностью лессовых грунтов Самарканда является то, что они имеют прослойки и линзы дресвы, мощность которой е отдельных случаях достигает

нескольких метров.

Наблюдения за деформациями опор в условиях городской застройки проводились геодезическими методами. Было установлено, что из 536 обследованных опор 372 или С ,4 % имели относительные деформации, превышающие нормативные значения. У значительного числа этих опор (26,3 X) отклонения превышали допустимый предел от 3 до 10 раз, что в значительной степени наруиает эстетику городской застройки.

Ряд опор, имеющих характерные отклонения, были взяты под наблюдения на длительный период (б лее 10 лет). Параллельно проводился комплекс исследований свойств грунта в лабораторных условиях путем отбора проб в основаниях опор, за которые были установлены наблюдения.

Наблюдения за устойчивостью и де^формациями опор контактной сети в лессовых грунтах выявили ряд характерных особенностей их работы в условиях городской застройки. Остановлено, что горизонтальные деформа ии опор контактной сети, возведенных в лессовых грунтах без учета возможности изменения температурно-вл' '.ностного режима застроенных территорий, нара гаку, во времени и в ряде случаев е значительной степени превышают допустимые пределы без потери общей устойчивости. Характерно, что влажность лессовых грунтов оснований опор контактной сети в условиях городской застройки имеет общую тенденцию к увеличению в процессе их эксплуатации. Прочностные свойства грунтов при этом снижаются. Периодическое сезонное колебание температурно-влалностного режима и соответствующее этокп/ изменения физико-механичгких свойств грунта затрагивают поверхностный слой на глубину до 20-30 см, которым можно пренебречь в расчетах. Исследования показали, что при действии горизончальной нагрузки изгиб ствола опоры практически отсутст-. вует, поэтому по характеру работы в грунте ее можно отнести,к,

клас у жестких опор.. Деформация жестких опор под действием . ори-зонтальной нагрузки происходит за счет уменьшения реакции отпора лессового грунта из-за изменения его де'Тюрмационннх и прочност-ннх сгойстз в процессе повышения влажности.

На процесс деформирования опор в процессе их эксплуатации оказывает существенное влияние изменение прочностных и деформационных свойств грунта, которые зависят от степени их увладения. Анализ показывает, что в отдельных случаях сцепление грунта уменьшается в 2-5 раз, а модуль деформации (компрессионный модуль) грунта снижается в 1,о-2 раза. На отдельных участках увеличение степени влажности грунта в верхней зоне достигает 2,0 и более раза.

Степень увлажнения лессовых грунтов, изменение их физико-механических свойств и связанные с этим деформации опор контактной сети зависят в каждом конкретном случае от многих случайных факторов у. имеют значительный разброс в пределах рассматриваемого региона. Это говорит о стохастическом характере деформаций опор контактной сети в условиях городской застройки и необходимости соответствующего подхода при практической оценке их поведения в процессе эксплуатации.

В третьей главе • освещены результаты экспериментальных исследований работы опор контактной сети на горизонтальную нагрузку в лессовых просадочных грунтах. Исследования проведены на опытной площадка Самаркандского архитектурно-строительного института, представленной лессовыми грунтами с удельным весом 27 кН/м3; объемным весом 14,1-14,7 кН/м3; природной влажностью 0,04-0,08 ; коэффициентом пористости 0,84-1,01; степенью влажности 0,14-0,33. Основная цел испытаний - определение крена опор, их несущей способности в зависимости от величины горизонтальной нагрузки и сте-.ени увлажнения грунта основания. Для проведения экспериментов

били применены две типовые железобетона опоры контактной сети троллейбусов длиной 12 м и диаметром в нижней части 50 см, а в верхней части - 30 см. В нижней час.и опоры на зысоте 2 м по боковым сторонам по контакту грунт - опора помещались месдози в гнездах, вырубленных в теле опоры. К задней боковой стороне по контакту грунт - опора вмонтировались три месдозы.

Концы подводящего кабеля выводили наружу и к ним подпаивали выводы месдоз. Предварительно месдозы тарировали на пре се марки У120/2. В качестве регистрации измерения деформации был применен электронный измеритель с автоматической балансировкой моста ДИ-1. Перед тарировкой месдозы предварительно обжимались путем пятикратного Ьагружения их максимальной нагрузкой и раэгру-жения, Нагружение при тарировке проводили ступенями и последующим разг-ружением до нуля.

В процессе экспериментальных исследований горизонтальное усилие на опоры создавалось при помощи стягивающего троса, к которому подвешивался груз Такая схема работы наиболее соответствует натурным условиям. Загругение проводилось путем заполнения бака водой ступенями по 1,0 кН до величины 10 кН. Каждая ступень выдерживалась до стабилизации. Деформаг ш опоры измерялись в двух уровнях: у поверхности грунта - на высоте 30 см и на высоте 300 см.

Нигхз дневной поверхности проводились измерения бокового давления грунта на опору при помощи установление на опоре месдоз. Анализ показывает, что зависимость перемещений опоры от нагрузки косит нелинейный характер. В связи с этим при построении теоретических зависимостей необходимо учитывать имеющуюся нелинейную зависимость / = Ф(Р). Элюра боковых давлений грунта на опору и

видоизменяется при увеличении нагрузки, переходя от выгнутой в выпуклую при нагрузках близких к критическим. Это говорит о том,

что в процессе увеличения нагрузки на опору в верхн 1 зоне развиваются пластические деформации; величина этой зоны составляет около (I,Oí-I,5) d , г,,"> d - диаметр опоры. В связи с тем, что деформацией ствола самой опоры можно пренебречь из-за е~ большой жесткости, горизонтальные перемещения опоры :'иже дневной поверхности были найдень. геометрическим путем по перемещениям наземной части.

А>' лиз изменения коэффициента постели по глубине опоры в зависимости от величина дейст ;ущих горизонтальной нагрузки показал, что при начальной стадии эагрукения опоры коэффициент постели практически постоянный по глубине опоры. С увеличением нагрузки в верхней зоне значения коэффициента постели г-'ижаются в связи с образованием пластических деформаций, а по глубине он изменяется по криволинейному закону.

Поскольку в процесс,; экспериментальных исследований испыты-вались попарно две опоры одинаковой нагрузкой, то для изучения влияния на деформации опоры влажности грунтов проводилось опытное замачивание основания второй опори через специально пробуренные скважины. Замачивание проводилось периодически с отбором Проб грунта и определением степени их влажности. Установлено, что при повь знии влажности грунта в основании опоры перемещения ее резко возрастают. Так, есл" в начале замачивания перемещения данной опоры сопоставимы со значениями, полученными в грунтах естественной влажности ( (х = 0,21), то в конце испытания при горизонтальной нагрузке Рр = 17,5 кН перемещения опоры в замоченном грунте ( & =0,81) более чем в 10 раз превышают аналогичные значения для опоры, находящейся в грунте естественной влажности. В целом зависимость отношения перемещений опоры в замоленном гранте к значениям перемещений в .^унте естественной 8..<12шссти носи? ярко выраженк jñ нэлинейкь-й характер от сте-

пени влажности грунта основания. Наряду с повышением деформируемости основания это связано так же с уменьшением его прочности, что отражается на величине несущей способности опоры на горизонтальную нагрузку. Так при практически одинаковой степени влая-

Л Ад/

ности ( Ь - 0,704-0,81) отношения --с увеличением го-

Згг

ризонтальной нагрузки также увеличивается. Установлено, что деформации опоры зазисят не только от степени влажности или состояния грунта, но и от величины действующей нагрузки и эта зависимость носит нелинейный характер.

Деформации опоры под действием приложенной горизонтальной нагрузки развиваются во времени. Время затухания перемещений опоры в увлажненном грунте значительно превышает аналогичный показатель для опоры испытанной в грунте естественной влажности при той же величине горизонтальной нагрузки. С увеличением нагрузки время затухания горизонтальных перемещений опоры то же /■величивается.

В процесса замачиваю. . грунтов опытной площадки отбирались -1робы для определения основных ^изико-механичеоких характеристик. гстанозлено, что с повышением степени влажности грунтов его шепл^лие и модуль деформации изменяются по глубине по криволисиному закону. 3 то же время для прэ"тических расчетов можно ¡ринимать ступенчатую прямоугольную эпюру для С и Е0. Такая пкра значительно облегчает назначение расчетных параметров и прощает расчеты.

В диссертации анализируется правомерность такого упрощения, роводеняые экспериментальные исследования подтвердили правомоч-ость применения з качестве исходных теоретические зависимости, тражающяе нелинейный характер деформируемости лессового грунта г нагрузки и времени в виде дробно-линейной функции, имеющей эльное распространение в реологии грунтов.

Далее проводите анализ влияния характера изме .энкя коэффициента постели по глубине на перемещение горизонтально нагруженной опоры. Учитывая изме зние коэффициента постели по глубине, в расчетную схему, предполагающую постоянное значение коэффициента I ./стели, необходимо вводит- зону "а" верхнего слоя гру "■а, подвергающуюся многократному увлажь^нию, механическому и термическому повреждения с меньшим или нулевым сопротивлением. В полученных 4юрмулах различный характер изменения коэффициента постели учитывг ^тся надлежащ1м выоором величины "а". Наличие слабого верхнего слоя даже при незначительной его толщине (X = 0,1 дает увеличение перемещения опоры по сравнению с однородной толщей на I? при О. = 0,2 Ь это увеличение , эстигает 33 %.

3 четвертой главе дается описание метода расчета о >р контактной сети с учетом изменения влажности лессовых грунтов.

Как установлено экспериментальными исследованиями нарушен-няе застройкой городской территории процессы тепло- и влагопере-носа грунтов в зоне аэрации происходят в тесной взаимосвязи и в

результате приводят к повышению влажности основания, которое в »

свою очередь влияет на физико-механические свойства грунтов. Влажность грунтов зоны аэрации возрастает по годам медленно, но в то же время в пределах го/ зого цикла влажность грунтов деятельного слоя под влиянием сезонных осадков меняется скачкообразно в значительных пределах. В связи с этим в расчетах учитывается как длительное изменение во времени влажности грунтов зоны аэрации, так и возможность кратковременного значительного, а в ряде случаев и аварийного увлажнения лессовых грунтов и соответственного уменьшения .че^уг;ей спэсобнг ти опор контактной сети.

В условиях климата Средней Агии зона максимального сезонного ув^ахненкя находится в пределах ст 0,5...1,0 м, чго составляет

(О,2...О,4) L - величины заделки опоры в грунт, поэтому расчетная с.хема может быть представлена в виде двухслойного основания.

Эпюра напряжений в предельном состоянии принимается для упрощения прямоугольной, потеря устойчивости происходит в результате прорезания опорой полости в грунте.

Значение предельной несущей способности горизонтально нагруженной опоры Р^р находится из условия равновесия статики:

Put * <5at clL[jLu)-J+<* 'L)

Здесь: P - предельная несущая способность горизонтально нагруженной опоры; @и? - предельное сопротивление грунта вдавливанию боковой поверхности опоры ниже зоны аэрации "а";

J(i) = 6ам?/<эие } из -- Zo/l ; £ =a/L;p--H/L

бa,ai ~ предельное сопротивление грунта вдавливания боковой поверхности опоры в зоне аэрации "a"; d - диаметр опоры; L - длина заглубленной части' опоры; о) = ?0/L • - расстояние от поверхности грунта до точки условного поворота опорк в грунте, равная

oi = d /L ; CL - зона аэрации с переменной влаж-

ностью грунта; £ = У/L ; U - высота приложе-

ния горизонтальной нагрузки к опоре.

3 диссертации приводятся примеры расчета значения предельной несущей способности горизонтально нагруженной опоры для со-

ставленной программы для различных значений исходных данных.

Перемещения одиночной опоры под действием горизонтальной нагрузки, приложенной на высоте И над поверхностью грунта, найдены путем сложения перемещения ее параллельно самой себе под действием силы Р и поворота ее вокруг центра тяжести реактивной эпюры от момента М - Р Ь р » где р -плечо приложения нагрузки.

Коэффициент постели с глубины "а" принят постоянным, а у поверхности вводится зона "а", сопротивление которой зависит от степени увлажнения лессовых грунтов.

Перемещение опоры у дневной поверхности равно

1о - £ о + /о >

Р р

где у 0 - плоскопараллельные перемещения опоры под ¡г йствием силы Р ; У 0 перемещение опоры за счет ее поворота

вокруг центра тяжести реактивной эпюры от момента И . .

Перемещение на высоте над поверхностью грунта опре-

деляется по формуле

/ ) ^10 -1_+ . /( 3 )

Для отражения нелинейной деформируемости грунта во времени, использовано уравнение нелинейной ползучести для связных грунтов, полученное А.С.Бусловым.

. В результате для горизонтально нагруженной одиночной опоры (получено уравнение

Здесь У^ (i) - горизонтальные перемещения опоры контактной сети на высоте 'к от поверхности грунта; Су и С^ -упругая и пластическая отпорность грунта; ("t) ~ отношение от-порностей грунта в зоне 'а" и ниже этой зоны; - коэффициент вязкости грунта; ni - С# J С р См - отпорность основания при повороте; = L - CL j oí - '

^ = Риг

- определяется по формуле ( I ).

Как видно из формулы ( 4 ) в связи с разделением деформаций на упругие и пластичные, вводятся соответствующие параметра деформируемости грунта. Методы их определения освещены в диссертации.

Расчеты перемещений опор контактной сети под действием горизонтальной нагрузки по предлагаемым формулам ( 3 ) и ( 4 ) проведены при различных ее значениях и значениях других параметров по составленной нами программе для ЭВМ.

Для более точного учета изменения свойств грунта по глубине и переменности поперечного сечения опоры при расчетах применен метод конечных элементоз, представ...ш конструкцию опоры в виде одномерной линии. Получены матрицы жесткости для расчета опор с заделкой в Зинклеровское основание и с учетом нелинейной деформируемости во времени лессового основания, перемещения L -ых узлов оперы определены из суммы упругих перемещений и перемещений деформаций ползучести. На основе полученных уравнений разработана программа расчета для 3ВÍЛ опор свайного типа с учетом peo чгических свойств бетона и грунта.

Для каждых ¿ _ых узлов вычисляется перемещения и напряжения из уравнения Зннклера.

Как показывают расчеты и наблюдения в натуре при изменении влажности лессовых грунтов в основании одиночных опор контактной сети, их прогибы значительно превышают нормативный предел. Среднее значение отношения £ расч/ £ факт по всем Рассм0ТРеннь:м случаям составило X = 1,05 при 6" г 0,24 , что говорит о достаточной сходимости опытных данных и результатов расчета.

Проведены сопоставительные расчеты для экспериментальной опоры, испытанной на опытной площадке, которые показывают достаточную сходимость с результатами теоретических исследований по МКЭ. Полученные аналитические зависимости позволили провести вычислительные эксперименты, в результате "эторых установлено влияние изменения прочности верхней увлажняемой зоны на деформации горизонтально нагруженной опоры. Выявлено, что перемещения опори при снижении прочности верхнего слоя грунта резко увелш. -ваются.

Наиболее чувствительным к изменениям свойств грунта является слой толщиной (0,2+0,4) . Отсюда следует, что для снижения деформаций и увеличения устойчивости горизонтально нагруженных опор необходимо прежде всего упрочнить верхний сдой грунта. К такому же результату приводит и устройство лежней или же увеличение диаметра опоры в . ерхней зоне в слое (X = (0,1+0,2) .

Наиболее простим и эффективным средством увеличения несущей способности горизонтально натуженной отдельно стоящей опоры при одновременном снижении расхода материала является замена сплошного монолитного фундамента диаметром Т) по проектному реше-' ни\1 на кольцевой фундамент, устраиваемый на ограниченную глубину в верхней зоне }\4 = (0,1+0,2) диаметром > 2> . Анализ показывает, что при отделенном о^ноиении /2) , устанав-жмваезш расчсч ., с состветотв^-цш подборе глубины погружения опор-: ¿ч няаух&я способность кольцевого фундамента толщиной

i и опоры равна несущей способности сплошного 'фундамента, устраиваемого на полную глубину погружения опоры

L . В то же время об нем бетона на устройство кольцевого фундамента, кпк показывает расчет, в два раза меньше чем для сплошного.

Анализ показывает, что в ряде случаев недостаточно одного лишь укрепления верхнего слоя грунта, или устройства лежня для достижения необходимой несущей способности опоры. В то же время, наиболее характерным является одновременное незначительно», увеличение глубины погружения опоры и устройство лежня или кольцевого уаирения в верхней зоне. Так, например, устройство одного только уширения для опоры d = 50 см и глубиной погружения = 250см не позволяет достичь проектной несущей способности фундамента

2) = 100 см и L - 250 см. 3 то же время, увеличение глубины погружения до = 300 см позволяет уже пр'- диаметре упирения Л), = 120 см достичь проектной несущей способности при экономии бетона в два раза.

3 приложении диссертации рассматривается плоская задача исследования напряженно-дефор-ированнсго состояния системы "опора-фундамент-грунт" при сейсмических воздействиях. Задача решается з упругой постановке применен, ^м метода конечных элементов. Исследованы собственные и р"нужденныс колебания системы, проведен анализ результатов вычислений напряженно-деформированного состояния опоры, Фундамента и грунта при воздействии сейсмических нагрузок вида

Анализ результатов показывает, что напряжения достигают максимальных значений в нижних сечениях опоры контактной сети. Напряжения в грунте с удалением от фундамента в пределах 5 *• 9 м падают и имеют стабильный характер в связи с отсутствием отраженных волн от границ среды. Максимальные значения перемещения в верхней точке опоры при сейсмическом воздействии интенсивностью

- 22 -

девять баллов меньше на ТО %, чем нормативные расчетные данные.

• Основные выводи

1. Горизонтальные деформации опор контактной сети, возведен-нъ"' в лессовых грунтах без учета изменения температурно-влакност-ного режима застроенных территор; \ превышают в ряде случаев до-цустимые нормативные значения без потери общей устойчивости.

2. Ъ характеру работы опор контактной сети в лессовых грунтах их можно отнести к "пассу жестких, деформации их при горизонтальном нагружении происходят за счет уменьшения реакции отпора грунта при изменении его деформативных и пр ..чностних свойств в процессе повышения влажности в условиях городской застройки.

Лабораторными исследованиями деформируемости увлажняемых лессов'лс грунтов установлена нелинейная зависимость изменения модуля компрессионного сжатия во времени и зависимость его изменения от величины 'ступеней приложенной к образцу нагрузки.

3. Характер эпюр бокового давления грунта зависит от величины нагрузки на опору и меняется от прямолинейной до выпуклой в связи с образованием зон пластических деформаций у дневной поверхности. Для описания деформирования лессовых грунтов под нагрузкой во времени принятс дробно-лиж-.1ная зависимость, широко применяемая в реологии грунтов.

4. Для аналитического расчета устойчивости опор контактной сети цринята схема с упрощенной прямоугольной эпюрой контактных напряжений с введением у поверхности грунта зоны с переменной 'прочностью. Принято, что потеря устойчивости происходит в результате прорезания опорной полости в грунте.

На основании принятой расчетной схемы получена формула для расчета ^фвдвломой несущей способности горизс гально нагруженной опо^ь;, позво.-лцая учитывать йзгзнекил прочности увлажняемого

грунта у дневной поверхности.

о. Для аналитического расчета перемещений горизонтально нагруженных спор принимается предположение об абсолютной ее жесткости, а для описания поведения лессового грунта под нагрузкой используется уравнение нелинейной ползучести дробно-линейного вида. Б расчетную схему впервые вводится зона грунта с переменными свойствами.

¡¡а основании принятой расчетной схемы разработаны зази чмос-ти для раочата деформаций горизонтально нагруженных опор с учетом ползучести и переменности его свойств в верхней увлажняемой ¿оне.

6. Сравнение результатов расчетов по ЬлЗ с опытными данными показывает их вполне удовлетворительную сходимость. Расхождения значений перемещения инструментальных наблюдений и теоретических исследования не превышают 20-30 Ч.

7. ¡¡а несущую способность опор в значительной мере влияет состояние верхней, увлажняемой зоны грунта. В связи с этим в целях увеличения несущей способ, .юти грунтов рекомендуется устраивать . кольцевые уширеиия из бетона в зерхней зоне на глубину (0,2 Л ), где I* - глубина погружения опоры. Применение их взамен моно-литныл фундаментов, устраиваемых на всю ллубину погружения опоры, дает при соответствующем заглублении снижение расхода бетона до двух раз при равной с ними несущей способности.

8. Разработана методика динамического расчета на сейсмостойкость састеш "опора-фундамент-грунт* о учете их деформационных свойств на основе метода конечного элемента. Исследованы напряжен-но-де^ор\:/рованкые состояния опоры контактной сети, фундамента и грунтового основания при различных интенсивностях сейсмических воздействий. Установлено, что при 9-балльной интенсивности сейсмического воздействия максимальное значение перемещения опоры контактной сети меньше на 10 %, чем по сравнению с нормативными рас'-"--

ными данными. . •

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Длительная прочность опор свайного типа, прорезывающих ползучи* основания. "Пути повышения эффективности строительного производства". Тезисы областной научно-технической конференции. Самарканд, IS82.

2. Деформации опор контактной сети в лессовых просадочных грун""\х. "Совершенствование строительства в условиях Узбекистана" Тезисы докладов областного семинара-совещания. Самарканд, 1987.

3. К расчету жестки:: опор на горизонтальную нагрузку методе..: конечного элемента. "Вопросы организации строительства в условиях Средней Азии". Тезисы докладов областного семинара-совещания. Самарканд, 1985 (Соавтор Буслов A.C.).

4. Универсальная программа расчета свайных кустов мето, ж конечных элементов. Там же. (Соавторы Буслов A.C., Рахманов Д.А.)

5. Расчет, двухрядных свайных железобетонных подпорных стен

с учетом кустового эффект. "Расчет и проектирование, строительных конструкций с применением ЕС ЭВМ". Сборник научных трудов ТашПИ. Ташкент, 1987. (Соавторы Буслов A.C., Рахманов Д.А.).

6. К расчету свай на горизонтальную нагрузку методом конечных элем'чтов. "Рабом железобетонных конструкций при малоцикловых нагружениях". Сборник научных трудов ТашПИ. Ташкент, 1989. (Соавторы Буслов A.C., Рахманов Д.А.).

7. К расчету спор контактной сети в лессовых грунтах в условиях городской застройки. "Механизированная безотходная технология возведения свайных фуьдаментов из свай заводской готовности". Материалы третьего всесоюзного совещания-семинара. ДальКШС, Владивосток, 1991 (Соавтор Буслов A.C.).