Напружено-деформований стан системи «пiрамідальна паля – основа» пiд дiєю вертикального та горизонтального навантаження

Розрахункові дослідження роботи пірамідальних паль під дією вертикального навантаження були виконані для тензометричної та п'яти паль різних типорозмірів (0. 8-0. 8-1. 6, 0. 8-0. 8-2. 35, 0. 7-0. 7-2. 0, 0. 6-0. 6-2. 7), розташованих на трьох дослідних майданчиках, основа яких складалася дрібними пісками, супісками, суглинками. За граничний опір палі приймалося навантаження, яке відповідало осіданню , де  =0. 2 – перехідний коефіцієнт,   – допустиме осідання (визначається згідно СНиП 2. 02. 01-83  «Основания и фундаменты». Порівняння отриманих результатів розрахунку залежностей осідання палі від навантаження з даними статичних випробувань (рис. 5а) показують хороше співпадання (розходження не перевищує 7, 3%).

Розрахункові дослідження паль на дію горизонтального навантаження були виконані для тензометричної та двох пірамідальних паль (0. 7-0. 7-2. 0), розташованих на трьох дослідних майданчиках, складених дрібними пісками, супісками та суглинками.

За критичний опір палі приймалося навантаження, яке відповідало горизонтальному переміщенню палі  , де  =0. 2 – перехідний коефіцієнт,   – допустиме переміщення палі (визначалось згідно «Инструкции по расчету, проектированию и устройству оснований и фундаментов сельскохозяйственных зданий с трехшарнирными рамами: ВСН 01-76»). Порівняння результатів визначення критичного опору палі за розрахунком та за даними експерименту (рис. 5б) дають розходження між ними 2, 7 – 25, 6%.

Для поглибленого аналізу НДС системи «пірамідальна паля – основа» зроблено порівняння контактних напруг, отриманих за розрахунком та експериментальним шляхом, яке дозволило встановити, що епюри розрахункових та експериментальних напруг у випадку вертикального навантаження на палю мають аналогічний характер, який залишається незмінним на всіх стадіях НДС. Нормальні до бічної поверхні палі зусилля складають – 27-31%, а дотичні – 69-73% відповідного навантаження. Це доводить, що при дії на палю вертикального навантаження на її несучу здатність, в значній мірі, впливають дотичні напруги.

Епюри нормальних та дотичних напруг, побудовані за результатами розрахунку палі на дію горизонтального навантаження, та за даними експерименту схожі. Характер розподілу напруг, визначених за розрахунком, при всіх стадіях НДС залишається незмінним, але точка повороту осі палі при різних значеннях навантаження переміщується у межах 0, 2-0, 3 м. Нормальні до бічної поверхні палі зусилля складають – 90 – 97% відповідної горизонтальної сили, а дотичні – 3 – 10 %, що узгоджується з результатами експериментальних досліджень. Таким чином, при дії горизонтального навантаження на палю на її несучу здатність суттєво впливають нормальні напруги.

У ході розрахункових досліджень вивчено вплив на несучу здатність палі зміни її геометричних параметрів, глибини занурення, фізико-механічних характеристик грунту навколопальового простору. Встановлено, що при збільшенні глибини занурення палі у грунт, критичний опір її навантаженню зростає. Несуча здатність палі також прямо пропорційна куту її конічності. Зміна фізико-механічних властивостей грунту навколопальового простору на 25% призводить до збільшення несучої здатності на 10 – 30%.

У четвертому розділі приведена методика порівняння варіантів фундаментів, яка передбачає вибір найкращого варіанту шляхом комплексного аналізу його технологічних, конструктивних та економічних параметрів, дозволяє узгоджувати критерії економічності та надійності. При цьому кожний з варіантів фундаментів представляється у вигляді математичної моделі:

 , (4)

де   – корисність варіанту, яка оцінюється під час порівняння;   – технологічні параметри варіанту;   – конструктивні параметри;   – економічні параметри.

Параметри  ,  ,   є випадковими величинами, тому і   – випадкова величина. Таким чином, виникає невизначеність системи показників, яка складається з кількох варіантів, з котрих один є найкращим, оскільки невідомо який саме це варіант. Для визначення ступеню невизначенності системи застосовується поняття ентропії, яка розраховується за формулою:

 , (5)

де   – кількість варіантів;  

  – нормоване значення j-го показника по i-му варіанту.

Найкращим вважається варіант з найбільшим показником корисності, який визначається по формулі:

 , (6)

де   – безрозмірне значення j-го показника по i-му варіанту.

  – кількість показників.

Запропонована методика визначення оптимального варіанту фундаментів була апробована для фундаментів під тришарнірну раму з прогином 21 м та кроком 6 м. При порівнянні розглядалися такі варіанти: окремий фундамент, фундамент на призматичних палях, фундамент на коротких пірамідальних палях, пірамідально-призматичний фундамент, фундамент на пірамідальних палях. Розрахунки виконані для інженерно-геологічних умов дослідної площадки.

При порівнянні використовувались такі показники: відносний опір вертикальному навантаженню; відносний опір горизонтальному навантаженню; об'єм бетону; витрати арматури; маса фундаменту; енергомісткість; трудомісткість; тривалість зведення фундаменту; собівартість будівельно-монтажних робіт, капітальні вкладення у виробничі основні фонди та оборотні кошти, приведені витрати.

Порівняння варіантів для фундаментів під тришарнірну раму показало, що найкращим є фундамент з коротких пірамідальних паль. Це відповідає результатам аналогічного порівняння за критерієм приведених витрат. Аналіз результатів показав, що ефективність запропонованої методики у порівнянні з методикою оцінки за критерієм приведених витрат збільшується, якщо розглядаються варіанти з близькими приведеними витратами, тому що у цьому випадку вирішальними факторами є технологічні та конструктивні параметри фундаменту.

 

 

Проведені дослідження дозволяють зробити такі висновки:

1. Експериментальні дослідження роботи тензометричної палі під дією горизонтального навантаження