Рассмотрено моделирование элементов системы "основание - фундамент - верхнее строение" и получение оптимальной конструкции фундамента (плитно-свайный фундамент под центральным ядром жесткости и отдельно стоящие фундаменты на сваях под колонны) в реальном проектировании.

Описано методику експериментального дослідження величин і характеру розподілу тертя по боковій поверхні паль і наведено результати їх випробувань в натурі.

Вдосконалено методики визначення несучої здатності забивних призматичних паль тертя за показниками міцності грунтів навколопальової зони на основі теорії їх межового стану та вимог норм проектування основ фундаментів за I групою межових станів. За результатами проведених комплексних експериментів доведено її більш високу точність у порівнянні з нормативним методом, за яким опір грунту під вістрям і за бічною поверхнею встановлюють залежно від глибини занурення палі, показника плинності глинистого грунту чи зернового складу піску. Для врахування реалізації сил тертя за бічною поверхнею палі відповідно до її повної зрушувальної деформації, що значно менша від осідання, характерного для вичерпання несучої здатності за вістрям, показники міцності грунту навколо стовбура та під вістрям палі визначаються роздільно шляхом обробки даних випробувань на одноплощинне зрушення попередньо ущільнених водонасичених зразків відповідно способу повної логарифмічної перебудови та за стандартною методикою. Вдосконалено методику визначення осідань за межею лінійного деформування грунту для палі постійного поперечного перерізу на підставі врахування осідань її основи у проміжку тисків, які дорівнюють розрахунковому та межовому опору грунту та параметрів ущільненої зони під вістрям, що дозволило наблизити розрахунковий графік "навантаження - осідання" до графіка її статичних випробувань у порівнянні з лінійною методикою. Розроблено рекомендації з визначення несучої здатності призматичних висячих залізобетонних паль за показниками міцності піщаних і глинистих грунтів.

Удосконалено системний підхід щодо числового розв'язку нелінійної тривимірної задачі геомеханіки. Розроблено нову математичну модель, що відображає реальні дилатансійні явища навколопальової грунтової основи та надає можливість одержувати достовірні проектні прогнози поведінки пальових фундаментів на всіх стадіях навантаження. Запропоновано обчислювальні алгоритми й обгрунтовано способи реалізації прямого методу граничних елементів для розв'язання лінійної та нелінійної задач механіки грунтів.

Наведено нову реалізовану модифікацію моделі нелінійного деформування професора І.П.Бойка з дилатансійною умовою В.М.Ніколаєвського, що дозволяє врахувати залежність критерію міцності грунту від виду напруженого стану, структурну міцність та ефект розвантаження, які є важливими під час розв'язання задач прибудови. На базі моментної схеми методу скінченних елементів для ефективного розв'язання задач, з використанням тензорних рядів розроблено нові скінченні елементи, які забезпечуть підвищену збіжність результатів розрахунків. Здійснено порівняльні числові експерименти взаємодії інженерних конструкцій з основою та досліджено вплив структурної міцності на формування меж стисненої зони, особливості взаємодії пальових фундаментів і захисних конструкцій з грунтовим середовищем, а також влаштування котлованів прибудови. На підставі аналізу дво- та тривимірних розрахунків взаємодії елементів системи існуючий будинок - основа - фундамент - надземні конструкції з урахуванням влаштування котловану та поступового зведення прибудови показано необхідність здійснення нелінійних тривимірних розрахунків задач прибудови. Запропоновано методику проведення інтегрування розрахункових задач.

  Скачати повний текст

Запропоновано методику планування експериментальних досліджень пальових фундаментів. Розроблено нові раціональні конструктивні схеми фундаментів з групи паль різної довжини. Установлено характер розподілу зусиль між палями групи та їх вплив на несучу здатність пальового фундаменту. Одержано економічний ефект стосовно витрат матеріалу та енергетичних ресурсів за умов влаштування пальових фундаментів даних типів. Розроблено методи розрахунку деформаційних характеристик напружено-деформованого стану грунту в навколо пальовому просторі.

Удосконалено технологію виготовлення мікропаль за допомогою пневмопробійника з розширенням у нижній частині із втрамбованого жорсткого матеріалу. Експериментально досліджено процеси формування розширення, зони ущільненого грунту, залежність несучої здатності мікропаль від об'єму розширення. Напружено-деформований стан системи "мікропаля-основа" оцінено з використанням рішення пружно-пластичної задачі за допомогою методу скінченних елементів. Характеристики грунту встановлено у кожному скінченному елементі на основі стандартних лабораторних методів його досліджень. Розроблено динамічний метод контролю виготовлення та визначення несучої здатності мікропаль, а також методику підрахунку енергоресурсів на їх виготовлення.

Досліджено напружено-деформований стан фундаментів на палях разом з будівлею з урахуванням впливу просадних грунтів великої товщі. Обстежено значну кількість будівель з фундаментами на палях, встановлено причини їх виникнення. На підставі аналізу напружено-деформованого стану системи будівля - палі - просадний грунт вивчено вплив на палі локальної обводненої зони просадного грунту. Розрахунок виконано з використанням методу скінченних елементів у плоскій та просторовій постановці. Розроблено методику комплексного дослідження деформованих будівель за умов просадних грунтів, що дозволяє визначити причини деформування та здійснити вибір способів підсилення будівлі.

Вперше розроблено конструкцію та досліджено за натурних умов комбіновану залізобетонну буронабивну палю в оболонці з грунтоцементу. Експериментально та теоретично доведено, що наявність оболонки не лише надійно захищає стінки свердловини від руйнування, але й суттєво збільшує опір палі на вертикальне та горизонтальне навантаження. Розроблено нову модель системи комбінована паля - навколишній грунт, досліджено методом скінченних елементів напружено-деформований стан системи й одержано кількісні дані про несучу здатність буронабивних паль з урахуванням грунтоцементної оболонки. Одержано нові експериментальні дані характеристик грунтоцементу та визначено залежності міцності грунтоцементу від літології грунтів, вмісту цементу, вмісту домішок, терміну й умов тужавіння. Розроблено методику розрахунку буронабивних паль з урахуванням грунтоцементної оболонки.

Розв'язано задачу шляхом апроксимації графіка залежності осідання голови палі за вертикального навантаження та пошуку параметрів кривої. На основі розв'язку задачі про переміщення стрижня в пружному напівпросторі з використанням розв'язку Р. Міндліна одержано пружну частину осідання палі. Експериментально доведено, що можна знаходити власні осідання навантаженої палі, а також визначати осідання інших конструкцій, що знаходяться на поверхні або в масиві грунту. Здійснено перевірку достовірності даної методики розрахунку осідань одиночних паль і пальових фундаментів у порівнянні з результатами натурних випробувань одиночних паль, одно- та дворядних стрічкових пальових фундаментів. Показано, що даний метод має достатню для практичних завдань збіжність.

Удосконалено метод проектування буроін'єкційних паль шляхом врахування ефекту ущільнення грунту основи, що виникає в процесі їх виготовлення. Проведено оцінювання характеристики грунтів основи, а також зміни геометричних параметрів буроін'єкційних паль у процесі їх виготовлення. Проаналізовано результати дослідження за допомогою кореляційного багатофакторного аналізу. Експериментально досліджено залежність між тиском ін'єктування та відносною величиною деформації грунту - коефіцієнтом збільшення об'єму палі внаслідок ін'єктування бетону. Проведено моделювання напружено-деформованого стану системи буроін'єкційна паля - основа за допомогою програмного комплексу "PRIZ-Pile". Проведено порівняння значень несучої здатності палі, які встановлені за даними математичного моделювання та статичних випробувань грунтів цими палями. Складено й апробовано у реальному будівництві "Технічні умови до проектування фундаментів будівель і споруд на буроін'єкційних палях".

Досліджено проблеми вивчення параметрів, які визначають несучу здатність буронабивних паль у вапняку-черепашнику. Встановлено механічні властивості вапняку-черепашнику одеського регіону, а також особливості спільної роботи буронабивних паль у даних породах за дії вертикальних вдавлювальних і висмикувальних навантажень. Визначено показники межового опору на одновісний стиск і структурної міцності вапняку-черепашнику. Розкрито характер реалізації опору зсуву уздовж стовбура буронабивних паль до та після подолання межового опору. Одержано показники анізотропних властивостей вапняку-черепашнику, а також ступінь розм'якливості за водонасичення. Запропоновано рекомендації щодо визначення несучої здатності буронабивних паль на вдавлювальні та висмикувальні навантаження з використанням регіональних значень механічних характеристик вапняку-черепашнику.

Висвітлено історичні аспекти застосування вертикально та горизонтально навантажених забивних паль різних конструкцій. Розглянуто питання спільної роботи з грунтом основи пірамідальних паль за дії вертикального та горизонтального навантажень. Доведено позитивний вплив способу прикладання навантаження на несучу здатність палі. Запропоновано методику розрахунку пальового фундаменту на сумісну дію вертикального та горизонтального навантажень.

Проведено оцінку НДС основ стрічкових пальових і підсилених палями фундаментів мілкого закладання. Шляхом фізичного та числового моделювання встановлено основні закономірності залежності частки навантаження, що сприймає ростверк таких фундаментів, від геометричних параметрів фундаменту та технології влаштування паль. Шляхом кореляційного аналізу одержаних даних запропоновано залежності, які дозволяють врахувати основні геометричні параметри та фізико-механічні характеристики основи для оцінювання навантаження, що сприймає ростверк.

Вперше встановлено, що влаштування фундаментів з короткими периферійними палями призводить до зменшення максимальних зусиль у фундаментних конструкціях на відміну від варіанту з палями однакової довжини або з короткими в центральній зоні. Розроблено методику чисельного моделювання НДС основ і фундаментів висотних будинків, яка дозволяє раціонально розташувати та призначати необхідну довжину паль в характерних зонах з урахуванням центрів ваги надземних і фундаментних конструкцій та їх жорсткості. Виявлено вплив жорсткості надземних конструкцій і крайових умов на перерозподіл зусиль у фундаментних конструкціях, що забезпечує розробку та вибір раціональних розрахункових схем під час проектування висотних будинків. Набув подальшого розвитку принцип поділу фундаментів висотних будинків на пальову основу та пальовий фундамент, які визначаються габаритами паль і ростверку, що зумовлює характер деформацій основи.

Вперше за умов лабораторних випробовувань і натурних спостережень встановлено вплив армування сталевою арматурою на міцність грунтоцементної палі за матеріалом. Доведено, що міцність палі за матеріалом суттєво посилюється зі збільшенням процента армування. Вдосконалено методику складання розрахункової схеми для моделювання напружено-деформованого стану армованої грунтоцементної палі методом скінченних елементів. Вперше обгрунтовано методику одержання діаграми стану грунтоцементу, за якою визначено характеристики міцності та деформативності матеріалу палі.

Виявлено новий ефект впливу послідовності будівництва секцій на перерозподіл зусиль у групі паль в зоні стику секцій висотного будинку, що полягає у розвантаженні паль секції, що побудована раніше, та збільшенні навантаження на палі секції, побудованої наступною. Вперше показано особливість розподілу зусиль у палях фундаментів секційних висотних будинків, що полягає в зменшенні зусиль у периферійних палях та збільшенні зусиль на палі в центральній зоні за врахування взаємного впливу фундаментів сусідніх секцій. Досліджено поведінку несучих конструкцій висотного багатосекційного будинку у зоні деформаційного шва та показано, що його наявність призводить до зменшення навантажень на палі та колони малоповерхової частини та збільшення навантажень на них у висотній секції. Набула подальшого розвитку методика числового моделювання взаємодії пальових фундаментів з об'ємною багатошаровою грунтовою основою з урахуванням нелінійного деформування, яка розповсюджена на задачі встановлення взаємного впливу пальових фундаментів багатосекційних будинків, що дозволяє одержати кількісну оцінку взаємовпливу сусідніх фундаментів за умов щільної забудови.

Наведено коротку характеристику числових методів розрахунків, які використовуються під час розв'язання технічних задач. Розглянуто використання числових методів для розрахунків фундаментів із пірамідальних паль, на роботу яких впливає велика кількість факторів. Зроблено порівняння власних досліджень з даними інших авторів.

Досліджено вплив горизонтальних переміщень, що виникають під дією вертикального та горизонтального навантаження на палі, та доцільність врахування в числовому розрахунку за МГЕ радіальних напружень на величину несучої спроможності палі.