РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА НА ПЕСЧАНОМ ОСНОВАНИИ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
В данной статье приведены результаты экспериментальных исследований работы моделей ленточного фундамента с краевой зоной ломанного очертания на песчаном основании. Произведено сравнение графиков осадка-напряжение для различных моделей фундаментов. Получена величина несущей способности, предельной осадки и предельных нормальных напряжениях под подошвой фундамента.

Ключевые слова:
ленточные фундаменты, ломанное очертание краевой зоны, испытания фундаментов, осадка фундаментов, угловые вырезы, модель фундамента, несущая способность основания
Текст

На сегодняшний день, вопросы, касающиеся разработки новых конструкций ленточных фундаментов, а также усовершенствование методик их расчета, являются остроактуальными. Сорочан Е.А в своих работах отмечал “совершенствование фундаментов мелкого заложения может проводиться не только путем использования новых методов расчета, но и путем применения новых конструкторских решений.” Одним из направлений совершенствования конструктивных решений является изменение характера передачи нагрузки на грунты основания, что может быть осуществлено в фундаментах с промежуточной подготовкой переменной жесткости в плане [1, 2], с выпуклой подошвой [3], с угловыми вырезами плитах [4] и в прерывистых фундаментах [5], и др.

Опыты с устройством промежуточной подготовки переменной жесткости под ленточным фундаментом [1] и фундаментом под отдельную колонну [2] были проведены в НИИОСП им. Н.М. Герсеванова в лотке размерами в плане 4,0х14,0 м высотой 6,0 м. Модели устанавливались на песчаное основание плотностью 16,8 Н/м3. Осадка фундаментов с подготовкой меньше осадки фундамента на естественном основании на 15-40% в зависимости от величины нагрузки на фундамент (рис. 2 [1]). Измерение напряжений в песчаном основании показало снижение влияния подготовки на нормальные напряжения при увеличении глубины и при глубине 1,5 b практически прекращаются. На основании проведенных опытов разработаны рекомендации по расчету осадки и определению изгибающего момента в расчетном сечении.

Опыты с фундаментами с выпуклой поверхностью опирания [3] проводились при моделировании плоской задачи на основании из мелких песков средней крупности и на тугопластичных суглинках в лотке размерами 1,2х0,42 м в плане и глубиной 1,0 м. Осадка моделей с ростом нагрузки изменялась нелинейно, причем в начале нагружения приращения осадки на каждой ступени больше чем после увеличения площади контакта до наибольшей величины. Полная осадка фундаментов с плоской подошвой на 15-20% меньше, а напряжения под подошвой наоборот меньше на 35-40%. Авторами анализировалось влияние подъема консолей н несущую способность грунта, что в условия моделирования плоской задачи, по-нашему мнению, некорректно.

В лотке размерами в плане 6,0х5,0 м и высотой 5,5 м заполненном песком средней крупности плотностью 16,7 Н/м3 испытывались гибкие модели с угловыми вырезами в плитах и жесткими сплошными штампами прямоугольной формы [4]. Характер распределения контактных напряжений под жесткими штампами аналогичен полученному нами ранее для столбчатых фундаментов [6] и соответствует параболообразной эпюре с концентрацией напряжений по оси фундамента. Способность гибкого железобетонного фундамента с вырезами воспринимать повышенную нагрузку объяснена авторами перераспределением контактных напряжений, но не оценена количественно. Устройство угловых вырезов в плитах приводит концентрации контактных напряжений в центральной части подошвы фундамента и появлению локальных пластических зон. В результате происходит снижение изгибающего момента в расчетном сечении, позволяющее экономить материалы. Использование железобетонных моделей не позволило авторам, вследствие образования трещин и пластической работы арматуры, выделить особенности работы песчаного основания.

Опыты проведенные с ленточными фундаментами с различной величиной раздвижки плит подробно описаны в [4] и, по нашему мнению, корректно описывают возникающий между плитами арочный эффект.

В течении ряда лет в ЮРГПУ (НПИ) ведутся исследования работы песчаного основания под жесткими штампами [7], в том числе различных ленточных фундаментов: сплошных [8, 9], из балочных элементов с геометрически изменяемой формой подошвы [10 - 13], с ломанным очертанием краевой зоны [14 – 19], с поворотом блок-подушек [20, 21] и др. Экспериментальные исследования позволили выявить резервы увеличения несущей способности основания и защитить патентами на полезные модели ряд новых конструктивных решений использующих распределительную способность грунта и арочный эффект [22, 23, 24]. Совместный анализ результатов выявил зависимость несущей способности основания от периметра краевой зоны фундамента [25]. В результате многолетних исследований разработаны новые конструкции ленточных фундаментов [26-30].

Опираясь на вышесказанное авторы статьи изучили экспериментально, ранее не исследованную, конструкцию ленточного фундамента с ломанным очертанием краевой зоны опорных блоков-подушек.

Наши экспериментальные исследования работы фундаментов на песчаном основании были проведены в лаборатории оснований и фундаментов кафедры «ПГСГиФ» ЮРГПУ (НПИ) на испытательной машине МФ-1 конструкции Ю.Н. Мурзенко, которая является центральным звеном автоматизированной системы научных исследований оснований и фундаментов на моделях. Лоток машины МФ-1 размерами в плане 3,0х3,0 м и на глубину 2,2 м заполнен крупнозернистым песком плотностью 17,1 Н/м3. Песок укладывался с послойным трамбованием и контролем плотности иглой плотномером. Нагрузка на модели прикладывалась тремя вертикальными гидравлическими домкратами, позволяющими получить суммарное усилие 1500 кН. Установкой грузов на маятнике выбирался диапазон нагружения каждого домкрата от 0 до 100 кН, при этом единица шкалы силоизмерителя составляла 100 кг. На диаграммном аппарате машины МФ-1 вычерчивался график изменения осадки во всем интервале нагружения. Ручной пульт управления позволял выбирать скорость нагружения модели, а использование микрометрического винта позволяло с высокой точность выдерживать постоянную нагрузку на каждой ступени нагружения для стабилизации осадок основания.

В процессе исследования авторами статьи были произведены две серии испытаний. При выполнении опыта в качестве модели ленточного фундамента были применены пять плит с размерами в плане 420x400мм, выполненных из многослойной фанеры толщиной 18 мм, имитирующие блок-подушки с шириной 2,0 м в масштабе 1:5 (серия опытов №1). В общей сложности протяженность модели составила 2,2 м. Чтобы имитировать краевую зону имеющую ломанное очертание в блок-подушках производились вырезы следующих размеров b x l= 60 x 120мм. (серия опытов №2). Подготовка опытов производилась по одной методике [5] при которой выдержка нагрузки на каждой ступени составляла 15 минут, а сама нагрузка при этом, прикладывалась ступенями по 10 кН. Инструментом измерения осадки выступал прогибомер Аистова 6ПАО, который в свою очередь был закреплен на жесткой траверсе. Нагружение производилось до тех пор, пока не будет достигнута предельная нагрузка, в нашем случае сопровождающаяся потерей устойчивости основания.

Площадь модели первой серии опытов составляла 0,96 м2 и 0,672м2 для второй серии. В результате исследования были получены следующий результаты: предельная нагрузка на сплошную модель ленточного фундамента составила 160 кН при этом осадка достигла 20,2 мм; для модели с вырезами предельная нагрузка дошла до отметки 115 кН при этом осадка составила 17,1 мм.

На начальном этапе нагружения (до давления σ = 250 кПа) графики осадок близки к линейному (рис. 1). Нелинейная стадия графиков осадок начинается при σ> 250 кПа , причем нелинейность возрастает при росте нагрузки вплоть до потери устойчивости основания.

                        

 

Рис. 1. График зависимости осадки моделей фундамента от нагрузки

1-осредненный график первой серии; 2-осредненный график второй серии

 

При достижении предельной нагрузки произошла потеря устойчивости основания, которая сопровождалась выпором грунта. В первой серии выпор произошел в форме двух волн, со следующими геометрическими характеристика: x=700 мм., Y=240 мм., Z=480 мм (Рис. 2). В серии опытов №2 выпор произошел на следующем расстоянии от края модели Z=360 мм., Y=220 мм.

Рис. 2. Формы выпора при разрушении песчаного основания для первой и второй серии опытов

 

Выводы

В результате экспериментов работоспособность и эффективность конструкции с краевой зоной, имеющей ломаное очертание подтверждено. Получены экспериментальные данные о предельной нагрузке на фундаменты, определены осадка и предельное напряжение основания.

Задача дальнейших исследований провести опыты с измерением нормальных напряжений в массиве основания с использованием месдоз конструкции Г.Е. Лакзебника и для сравнения провести опыты с равновеликими по площади фундаментами.

 

Список литературы

1. Сорочан Е.А., Быцутенко О.В.. Лиховцев В.М. Фундаменты на промежуточной подготовке переменной жесткости // Основания, фундаменты и механика грунтов.- 1991. № 1.- С. 7-8.

2. Сорочан Е.А., Абуханов А.З. Экспериментальные исследования напряженного состояния фундамента с промежуточной подготовкой на песчаном основании // Исследование и расчет оснований и фундаментов при действии статических и динамических нагрузок : Межвуз. сб. / НПИ, Новочеркасск, 1988.- с. 79-85.

3. Грицук М.С., Игнатюк В.Ю. Напряженно-деформированное состояние фундаментных блоков с криволинейной поверхностью опирания // Изв. вузов. Строительство и архитектура.- 1978. № 10.- С. 31-33.

4. Фидаров М.И. проектирование и возведение прерывистых фундаментов.- М.: Стройиздат, 1986.- 157 с.

5. Ермашов В.П. Влияние формы фундамента на распределение нормальных контактных напряжений // Основания, фундаменты и механика грунтов.- 1985. № 2.- С. 16-17.

6. Мурзенко Ю.Н. Евтушенко С.И. Экспериментальные исследования работы краевой зоны сборных фундаментов под отдельную колонну и сетку колонн на песчаном основании.- Ростов н/Д : Изд-во «Изв. Вузов. Сев.-Кавк. Регион».- 2008.- 248 с.

7. Мурзенко Ю.Н., Евтушенко С.И., Мурзенко А.Ю., Крахмальный Т.А. Исследование работы основания в краевой зоне под фундаментами протяженных сооружений// Городские агломерации на оползневых территориях: Матер. III Междунар. научн. конф., 14-16 декабря 2005 г., Волгоград/ ВолгГАСУ.- Волгоград, 2005.- Ч. 1.- С. 148-150.

8. Дыба В.П. Оценка несущей способности железобетонных фундаментов : монография // Юж.-Рос. гос. техн. ун-т.- Новочеркасск: ЮРГТУ, 2008.- 200 с.

9. Дыба В.П., Скибин Г.М. Верхние оценки несущей способности оснований ленточных фундаментов. // Основания, фундаменты и механика грунтов.- 1997. № 6.- С. 2-6.

10. Моделирование работы ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы на песчаном основании. / Ю.Н. Мурзенко, С.И. Евтушенко, Г.М. Скибин, Д.Н. Архипов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2004. - Спецвыпуск. Математическое моделирование и компьютерные технологии. - С. 105-108.

11. Евтушенко С.И., Скибин Г.М., Архипов Д.Н. Исследование особенностей формирования уплотненной зоны грунта под моделью ленточного фундамента с геометрически изменяемой формой подошвы // Строительство и архитектура. - 2014. - Т. 2. - № 1(2). - С. 9-12. DOI: 10.127437/3382

12. Евтушенко С.И., Архипов Д.Н. Исследование распределения вертикальных напряжений и деформаций в основании сборного ленточного фундамента из балочных элементов // Строительство и архитектура. - 2014. - Т. 2. - № 1(2). - С. 17-20. DOI: 10.127437/3384

13. Евтушенко С.И., Архипов Д.Н. Исследование распределения нормальных напряжений в массиве основания сборного ленточного фундамента из балочных элементов // Строительство и архитектура. - 2014. - Т. 2. - № 1(2). - С. 13-16. DOI: 10.127437/3383

14. Евтушенко С.И., Крахмальный Т.А. Модель ленточного фундамента с ломаным очертанием опорной плиты // Актуальные проблемы строительства : матер. 53-й науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ), г. Новочеркасск, апр. 2004 г. - Новочеркасск : ЮРГТУ, 2004.- с. 57-59.

15. Евтушенко С.И., Крахмальный Т.А. Разработка новых конструкций протяженных фундаментов, эффективно использующих несущую способность основания // Вестник Волгоградского гос. архитектурно-строит. ун-та. Сер. Стр-во и архитектура. 2008. Вып. 10. С. 122-127.

16. Евтушенко С.И., Крахмальный Т.А. Конструирование опорных плит ленточных фундаментов с ломаным очертанием краевой зоны // Вестник МГСУ. - 2011. - № 5. - С. 172-177.

17. Евтушенко С.И., Крахмальный Т.А. Инновационные конструкции сборных ленточных фундаментов // Научно-техническая конференция и выставка инновационных проектов, выполненных вузами и научными организациями ЮФО в рамках участия в реализации федеральных целевых программ и внепрограммных мероприятий, заказчиком которых является Минобрнауки России : сб. материалов конф., г. Новочеркасск, 14-16 дек. 2014 г. / Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т им. М.И. Платова. - Новочеркасск : Лик, 2014. - С. 283-285.

18. Евтушенко С.И., Крахмальный Т.А. Исследование работы ленточных фундаментов со сложной конфигурацией подошвы // Основания, фундаменты и механика грунтов.- 2017. № 3.- С. 14-17.

19. Evtushenko, S.I., Krakhmal’nyi, T.A., Krakhmal’nay, M.P. New designs of the combined tape bases providing fuller use of the bearing ability of the basis // Challenges and Innovations in Geotechnics : proceedings of the 8th Asian Young Geotechnical Engineering Conference, Astana, Kazakhstan, 5-7 August 2016 / Editor Askar Zhussupbekov; Kazakhstan Geotechnical Society. - London, UK : Taylor and Francis Group, 2016. - P. 147-150. DOI:https://doi.org/10.1201/b-9781315374949-29.

20. Евтушенко С.И., Крахмальный Т.А. Экспериментальные исследования работы новых конструкций ленточных фундаментов с ломаным очертанием краевой зоны на песчаном основании : монография // Новочеркасск: ЛИК, 2011. - 158 с.

21. Евтушенко С.И., Крахмальный Т.А. Ресурсосберегающие конструкции сборных ленточных фундаментов // Строительство и архитектура. - 2015. - Т. 3, Вып. 1 (6). - С. 21-26. DOI: 10.127437/10936

22. Скибин Г.М., Евтушенко С.И. Экспериментальные исследования работы краевой зоны протяженных в плане фундаментов на песчаном основании.- Ростов н/Д : Изд-во «Изв. Вузов. Сев.-Кавк. Регион».- 2008.- 192 с.

23. Евтушенко С.И., Пихур В.Н. Экспериментальное изучение работы песчаного основания двух штампов при их раздвижке // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура.- 2017. - Т. 8, № 2 С. 109-118. DOI:https://doi.org/10.15593/2224-9826/2017.2.11.

24. Богомолов А.Н., Евтушенко С.И., Пихур В.Н. Изучение предельной несущей способ-ности двух близкорасположенных столбчатых фундаментов // Вестник Волгогр. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. - 2011. - Вып. 24 (43). - С. 29-32.

25. Евтушенко С.И., Крахмальный Т.А. Актуальные проблемы увеличения несущей способности сборных ленточных фундаментов // Строительство и архитектура. - 2013. - Т. 1. - № 1(1). - С. 32-37. DOI: 10.127437/338

26. Пат. 50552 Российская Федерация: МПК7 Е 02 D 27/01. Ленточный фундамент / Ю.Н. Мурзенко, С.И. Евтушенко, Е.Ю. Анищенко, Т.А. Крахмальный, Д.Н. Архипов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). № 2005119951; заявл. 27.06.2005; опубл. 20.01.2006, Бюл. № 02. 3 с.

27. Пат. 55386 Российская Федерация: МПК7 E 02 D 27/01. Ленточный фундамент / Т.А. Крахмальный, Ю.Н. Мурзенко, С.И. Евтушенко, А.Ю. Мурзенко; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). № 2005138664/22; заявл. 12.12.2005; опубл. 10.08.2006, Бюл. № 22. 3 с.

28. Пат. 32139 Российская Федерация: МПК 7 Е 02 D 27/01. Ленточный фундамент / Ю.Н. Мурзенко, С.И. Евтушенко, Г.М. Скибин, Е.Ю. Анищенко, Д.Н. Архипов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). № 2003107220/20; заявл. 20.03.2003; опубл. 10.09.2003; Бюл. № 25.

29. Пат. 40333 Российская Федерация: МПК7 E 02 D 27/01. Ленточный фундамент / Ю.Н. Мурзенко, С.И. Евтушенко, Г.М. Скибин, А.С. Евтушенко, Е.Ю. Анищенко, Д.Н. Архипов, В.А. Бутырский; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). № 2003132337/20; заявл. 06.11.2003.; опубл. 10.09.2004, Бюл. № 25.

30. Пат. 32138, МПК U1 7 E 02 D 27/01. Ленточный фундамент. / Мурзенко Ю.Н., Евтушенко С.И., Скибин Г.М., Архипов Д.Н., Анищенко Е.Ю.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ). №2003107220; Заявл. 03.04.2003; Опубл. 10.09.2003, Бюл. №25.


Войти или Создать
* Забыли пароль?