Моделирование работы и компьютерная оптимизация фундаментов в вытрамбованных котловинах

• Автор: Моргунов, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 195 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Диссертационная работа посвящена изучению и компьютерному моделированию работы оснований фундаментов в вытрамбованных котлованах, разработке методов многокритериальной оптимизации их параметров с использованием САПР.
Экспериментальные исследования удлиненных фундаментов в вытрамбованных котлованах без уширенного основания и с уширенным основанием выполнены в натурных условиях. Описаны две конструкции тензометрических приборов для измерения напряжений в грунте, одна из которых защищена патентом, а другая авторским свидетельством.
Проведен анализ теоретических исследований по определению несущей способности оснований фундаментов в вытрамбованных котлованах. Разработан инженерный метод расчета таких фундаментов, разработана и реализована методика компьютерного моделирования НДС основания с построением полей распределения главных напряжений, деформаций, плотностей в массиве грунта.
Разработана программная оболочка для реализации системы автоматизированного проектирования при многокритериальной оптимизации различных типов фундаментов в виде программного комплекса «Автоматизированное проектирование оптимальных фундаментов на естественном основании» и программный модуль для многокритериальной оптимизации фундаментов в вытрамбованных котлованах.
В диссертационной работе описана разработанная конструкция составной сваи уплотнения, защищенная авторским свидетельством, которая позволяет гибко менять ее несущую способность в соответствии с инженерногеологическими условиями.
Работа может представить интерес для проектных, научно-исследовательских организаций, а также для высших учебных заведений.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, МЕТОДОВ РАСЧЕТА, МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ФУНДАМЕНТОВ В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
1.1. Конструктивные решения фундаментов, образуемых методом вытеснения грунта с уплотнением
1.2. Обзор аналитических, инженерных и численных методов расчета, моделирования и оптимизации фундаментов в вытрамбованных котлованах
1.3. Анализ лабораторных и натурных экспериментальных исследований работы ФВК и грунтового основания
1.4. Цель и задачи диссертационной работы
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ФУНДАМЕНТОВ В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ
2.1. Инженерно-геологические условия площадки строительства
2.2. Методика выполнения натурных опытов
2.3. Результаты исследований несущей способности фундаментов
2.4. Сравнение расчетных и экспериментальных данных по несущей способности
2.5. Разработка конструкций месдоз для измерения напряжений в грунте при вытрамбовывании котлованов и других динамических нагрузках
2.6. Выводы по второй главе
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТА В ВЫТРАМБОВАННОМ КОТЛОВАНЕ
3.1. Анализ процессов, протекающих при вытрамбовывании котлованов, и теоретические предпосылки расчета НДС основания фундаментов, образуемых методом вытеснения грунта с уплотнением
3.2. Разработка математической модели расширяющейся цилиндрической полости в грунте под действием внутреннего давления
3.2.1. Решение упругопластической задачи в напряжениях
3.2.2. Решение упругопластической задачи в деформациях
4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НДС ОСНОВАНИЯ ФВК
КОНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ И РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНОГО МЕТОДА НАХОЖДЕНИЯ ВЕРХНЕЙ ОЦЕНКИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
4.1. Принципы подхода к теоретическому решению задачи о нахождении верхней оценки несущей способности системы “грунтовое основание -фундамент в вытрамбованном котловане”
4.2. Инженерный метод нахождения верхней оценки несущей способности, поля плотностей и пластических деформаций в основании вытрамбованного котлована
4.3. Компьютерное моделирование и анализ напряженно-деформированного состояния основания конического ФВК
4.4. Выводы по третьей и четвертой главам
5. ОПТИМИЗАЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ ПРИ ВАРИАНТНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ НА ПЕРСОНАЛЬНОМ КОМПЬЮТЕРЕ И РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ СОСТАВНОЙ СВАИ
5.1. Анализ компьютерных технологий многовариантного проектирования фундаментов и оснований

связывается с мерой вероятности того, что несущая способность конструкции превышает усилия, создаваемые воздействием нагрузки и выявляется на основе систематических исследований неопределенностей всех переменных величин. При оптимальном проектировании при этом конструкция описывается такими соотношениями, чтобы общие затраты, которые включают расходы, связанные с ликвидацией последствий выхода конструкции из строя, сводились к минимуму или чтобы вероятность выхода из строя была минимальной.
Наибольший интерес при оптимизации фундаментных конструкций представляет многокритериальная оптимизация, так как при их проектировании приходится оптимизировать несколько целевых функций, которые противоречат друг другу, и улучшение одного критерия приводит к ухудшению другого и наоборот.
Постановка задачи многокритериальной оптимизации в общем виде может быть представлена следующим образом [110]:
найти х<= X, которая минимизирует /(х) при 1,2...т, (1.16)
где 1(х)-вектор целевой функции, заданный в виде
1(х) = [Л(х),/2(х).../а(х)] а ее компоненты £ являются критериями качества проекта. Под допустимым множеством X, которому принадлежит вектор переменных проектирования х, понимается множество в конечномерном эвклидовом пространстве, определяемое системой ограничений вида
X = {хх е ят(х) < 0Мх) = 0}
При многокритериальной оптимизации нельзя говорить о точке оптимального решения, можно говорить лишь об удовлетворительном решении, называемом оптимумом по Парето [103], которое не обязательно содержит только оптимальные точки. Таким образом, имеется новая концепция оптимальности, которая отличается от используемой при скалярной оптимизации. Эта концепция вводится в виде решения многокритериальной задачи оптимизации: