Исследование работы свай на горизонтальные и моментные нагрузки и совершенствование методов расчета оснований свайных фундаментов

• Автор: Полянкин, Александр Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.23.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1 Обзор и анализ методов исследований и расчета свайных фундамен-

тов на горизонтальные нагрузки

1.1 Значение несущей способности свай для проектирования и строи-

тельства зданий и сооружений

1.2 Основная классификация аналитических методов расчета свай на го-

ризонтальные нагрузки

1.2.1 Методы рассматривающие сваю, как абсолютно жесткий стер- 15 жень

1.2.2 Методы, учитывающие гибкость и деформируемость сваи

1.3 Обзор исследований свайных фундаментов с позиции их рациональ-
ного проектирования
1.4 Обзор численных исследований работы свайных фундаментов
Выводы по разделу 1
2 Расчет несущей способности сваи на горизонтальную и моментную
нагрузки
2.1 Общие положения предлагаемого метода расчета
2.2 Формулы для определения несущей способности свай на горизон-
тальную и на моментную нагрузку
2.3 Методика определения несущей способности свай на горизонтальную
и моментную нагрузку (в относительных переменных)
2.4 Основные результаты расчета несущей способности по предлагаемой
методике с анализом особенностей работы свай
2.5 Расчет несущей способности свай в водонасыщенных грунтах
Выводы по разделу 2
3 Экспериментальные исследования несущей способности свай на воз-
действие горизонтальных нагрузок
3.1 Методика и результаты лотковых экспериментальных исследований 5

3.2 Методика и результаты натурных испытаний несущей способности
одиночной сваи
Выводы по разделу 3
4 Численные исследования взаимодействия свай с грунтовым массивом
при нагружении горизонтальными силами
4.1 Численное моделирование лотковых испытаний сваи
4.2 Численное моделирование натурных испытаний сваи
4.3 Оценка влияния формы поперечного сечения сваи на несущую спо- 79 собность
Выводы по разделу 4
5 Рациональное проектирование свайных фундаментов
5.1 Схема метода перемещений
5.2 Каноническая система уравнений метода перемещений при достиже-
нии усилиями в некоторых сваях значений их несущей способности
5.3 Примеры расчета свайного фундамента по предлагаемой методике
5.3.1 Расчет свайного фундамента с симметричной расчетной схемой
5.3.2 Расчет свайного фундамента с несимметричной расчетной схе- 101 мой
5.4 Применение методики рационального проектирования свайных фун-
даментов к расчету подпорных (ограждающих) сооружений
Выводы по разделу 5
Заключение
Список литературы
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Важнейшей задачей проектирования зданий и сооружений является максимальная экономия вложенных средств при сохранении эксплуатационных свойств сооружения. При этом следует стремиться к минимизации экономических затрат как непосредственно на строительство (оптимизация конструкций, удешевление и ускорение производства работ), так и на сам процесс проектирования, включая расчеты и инженерные изыскания.
Последние десятилетия ознаменовались интенсивным внедрением свайных технологий при проектировании и строительстве фундаментов, особенно в сложных инженерно-геологических условиях. При оценке надежности свайного фундамента одним из центральных традиционно является вопрос о несущей способности сваи по грунту. И в классических, и в численных, и в нормативных методах определения этого параметра наибольшее внимание уделяется несущей способности сваи на вдавливание и выдергивание. Для этого случая разработаны и апробированы расчетные и полевые методы определения. Указания для оценки несущей способности свай на горизонтальную нагрузку ограничены применением только полевых методов, а способы определения несущей способности свай на моментную нагрузку, например, в нормативных документах вообще не нашли отражения.
С другой стороны, величины действующих на свайный фундамент горизонтальных сил и моментов - а, следовательно, и их предельные значения — играют большую роль при расчете усилий в сваях, в частности, по обобщенной методике. Согласно этой методике если хотя бы в одной свае какое-либо усилие превысит величину несущей способности, то весь фундамент считается вышедшим в предельное состояние. Понятно, что подобный подход приводит к значительным запасам прочности основания.
В этой ситуации возникает вопрос о возможности учета перераспределения усилий между сваями таким образом, чтобы не одна, а несколько свай ра-

Прочность грунта оценим разностью пассивного и активного давлений, как это рекомендовано нормами (см. выше):

-(yztgcp + c),

аи ~lzf +cfi = F ■>
г _ 4sin
J1 — о
COS ф

Теперь перейдем к определению несущей способности сваи от горизонтальной и моментной нагрузки. В первом частном случае (действие только горизонтальной силы Но, М0 = 0) несущая способность Нт определится формулой:

Нт =min

4[Z.gty + C

Щ &НнА в +
а ' а *Ш)
Во втором частном случае (действие только момента М0, Н0 = 0) несущая
способность Мт будет равна:
Мт — min-

5яя р , С
}1МЛ В +-^
а * aZEI
Далее, несущая способность Нт, Mo = const Ф 0, дается формулой:

= тпн

а ZEI

&ННА

В+ з
а ‘ a^EI.
И, наконец, несущая способность Мт, Но = const Ф 0 определяется выра-
жением: