Методическое пособие 813

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

УДК 624.1: 624.9: 627.4: 627.5

ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ С ВНУТРЕННИМ НАПОЛНИТЕЛЕМ В ПРАКТИКЕ ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Т. И. Чернова, Н. Я. Цимбельман

Дальневосточный федеральный университет, инженерная школа

Россия, г. Владивосток, тел.: (423)265-24-24 (доб. 4091), e-mail: ch_t_i@mail.ru

Т. И. Чернова, аспирант кафедры гидротехники, теории зданий и сооружений Н. Я. Цимбельман, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой гидротехники, теории зданий и сооружений

Постановка задачи. В статье рассматриваются стальные цилиндрические оболочки большого диаметра с внутренним грунтовым наполнителем. Основным затруднением в использовании этих конструкций является трудоёмкость расчётного моделирования.

Результаты. Выполнена классификация оболочечных конструкций. Выделены факторы для принятия проектных решений. Классифицированы теории расчёта оболочечных конструкций по признаку преобладающих внутренних усилий. Оценена необходимость учёта наполнителя в расчёте в зависимости от размеров конструкции; предложена зависимость, на основании которой на стадии проработки проектных вариантов может быть выбрана теория расчёта цилиндрической оболочки с внутренним наполнителем.

Выводы. Предложена классификация стальных оболочек в зависимости от технологии возведения: оболочки сведены в две группы, цельные стальные и оболочки из шпунта (cofferdam). Определены проектные условия целесообразности проектирования оболочек. Предложено решение предварительного выбора теории расчёта оболочки в зависимости от соотношения её основных размеров. Определены диапазоны отношения радиуса оболочки к толщине её стенки, при котором трудоёмкие теории расчёта на стадии выбора проектных вариантов могут быть с допустимой погрешностью заменены упрощёнными методиками, рассматривающими оболочку как защемлённую балку кольцевого сечения.

Ключевые слова: цилиндрическая оболочка, грунт, внутренний наполнитель, основание, напряженнодеформированное состояние, теории расчёта.

Введение. В современном строительстве (гидротехническом, промышленном, гражданском и транспортном) возникает необходимость модернизации существующих портов и строительства новых оградительных сооружений в связи со значительным ростом объёмов производства, расширением поставок угля, газа и др. Также существует задача увеличения сухопутной зоны путём создания искусственных островов для строительства новых промышленных комплексов (примером решения такой задачи является создание искусственного острова для строительства международного аэропорта в Гонконге). Поставленные задачи могут быть решены с использованием различных модификаций оболочек с внутренним наполнителем — массивных несущих конструкций, в которых наполнитель (грунт, бетон или иной сыпучий либо связный материал) занимает значительный объём всего сооружения, а удерживающая наполнитель оболочка выполнена из прочного материала (железобетона, стального шпунта или стального листа, полимерных материалов).

© Чернова Т. И., Цимбельман Н. Я., 2016

11

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Инженерные задачи, для решения которых могут быть применены оболочечные конструкции с наполнителем:

обеспечение прохода судна вблизи береговой кромки, безопасного подхода судна к берегу, погрузо-разгрузочных работ в портах путём возведения причальных, оградительных

иберегоукрепительных сооружений (рис. 1а);

обеспечение устойчивости транспортных водопропускных сооружений, переездов, устоев мостов, подземных сооружений;

вертикальная планировка местности в промышленном, гражданском и транспортном строительстве: устройство подпорных стен из крупных и мелкоштучных заполненных грунтом оболочечных элементов (рис. 1б);

создание элементов в составе несущих каркасов зданий и сооружений (рис. 1в), в конструкциях мостовых ферм и других стержневых сооружений из трубчатых элементов, заполненных бетоном («трубобетоном»), песком («трубопеском») и другими материалами;

обеспечение прочности и устойчивости оснований сооружений путём устройства оболочек в грунте.

в)

Рис. 1. Примеры применения оболочечных сооружений: а) проект причала

для Marina Pez Vela, Quepos, Costa Rica: D = 18 м,

H = 15 м (источник: http://palplanches. arcelormittal.com/projects/display/title/Quepos);

б) пример конструкции подпорной стены

(источник: http://www.rcp.com.gh);

в) элемент конструкции каркаса, выполненный из гнутых (трубчатых) стержней в аэропорту г. Чикаго (США) (фотография авторов)

1. Преимущества оболочечных конструкций с наполнителем. Совместная работа оболочки и удерживаемого ею наполнителя обеспечивает конструкции ряд преимуществ.

Во-первых, совместная работа оболочки и наполнителя позволяет распределить внешние нагрузки таким образом, чтобы использовать рациональную работу обоих элементов конструкции. При этом в теле оболочки возникают относительно равномерно распределённые по толщине (мембранные) напряжения, в результате чего достаточная для их восприятия толщина стенки оболочки существенно уменьшается.

12

Во-вторых, при рациональном конструировании совместная работа тонкостенных оболочек с наполнителем обеспечивает снижение расхода конструктивных материалов.

В-третьих, для большой группы сооружений возникает возможность и целесообразность продолжать безопасно эксплуатировать объект, материалы которого перешли предел упругой области деформаций, а элементы конструкции получили значительные перемещения.

2. Область применения. В строительстве наиболее широкое применение нашли два типа оболочечных сооружений гравитационного типа с наполнителем: 1) цельные стальные цилиндрические оболочки, заполненные крупнообломочным грунтом; 2) оболочки из шпунта, образующие замкнутый контур, внутреннее пространство которого также заполняется грунтом крупной фракции.

Первый из указанных типов конструкций широко применяется в Японии, России и странах Европейского союза.

Цельные стальные цилиндрические оболочки (оболочки большого диаметра (ОБД)), состоят из двух основных элементов — оболочки, заполненной грунтом, и надстройки. В качестве материала оболочки могут быть использованы сталь, железобетон и некоторые виды полимерных материалов. Соотношение основных габаритов конструкции: высота к диаметру (H/D) оболочки находится в пределах 1,2—1,5. Оболочки рекомендуется применять на скальных, крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтах оснований [19]. Устанавливают оболочки либо на заранее подготовленную каменную постель, либо крайне редко непосредственно на грунт с заглублением подошвы на 1,5—2,5 м ниже проектной отметки дна путем монтажа в заранее подготовленные прорези или погружением с помощью подмыва или огрузки (условия погружения зависят от характеристик грунта основания). Заглубление исключает возможность выпирания грунта, находящегося внутри оболочки, и его подмыва. В качестве материала заполнителя оболочки используют песок, щебень или скальный грунт. Заполнение оболочки осуществляется одновременно с заполнением пазух набережных с послойным уплотнением глубинными вибраторами. Слабые грунты внутри оболочек целесообразно заменять на более прочные либо укреплять их специальными способами [19].

Конструкцию верхнего строения оболочки выполняют как из монолитного железобетона, так и из сборных железобетонных элементов [19], которые должны перекрывать пустоты между смежными оболочками со стороны акватории.

Примером такого типа сооружений может служить конструкция причала на Дальнем Востоке России (Приморский край, б. Козьмино) (рис. 2). Для причала в б. Козьмино было изготовлено 37 оболочек диаметром 8 м и высотой 8 м, толщина стального листа — 0,016 м, вес каждой оболочки — 28 т.

Цилиндрические оболочки из шпунта (cofferdam) широко применяются строительными компаниями США и стран Юго-Восточной Азии. В зависимости от условий планировки и требований к проектированию оболочки из шпунта разделяют на три основные группы:

оболочки-диафрагмы (рис. 3) устраиваются путём соединения отдельных прямолинейных сегментов или цилиндрических арок. Образующиеся криволинейные элементы имеют одинаковый радиус по всей длине проектируемого сооружения. Как правило, угол Q ме-

жду криволинейным сегментом, образующим оболочку, и поперечной диафрагмой составляет 1200. Выемка и заполнение оболочек по всей длине причала осуществляется послойно каждые 1,5 м по высоте во избежание деформации шпунта. Устанавливаемая оболочка находится в тесной зависимости с уже погружённой, т. к. отклонение от проектной отметки одной оболочки может повести за собой отклонение всего ряда. Такой тип оболочек используется для сооружений небольших габаритов с соотношением высоты к ширине меньше либо равным единице (Н/D ≤ 1);

цилиндрические оболочки (рис. 4) (цилиндрические или полукруглые оболочки,

соединённые между собой криволинейными элементами). Изготавливаются путём соединения отдельных криволинейных сегментов между собой под углом Q = 30 ÷ 450. Процесс

13

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

заполнения оболочки не зависит от процесса заполнения рядом стоящих оболочек. Такой тип конструкции используется для сооружений с соотношением высоты к диаметру, рав-

ным Н/D = 1÷1,5;

в)

Рис. 2. Процесс строительства причала из ОБД в б. Козьмино:

а, б) процесс изготовления стальной оболочки; в) установка оболочек в проектное положение

(источник: http://kaskad.vtvn.ru/news/964)

оболочки из шпунта, имеющие в плане форму листа клевера (рис. 5), представляют собой четыре криволинейных сегмента, скреплённых между собой и укреплённых поперечной диафрагмой. Стоящие в ряду оболочки соединяются посредством арок. Различие уровней междусмежными секциями оболочек во время заполнения грунтом не превышает 1,5м. Этот тип оболочек очень сложен в исполнении и используется для сооружений большой ширины.

14

Рис. 5. Схема оградительного сооружения из оболочек из шпунта,

имеющих в плане форму листа клевера

Цилиндрические оболочки являются наиболее распространённым типом конструкции шпунтовых оболочек в связи с относительной простотой изготовления, что позволяет значительно сократить сроки производства работ, долговечностью и экономичностью.

Процесс установки оболочки осуществляется в несколько этапов: установка рамы каркаса (рис. 6) («скелет» будущей оболочки) до проектной отметки; далее посредством установки шпунта до необходимой глубины создается цилиндрическая форма оболочки (способ погружения шпунта зависит от характеристик грунта основания [20]), каждому шпунту присваивается порядковый номер, в соответствии с которым производится установка в оболочку; выемка слабого грунта; заполнение оболочки грунтом с хорошими физикомеханическими характеристиками (песок, щебень, крупнообломочный грунт) с послойным уплотнением глубинными вибраторами каждые 1,5 м.

Рис. 6. Схема установки цилиндрической оболочки из шпунта

Примером такого типа сооружения может служить проект берегоукрепительной стенки в США (штат Кентукки) (рис. 7). Работа над проектом включала устройство цилиндрических оболочек из шпунта диаметром 30 м и трёх соединительных арок.

Факторы, на основании которых на ранней стадии проектирования предпочтение отдаётся цельным оболочкам либо оболочкам из шпунта, могут быть объединены в три основные группы:

опыт работы фирмы, наличие необходимого оборудования;

финансовое обоснование, связанное с удалённостью объекта и наличием необходимой инфраструктуры;

оптимальное соответствие проекта условиям строительства и эксплуатации. Для инженеров наиболее интересна третья группа факторов, отражающих особенности работы сооружения как строительной конструкции и позволяющих подобрать оптимальное решение в зависимости от условий строительной площадки и параметров эксплуатации будущего объекта. Эти факторы определяют ту «нишу» условий, для которых один из вариантов конструкции будет более предпочтителен, чем другой.

15

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

Рис. 7. Процесс устройства берегоукрепительной стенки в Paducah, Кентуки: а, б) создание конструкции оболочки и заполнение грунтом

(источники: http://www.cjmahan.com/static/upstream.php,

http://www. lrn.usace.army.mil/Missions/CurrentProjects/Construction/KentuckyLockAdditionProject.aspx)

Целесообразность выбора типа конструкции проектируемого сооружения зависит от следующих факторов:

характеристик грунта основания. Цилиндрические оболочки из шпунта целесообразно применять при сложных инженерно-геологических условиях береговой зоны, когда верхние слои грунта слабые и существует необходимость передачи нагрузки на расположенные глубоко от поверхности более прочные несущие слои. Оболочки большого диаметра, как правило, устанавливаются на специально подготовленное прочное основание («постель»), устройство которого не всегда возможно ввиду сложности подводных работ [19];

доступности материалов и оборудования. Доступность материалов и оборудования часто является определяющим фактором при выборе типа конструкции. Металлическая оболочка из цельного листа или её составные части — уникальный тип конструкции, который изготавливается на заводе в соответствии с проектом и доставляется на строительную площадку с помощью крупногабаритного сухопутного или водного транспорта. Отдалённость или отсутствие поблизости оборудованной сборочной площадки увеличивает стоимость производства работ и сроки возведения. Цилиндрические оболочки из шпунта в этом случае являются оптимальным решением: составляющий элемент конструкции — стальной шпунт — подбирается по каталогам завода по результатам расчёта и доставляется на строительную площадку в более короткие сроки, т. к. процесс транспортировки упрощается;

размеров проектируемого сооружения. Цельные оболочки изготавливаются в большинстве случаев в форме цилиндра: они устанавливаются в ряд, вплотную, либо на небольшом расстоянии друг от друга, которое перекрывается фрагментом оболочки того же или меньшего радиуса (см. рис. 2). В остальном набор форм цельных оболочек весьма ограничен. Напротив, цилиндрические оболочки из шпунта могут быть скомпонованы в различном порядке в зависимости от требуемой конфигурации будущего оградительного сооружения (см. рис. 3—5, 7). Технология строительства таких оболочек позволяет возводить оболочки значительного диаметра (до 30 м [20]);

условий строительства. Оградительные сооружения из ОБД рационально применять при строительстве «в воду», в условиях, когда затруднено возведение оболочек из шпунта из-за невозможности погружения шпунтовых свай [4];

наличия сейсмической нагрузки. В случае наличия сейсмической нагрузки цельные оболочки следует опирать на плотные подстилающие слои грунта, что не всегда возможно в

16

связи со значительной глубиной погружения конструкции. Оболочки из шпунта в этом случае могут служить оптимальным решением.

3.Основные расчётные модели. Основы теории оболочек заложены в 40-х годах XX века [3, 12, 14, 18] и далее развиты применительно к различным областям деятельности [5, 9—11, 13]. Разработан ряд трудоёмких аналитических решений расчёта замкнутых цилиндрических оболочек (пустотелых и с наполнителем), в основном для условия защемления оболочки в основании одним из торцов [7, 18].

Исследования по теории оболочек с внутренним упругим массивом (наполнителем) значительно развиты в области расчёта и проектирования твёрдотопливных двигателей [6, 8].

Расчётные модели цельных оболочек с наполнителем и оболочек из шпунта строятся на основе одних и тех же базовых положений теории оболочек. Как правило, для описания на- пряженно-деформированного состояния наполнителя используется модель упругого тела, трактующая наполнитель как однородную среду, для которой соблюдается линейная зависимость между напряжениями и деформациями.

В зависимости от габаритов оболочки и особенностей загружения могут быть использованы различные расчётные модели, основанные на трёх основных возможных видах на- пряжённо-деформированного состояния конструкции:

безмоментном — в безмоментной теории оболочек принимаются во внимание растягивающие и сжимающие напряжения в тонких (δ/R < 1/20, δ — толщина стенки, R — радиус оболочки) оболочках вращения [2, 4];

полубезмоментном — полубезмоментная теория применима при возникновении в конструкции растяжения совместно с изгибом в тонкостенных (δ/R<1/20) и среднестенных (δ/R ≈ 1/20) цилиндрических оболочках [3];

моментном — моментной теорией пользуются для определения напряжений и деформаций в тонких (δ/R < 1/20) оболочках в случае жёстких закреплений краёв, в условиях, благоприятствующих возникновению изгиба [15].

Работа оболочки большого диаметра с внутренним наполнителем наиболее полно описывается применением полубезмоментной теории, для которой разработаны приближённые численные методы решения, являющиеся весьма трудоёмкими [1, 3, 9, 13, 14]. Однако не во всех случаях применение трудоёмкой полубезмоментной теории является оправданным. Так, увеличение толщины стенки оболочки приводит к тому, что грунт наполнения перестаёт оказывать влияние на прочность оболочки, а обеспечивает устойчивость, увеличивая собственный вес конструкции. В результате при определённой толщине оболочка может быть рассчитана по более простой схеме защемлённой пустотелой балки кольцевого сечения.

Далее предлагается решение предварительного упрощённого выбора теории расчёта оболочки в зависимости от заданных габаритов сооружения (соотношения R/δ, где δ — толщина оболочки, R — радиус оболочки) и наличия внутреннего наполнителя.

4. Область применения теорий расчёта. В разделе приводится анализ целесообразности применения на этапе предварительного расчёта достаточно трудоёмкой полубезмоментной теории расчёта и упрощённой моментной для замкнутых цилиндрических оболочек с внутренним наполнителем в зависимости от их размеров. Для этого проведены сравнительные расчёты по двум теориям — моментной (расчёт как для пустотелой балки, жёстко закреплённой на основании) и полубезмоментной (использован метод конечных элементов для оболочки, жёстко закреплённой на основании, при этом учтено влияние внутренней засыпки— грунта).

Для анализа результатов выбраны максимальные напряжения, возникающие в наиболее нагруженных зонах конструкции: нормальные напряжения в сжатой приопорной зоне конструкции, которые являются определяющими при подборе толщины оболочки.

В результате для исследуемых соотношений размеров определено отношение нормальных напряжений в сжатой зоне конструкции, вычисленных по полубезмоментной теории, к напря-

17

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

жениям по упрощённой консольной схеме: = σоб /σб (σоб — напряжения оболочки (полубезмоментная теория), σб — напряжения для защемлённой балки (упрощённая расчётная схема)).

В результате определён диапазон размеров оболочек, для которого в условиях предварительных вычислений допустимо применение упрощённой теории расчёта (рис. 10).

Рис. 10. Соотношение напряжений в оболочке, вычисленных по двум различным расчётным схемам в зависимости от размеров оболочки

Получены интервалы применимости теорий расчёта:

при соотношении R/δ є (1;10) оболочечную конструкцию можно считать по упрощённой балочной теории (расчёт как пустотелой балки кольцевого сечения), при этом следует принимать во внимание существование значительного запаса несущей способности

(Δ ≈ 0,4÷0,6);

при R/δ є (10;40) напряженно-деформированное состояние оболочечных конструкций можно определять по балочной теории, при этом для R/δ ≈ 40 напряжения, определённые по балочной теории, близки к значениям напряжений, полученным в результате расчёта по полубезмоментной теории;

при R/δ > 40 расчёт по балочной теории не может быть применён; для указанного интервала даже для предварительных вычислений следует применять полубезмоментную теорию расчёта.

Выводы. В результате проведенного этапа работы получены следующие результаты: 1. Составлена классификация стальных оболочек в зависимости от технологии возведе-

ния. Оболочки сведены в две основные группы — цельные стальные и оболочки из шпунта

(cofferdam).

2. Определены проектные условия, для которых на начальных стадиях проектирования предпочтение может быть отдано цельным оболочкам большого диаметра либо оболочкам из шпунта.

3. Предложены критерии предварительного выбора теории расчёта оболочки в зависимости от соотношения её основных размеров. На основе сравнительных расчётов вычислен диапазон отношения радиуса оболочки к толщине, для которого предпочтительна расчётная схема защемлённой балки кольцевого сечения, либо модель, учитывающая полубезмоментное напряжённо-деформированное состояние конструкции.

Анализ исследований оболочечных конструкций показывает необходимость формирования общей методики расчёта, которая создала бы условия для широкого применения сооружений из оболочек с упругим наполнителем для устройства защитных сооружений (в гидротехническом строительстве), а также при решении задач вертикальной планировки ме-

18

стности (в промышленном, гражданском и транспортном строительстве). Теория расчёта должна основываться на анализе совместной работы оболочки с внутренним наполнителем, учитывать краевые эффекты и обеспечивать сохранение эксплуатационных качеств оболочечных конструкций при действии статических и динамических нагрузок.

Библиографический список

1.Axelrad, Е. L. Shell Theory and Its Specialized Branches / E. L. Axelrad // International Journal of Solids and Structures. — 2000. — № 10. — Р. 1425—1451.

2.Бидерман, В. Л. Механика тонкостенных конструкций / В. Л. Бидерман. — М.: Машиностроение, 1977. — 488 с.

3.Власов, В. З. Избранные труды: в 3 т. Т. I / В. З. Власов. — М.: Изд-во АН СССР, 1962. — 528 с.

4.Гуревич, В. Б. Речные портовые гидротехнические сооружения / В. Б. Гуревич. — М.: Транспорт, 1969. — 416 с.

5.Емельянов, И. Г. Решение контактных задач для цилиндрических оболочечных конструкций с учетом тангенциальных усилий / И. Г. Емельянов, В. Ю. Кузнецов // Проблемы машиностроения и надежности машин. — 2000. — № 1. — С. 59—64.

6.Иванов, П. Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений / П. Л. Иванов. — М.: Высш. шк., 1985. — 352 с.

7.Иванов, В. А. Приближенный расчет цилиндрических оболочек с заполнителем / В. А. Иванов, Ф. Х. Сафиуллин // Нелинейная теория оболочек и пластин: тезисы докладов. — Казань, 1980. — С. 13—14.

9.Cummings, E. M. Cellular Cofferdams and Docks / E. M. Cumming // ASCE Proc. Paper. — 1957. —

№1366. — № WW3. — P. 62.

10.Крысько, В. А. Статика и динамика замкнутых цилиндрических оболочек при неравномерном поперечном нагружении / В. А. Крысько, Н. Е. Савельева, К. Ф. Шагивалеев // Известия вузов. Машиностроение. — 2005. — № 1. — С. 3—14.

11.Нерубайло, Б. В. Цилиндрическая оболочка, нагруженная радиальными силами по круговым областям /

Б. В. Нерубайло, В. П. Ольшанский, Ю. И.Селеменева // Инженерно-физический журнал. — 1997. — №5. — С. 814—819.

12.Тимошенко,С.П.Пластинкииоболочки/С.П.Тимошенко,С.Войновский-Кригер.—М.,1966.—632с.

13.Ovesen, N. L. Cellular Cofferdams, Calculation Methods and Model Tests / N. L. Ovesen // Danish Geotechnical Institute. — 1962. — № 14. — P. 1—64.

14.Пикуль, В. В. Современное состояние теории оболочек и перспективы ее развития / В. В. Пикуль // Механика твердого тела. — 2000. — № 2. — С. 153—168.

15.Цурпал, И. А. Сопротивление материалов. Лабораторные работы / И. А. Цурпал. — К.: Высш. шк, 1988. — 245 с.

16.Цимбельман, Н. Я. Исследования напряжённо-деформированного состояния оболочечных конструкций с наполнителем / Н. Я Цимбельман, Т. И. Чернова, А. Т. Беккер, В. И. Селиверстов // Вестник Иркутск. гос. техн. ун-та. — 2013. — № 8. — С. 64—70.

17.Чернова, Т. И. Модельные исследования напряженно-деформированного состояния оболочек большого диаметра с наполнителем / Т. И. Чернова, Н. Я. Цимбельман // Вестник Москов. гос. строит. ун-та. — 2012. — № 12. — С. 71—78.

18.Шагивалеев, К. Ф. Расчет пространственной системы из двух оболочек, соединенных промежуточными связями / К. Ф. Шагивалеев // Вестник Саратов. гос. техн. ун-та. — 2006. — № 2. — С. 19—26.

19.Р 31.3.02-98. Рекомендации по проектированию морских портовых гидротехнических сооружений в сейсмических районах при наличии в основании слабых грунтов (пособие к Инструкции по проектированию морских причальных и берегоукрепительных сооружений РД 31.31.55-93). — Введ. 1998-10-04. — Владивосток: Изд-во АООТ «ДНИИМФ», 1998. — 27 с.

References

1.Axelrad, E. L. Shell Theory and Its Specialized Branches / E. L. Axelrad // International Journal of Solids and Structures. — 2000. — № 10. — R. 1425—1451.

2.Biderman, V. L.Mexanikatonkostennyx konstrukcij/V.L. Biderman.—M.: Mashinostroenie, 1977.— 488s.

3.Vlasov, V. Z. Izbrannye trudy: v 3 t. T. I / V. Z. Vlasov. — M.: Izd-vo AN SSSR, 1962. — 528 s.

4.Gurevich,V.B.Rechnyeportovyegidrotexnicheskiesooruzheniya /V. B.Gurevich.—M.:Transport,1969.—416s.

5.Emel'yanov, I. G. Reshenie kontaktnyx zadach dlya cilindricheskix obolochechnyx konstrukcij s uchetom tangencial'nyx usilij / I. G. Emel'yanov, V. Yu. Kuznecov // Problemy mashinostroeniya i nadezhnosti mashin. — 2000. —

№1. — S. 59—64.

19

Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура

6.Ivanov, P. L. Gruntyi osnovaniya gidrotexnicheskix sooruzhenij/P. L. Ivanov. — M.: Vyssh. shk.,1985.— 352s.

7.Ivanov, V. A. Priblizhennyj raschet cilindricheskix obolochek s zapolnitelem / V. A. Ivanov, F. X. Safiullin // Nelinejnaya teoriya obolochek i plastin: tezisy dokladov. — Kazan', 1980. — S. 13—14.

8. Il'gamov, M. A. Prochnost', ustojchivost' i dinamika obolochek s uprugim zapolnitelem / M. A. Il'gamov,

V.A. Ivanov, B. V. Gulin. — M.: Nauka, 1977. — 332 s.

9.Cummings, E. M. Cellular Cofferdams and Docks / E. M. Cumming // ASCE Proc. Paper. — 1957. —

№1366. — № WW3. — P. 62.

10.Krys'ko, V. A. Statika i dinamika zamknutyx cilindricheskix obolochek pri neravnomernom poperechnom nagruzhenii / V. A. Krys'ko, N. E. Savel'eva, K. F. Shagivaleev // Izvestiya vuzov. Mashinostroenie. — 2005. — № 1. — S. 3—14.

11.Nerubajlo, B.V. Cilindricheskaya obolochka, nagruzhennaya radial'nymi silami po krugovym oblastyam / B. V. Nerubajlo, V. P. Ol'shanskij, Yu.I. Selemeneva // Inzhenerno-fizicheskijzhurnal.— 1997. —№ 5. —S. 814—819.

12.Timoshenko, S. P. Plastinki i obolochki / S. P. Timoshenko, S. Vojnovskij-Kriger. — M., 1966. — 632 s.

13.Ovesen, N. L. Cellular Cofferdams, Calculation Methods and Model Tests / N. L. Ovesen // Danish Geotechnical Institute. — 1962. — № 14. — P. 1—64.

14.Pikul', V. V. Sovremennoe sostoyanie teorii obolochek i perspektivy ee razvitiya / V. V. Pikul' // Mexanika tverdogo tela. — 2000. — № 2. — S. 153—168.

15.Curpal, I. A. Soprotivlenie materialov. Laboratornye raboty / I. A. Curpal. — K.: Vyssh. shk, 1988. — 245 s.

16.Cimbel'man, N. Ya. Issledovaniya napryazhyonno-deformirovannogo sostoyaniya obolochechnyx konstrukcij s napolnitelem / N. Ya Cimbel'man, T. I. Chernova, A. T. Bekker, V. I. Seliverstov // Vestnik Irkutsk. gos. texn. un-ta. — 2013. — № 8. — S. 64—70.

17.Chernova, T.I.Model'nye issledovaniya napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya obolochek bol'shogo diametra snapolnitelem/T.I.Chernova,N.Ya.Cimbel'man //VestnikMoskov. gos.stroit.un-ta.—2012.—№12.—S.71—78.

18.Shagivaleev, K. F. Raschet prostranstvennoj sistemy iz dvux obolochek, soedinennyx promezhutochnymi svyazyami / K. F. Shagivaleev // Vestnik Saratov. gos. texn. un-ta. — 2006. — № 2. — S. 19—26.

19.R 31.3.02-98. Rekomendacii po proektirovaniyu morskix portovyx gidrotexnicheskix sooruzhenij v sejsmicheskix rajonax pri nalichii v osnovanii slabyx gruntov (posobie k Instrukcii po proektirovaniyu morskix prichal'nyx i beregoukrepitel'nyx sooruzhenij RD 31.31.55-93). — Vved. 1998-10-04. — Vladivostok: Izd-vo AOOT «DNIIMF», 1998. — 27 s.

CYLINDRICAL SHELLS WITH INFILL

IN GEOTECHNICAL ENGINEERING PRACTICE

T. I. Chernova, N. Ya. Cimbel'man

Far Eastern Federal University, Engineering School

Russia, Vladivostok, tel.: (423)265-24-24 (доб. 4091), e-mail: ch_t_i@mail.ru T. I. Chernova, PhD student of the Dept. of Offshore & Structural Engineering

N. Ya. Cimbel'man, PhD in Engineering, Assoc. Prof., Head of the Dept. of Offshore & Structural Engineering

Statement of the problem. Thin cylindrical shells with an internal filler are described in this article. The advantages of these structures, application area, and possible difficulties during operation are defined. The main difficulty is complexity of calculation models.

Results. Classification of the shell structures with a filler is performed. The factors influencing design decision making are determined. Theories of calculation of the shell structures based on the prevailing internal forces are classified. The necessity of taking into account infill in the calculation depending on size of the structure is substantiated. The dependence based on which the theories of calculation of cylindrical shell with infill can be chosen is suggested.

Conclusions. Classification of steel cylindrical shells depending on the technology of construction is proposed. Shells can be divided into two groups: steel monolithic shell and shell made from steel sheet piles (cofferdam). Conditions of rationality of the shells design are explained. The solution of pre-selection shell calculation theory depending on the ratio of its basic dimensions is explained. The range of the shell size, for which it is acceptable to use the «simplified» calculate moment scheme is defined.

Keywords: cylindrical shell, soil, internal infill, foundation, stress-strain state, theories of calculation.

20