6543

Работа выполнена в Ростовском государственном строительном университете.

Д.212.207.02 по адресу:

344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, ауд. 217.

С диссертацией можно ознакомиться библиотеке университета.

Общая характеристика работы.

Здания и сооружения, построенные на сжимаемом основании, зачастую подвержены влиянию развивающихся неравномерных осадок. Причины их возникновения могут быть самыми различными, зависящими от широкого спектра объективных и субъективных факторов. Отсутствие в современных условиях фондов переселения жителей из аварийных зданий обусловливают необходимость развития и совершенствования технологий проведения работ, связанных с восстановлением эксплуатационной пригодности зданий.

Актуальность темы диссертационного исследования продиктована необходимостью научного обоснования и внедрения в практику технологий корректировки геометрического положения и формы зданий методом подъема и выравнивания с помощью электрогидравлических систем с плоскими домкратами.

Объектом исследования являются технологические параметры и механизмы для выравнивания аварийных зданий с фундаментами мелкого заложения, возведенные на сжимаемом грунтовом основании, где при исследовании рассматривается взаимосвязанная система «здание-домкраты- фундамент-основание».

Информационная база исследования включает данные по выравниванию зданий в России, Грузии, Германии, Польше, Чехии, Украине.

Рабочая гипотеза.

Проблема деформированных зданий обусловливает необходимость создание эффективных систем и механизмов для их выравнивания, разработки технологий выравнивания, направленных на безопасную корректировку геометрического положения зданий, не отселяя жителей.

Целью диссертационной работы является:

-проведение исследования и разработка технологических схем выравниваниязданийкакбеззадавливанияфундамента,такисеголокальнымре-

гулируемым задавливанием, а также оценка влияния высотной привязки

домкратов по отношению к подошве фундамента на величины контактных

напряжений по поверхности «фундамент — грунтовое основание».

-разработка технологической схемы проведения подготовительных работ и проведения выравнивания, предотвращающих соскальзывание здания с домкратов в процессе его отрыва от фундамента.

-изучение особенностей работы и разработка конструкции и технологии изготовления стального плоского домкрата, как исполнительного механизма для реализации различных технологических схем выравнивания.

Для достижения поставленных целей было необходимо решить следующие основные задачи:

-анализ существующих способов корректировки положения зданий и сооружений в пространстве и обоснование выбора метода выравнивания зданий электрогидравлическими системами с плоскими домкратами;

-изучение зависимости изменения напряжений на контакте фундамента с грунтовым основанием от способов управления локальными домкратными группами в процессе выравнивания здания и разработка технологических схем, позволяющих проводить подъем как без задавливания фундамента, так

ис локальным регулируемым задавливанием;

-аналитическое и экспериментальное исследование контактных напряжений под подошвой фундамента в проектном положении и при переводе здания на точечные домкратные опоры;

-определение предельных кренов, при которых наблюдается эффект соскальзывание здания с домкратов и разработка мероприятий, предотвращающих этот эффект;

-численное и экспериментальное исследование параметров работы плоского стального домкрата с разработкой конструкции и технологии его изготовления с учетом требований, предъявляемых при выравнивании многоэтажных зданий со значительными кренами.

Научная новизна работы состоит:

-в получении новой информации о контактных напряжениях по подошве фундамента при переводе здания на домкратные опоры и в различных стадиях выравнивания;

-в исследовании технологических процессов управления домкратными группами при подъеме, обеспечивающих регулируемое локальное задавливание грунтового основания, как со стороны оси поворота, так и со стороны крена здания;

-в разработке расчетной модели, позволяющей оценивать влияние высотной привязки домкратов при проведении подготовительных работ на контактные напряжения по поверхности «фундамент-основание»;

-в получении критерия, позволяющего оценивать возможность соскальзывания здания с домкратных опор при его отрыве от фундамента и разработке технологической схемы проведения работ по выравниванию, исключающих соскальзывание;

-в исследовании свойств плоских домкратов и разработке на базе проведенных исследований конструкции и технологии изготовления стального плоского домкрата, применительно к подъему многоэтажных зданий со значительными кренами.

На защиту выносятся:

-результаты численных и экспериментальных исследований напря- женно-деформированного состояния грунта на контакте с фундаментом, в зависимости от высоты установки домкрата над подошвой фундамента;

-технологические схемы выравнивания зданий без задавливания и с локальным задавливанием грунтового основания со стороны, противоположной крену и частичным выравниванием фундамента;

-критерий оценки возможности соскальзывания здания с домкратов и технология проведения работ при выравнивании, исключающая соскальзывание;

- результаты исследования работы стального плоского домкрата, его

конструкция и технология производства.

Достоверность научных выводов и практических рекомендаций

основывается на теоретических и методологических положениях, сформулированных в исследованиях отечественных и зарубежных ученых, а также на результатах тестирования разработанных методов и моделей, внедрения их в практику восстановления зданий и их сравнительного анализа с существующими аналогами.

Наиболее существенные результаты диссертационной работы состоят в реализации технологических схем и применении механизмов, использованных при подъеме 31-го жилого здания различной этажности, с различными конструктивными схемами и в различных грунтовых условиях.

Структура диссертационной работы:

Работа состоит из введения, 5-ти глав, заключения, библиографического списка, включающего 91 наименование и приложений. Работа изложена на 163 листах машинописного текста, содержит 89 рисунков и 13 таблиц.

Основное содержание диссертации отражено в 27-ми печатных работах, в том числе авторство закреплено в 3-х патентах Российской Федерации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении отражена актуальность проблемы восстановления эксплуатационной надежности зданий со сверхнормативными деформациями, путем их подъема и выравнивания электрогидравлическими системами с плоскими домкратами.

В первой главе излагаются причины возникновения неравномерных деформаций сооружений, приводится краткая история методов корректировки геометрического положения зданий в пространстве. Рассматриваются технологические аспекты выравнивания зданий, параметры и способы выравнивания, применяемое оборудование. При сравнении различных способов воз-

действия на изменение пространственного положения здания, автор сравнивает существующие домкратные системы различных фирм, отдавая предпочтение подъему и выравниванию с помощью плоских домкратов, как способу, обеспечивающему точность и контролируемость процесса. Описываются преимущества и недостатки поршневых и плоских домкратов.

Во второй главе проведено исследование взаимодействия фундаментов мелкого заложения с основанием при выравнивании здания. В ней рассмотрены особенности, возникающие при отрыве здания от фундамента, проведено исследование влияния способом управления домкратами на изменение контактных напряжений. Изложены результаты натурного эксперимента по определению величины задавливания фундамента при выравнивании. Кроме этого, отражены результаты численных исследований влияния высотной привязки домкратов к подошве фундамента на изменение напряжений по поверхности «фундамент-основание» в стадии перевода здания на домкратные опоры. Определен критерий, применение которого позволяет оценить вероятность соскальзывания здания с домкратных опор при его отрыве от фундамента.

Технология выравнивания предусматривает поворот здания относительно какой-либо оси поворота, когда домкраты по данной оси здания выключены и служат обычными опорами. Ряды домкратов могут располагаться под зданием с определенным шагом от оси поворота и, соответственно, находиться на расстоянии 0,1; 0,2... 0,8; 0,9 и 1,0 ширины или длины здания от оси поворота. В различных режимах возможно отключение одной оси домкратов, проходящей по одной из торцевых или фасадных стен здания. Тогда зона работающих домкратов будет располагаться под зданием на 0,9 его ширины. Отключая две домкратные оси, ось поворота переносится на 0,2 ширины здания, тогда зона работающих домкратов будет находиться под 0,8 ширины здания.

Задача состоит в том, чтобы определить, как изменяются напряжения на контакте со стороны крена и со стороны, противоположной крену, когда работают домкраты под 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; и 0,9 ширины здания (рис.1). Точка А соответствует крайней точке фундамента со стороны, противоположной крену.

Численные и экспериментальные исследования проводились на базе жилых 9-ти этажных зданий в г. Волгодонске (Ростовская обл.) по ул. Гагари-

на 37/3.

Для данного здания установлено, что с учетом имеющегося эксцентриситета краевые напряжения со стороны крена будет выглядеть как - РМАХ= 1,097 Р, а со стороны, противоположной крену, или по оси поворота

здания, PMIN= 0,903 Р, где Р- нормальное напряжение по подошве фундамента у здания в проектном положении.

Из графика (рис.2) видно, что если домкраты работают на участке 0,85 от ширины здания, то напряжения не превосходят РМАХ, которое для данных грунтовых условий равно расчетному сопротивлению грунта.

При отключении домкратов на большей ширине здания, резко увеличивается напряжений со стороны, противоположной крену, что сопровождается задавливанием грунта под этой частью здания.

Применение технологии локального отключения групп домкратов в процессе подъема и выравнивания здания позволяет для каждого конкретного здания с учетом его характеристик деформаций и с учетом характеристик грунтового основания получать эффект задавливания фундамента, или избежать такового.

Отраженные в работе результаты натурного эксперимента подтвердили правильность аналитических исследований.

На слабых грунтах возможны неконтролируемые осадки фундамента здания, установленного на домкратные опоры, вследствие возможного превышения напряжениями на границе «грунт-фундамент» величины расчетного сопротивления грунта.

Для оценки влияния высотной привязки домкратов по отношению к подошве фундамента решен ряд задач с использованием МКЭ.

Для того чтобы корректно оценить характер напряжений на контакте, в расчетах необходимо учтены следующие факторы:

а) пространственную работу грунта основания с учетом физической нелинейности;

б) работу фундамента; в) работу надземных конструкций.

Учитывая величины перегрузок, крены здания и данные инженерно - геологических изысканий, с помощью комплекса ANSYS 7.0 было проведено численное решение контактной задачи.

Использовалась упруго-пластическая модель Друкера-Прагера, с известными из инженерно-геологических изысканий механическими параметрами (модуль деформации, коэффициент Пуассона, угол внутреннего трения и удельного сцепления).

Аппроксимация грунтов и конструкций здания выполнена с использованием конечных элементов SOLID45, а фундамента и конструкций цоколя - конечными плитными элементами SHELL63. Конечные элементы допускают упругое и упруго-пластическое поведение фунта и бетона конструкций и фундамента.

Все слои грунта в расчетной области приняты однородными, выдержанными по толщине и имеющими горизонтальные границы. В этом случае неравномерность осадок зависит от различия нагрузок на отдельные фундаменты, размеров и формы подошвы фундамента и жесткостных характеристик сооружения.