ОГЛАВЛЕНИИ
Введение...............................................................4
Глава 1. Наблюдения за реальными объектами п экспериментальные исследования физических хрупких моделей..................................7
1.1 Наблюдения за грунтами в период жилищного строительства в Ленинграде с 1970-1976 гг............................................7
1.2 Модельные исследования бетонных фавитациоиных, арочных, арочпо-гравитацпонных плотин, атомных электростанций, образцов материала основания и сооружений...............................................8
Глава 2. Общее решение задачи теории упругости по определению напряжений и перемещений под произвольной площадкой нагружения от
произвольной нагрузки...................................................11
2.1 Основные моменты в решении Короткина В.Г............................11
2.2 Получение формул для определения составляющих напряжений и перемещений в произвольной точке полупространства от равномерно распределенной нагрузки по прямоугольной площадке нафужения.................12
2.3 Получение формул от равномерно распределенной касательной нафузки по прямоугольной площадке нагружения................................30
Глава 3. Начало работ по решению задачи упругого полупространства .. 68
3.1 Обзор научных работ по определению перемещений точек плоскости
упру гого полупространства от различных площадок нафужения..........68
3.2 Задача но подбору устоя арочной плотины.............................69
3.3 Решение задачи по определению перемещения трапецеидальной площадки от моментной нафузки................................................71
3.4 Анализ перемещений устоя и арочной плотины..........................82
3.5 Примеры расчетов упругого полупространства..........................84
3.6 Анализ расчетов по вертикальным составляющим напряжений..............85
3.7 Анализ горизонтальных составляющих напряжения........................87
3.8 Анализ вертикальных перемещений......................................88
3.9 Общая картина напряженного состояния бесконечного основания..........89
ЗЛО Рекомендации к составлению программы.................................91
3.11 Расчет от касательной нагрузки направленной параллельно оси X 105
а
3.12 Расчет произвольной площадки нагружения........................... 112
3.13 Расчет напряжений под третьим учебным корпусом в СПбГПУ........... 115
Заключение............................................................. 118
Библиографический список использованной литературы......................119
4
ВВЕДЕНИЕ
Глобальные масштабы строительства промышленных, энергетических и гражданских сооружений создают под этими сооружениями глобальные объемы напряженного состояния основания. Все сооружения оказывают существенное взаимное влияние через основание на прочность и надежность. Под каждым построенным домом создается ноле напряженно-деформированного состояния основания. Чем больше по занимаемой площади сооружение, тем больше объем основания включается в работу иод сооружением. Когда эти поля напряжений пересекаются, происходит изменение напряжений и перемещений. При уплотнительной застройке городов на очень слабых грунтах важно знать, не превышают ли суммарные напряжения от нескольких домов их предельную прочность. Современные методы расчета ограниченного объема основания под сооружениями не в состоянии построить полную, глобальную картину напряженного состояния основания под сооружениями. При проектировании гидротехнических сооружений в настоящий момент не учитывается огромное давление воды на ложе водохранилища большой протяженности. Для Сая-но-Шушииской плотины протяженность водохранилища, влияющая на осадку основания под плотиной, составила 5км. Это давление воды вызывало дополнительное перемещение основания под плотиной, что значительно ухудшило его проектное напряженное состояние. Большие площади строительства городов вызывают существенную осадку гранитной плиты не только под самим городом. но и более 6км за его пределами. Сравнительные расчеты по современным программам численного расчета ограниченного объема основания под сооружениями отличаются по результатам от объемной задачи. Человечество строя большие города и гидроэнергетические сооружения в глобальных масштабах воздействуег на земную кору, вызывая осадки городов и повышая сейсмичность в районе строительства гидротехнических комплексов.
Из теоретических решений по определению перемещений точек плоскости упругого полупространства от нагружения различных площадок нагруже-
ния равномерно распределенной нормальной и моментной нагрузками, можно привезти примеры научных работ только трех авторов. Ф Фогтом получены формулы для определения перемещений угловых точек произвольной прямоугольной площадки нагружения от нормальной равномерно распределенной и моментной нагрузки. Жемочкииым Б.Н получена формула для определения перемещения точек, находящихся на оси X от нагружения прямоугольной площадки равномерно распределенной нормальной нагрузкой. Буссинеском решение получено для круглой площадки. Для определения перемещения под трапецеидальной площадкой, формул нет.
В.Г.Короткиным получены зависимости для определения составляющих напряжений и перемещений упругого полупространства от нагружения произвольной прямоугольной площадки равномерно распределенной нормальной нагрузкой. Однако это решение не является прямым продолжением решения Буссинеска. В его решении была использована другая гармоническая функция. И оно было получено с использованием системы дифференциальных уравнений. По этой причине получаются совершенно разные формулы, и результаты существенно отличаются но горизонтальным напряжениям. Формула составляющей верти кал ьных напряжений из диссертационной работы В.Г.Короткина изменена и введена в СНиП. Сравнение результатов расчета по вертикальным напряжениям показывает отличие в центре под площадкой нагружения, и за его пределами. Продолжения работ Чсррутти пока нет.
Первоначально цель поставленной задачи была - определение перемещений основания под устоем арочной плотины от моментной нагрузки. Далее это оказалось применимым для общего решения задачи теории упругости для полупространства. Буссинеском и Черрутти получено решение задачи полупространства ог нормальной и касательной сосредоточенной силы. Нужно было продолжить это решение и получить зависимости для определения составляющих напряжений и перемещений для произвольной прямоугольной площадки от равномерно распределенной нормальной и касательной нагрузки, для произвольной точки полупространства. А это в свою очередь позволяет решить об-
6
щую задачу - определение составляющих перемещений и напряжений от нагружения произвольной площадки произвольной нагрузкой.
Решение нужно было получить без малейшего изменения и добавления в работы Буссинеска и Черрутти. Формулы должны быть в виде конечных интегралов. Решение становится единственным, если будет выполнено в виде конечного интеграла. Полученные фундаментальные зависимости позволят решать не только практические задачи составления объемной картины напряженного состояния основания под одним сооружением, а так же вопросы глобального воздействия человека на земную кору. В частности составление карты напряженно деформированного состояния основания под промышленным, энергетическим комплексом и под любым по величине городом. Становится возможным проверка соответствия современных программ расчета основания строгому решению объемной задаче теории упругости и контроль сбоя в программах.
7
Глава 1. Наблюдения за реальными объектами и экспериментальные исследования физических хрупких моделей.
1.1 Наблюдения за грунтами в период жилищного строительства в Ленинграде с 1970-1976 гг.
Гармоничное объединение полевых наблюдений на практике строительства, экспериментальных исследований прочности хрупких физических .моделей различных сооружений на прочность с теоретическими знаниями позволяют глубже понять процессы, связанные с работой основания под сооружениями.
В период с 1970-1976 г.г. в Ленинграде интенсивно велось строительство жилых домов от Гражданского проспекта до станции метро Просвещения. За этот период моей работы в УЫР-56 Тресга-107 город предоставил жилье в этом районе 570000 жителям. У ИР-56 занималось прокладкой подземных коммуникаций и производством фундаментных работ. Многое из запоминающихся процессов, описанных в учебниках о поведении фунтов, непосредственно коснулись нашей организации, одно из которых было трагическим. Из-за очень крутого откоса траншеи произошел обвал стенки грунтов по всей длине траншеи. Пострадали рабочие. Невозможно понять и прочувствовать слоистый, во-до-насыщенный с очень низкой структурной прочностью грунт, и уловить тонкости его поведения при производстве земляных работ без длительного наблюдения. Во многом качество и производительность работ в управлении зависела от мастерства машинистов экскаватора. Грунты в этом районе строительства требовали плавного опускания ковша и плавной срезки слоев толщиной 20-30см. В противном случае происходило разрушение структурной прочности, что чаще всего превращало их в плывуны. И это приводило к серьезным осложнениям в производстве работ. Некоторые свойства фунтов трудно объяс-
8
нить и их описание не встречается в учебниках. А лабораторное исследование не в состоянии отразить все эти тонкости. Гак, с виду нормальный грунт от нескольких ударов ковша превращается в плывун, это лучше один раз увидеть. При производстве работ в этих |рунтах важна скорость, малейшее промедление увеличивает трудоемкость и существенно влияет на качество работ по причине затопления котлованов и возникновения плывунов.
Все виды свайных работ в слабых грунтах вызывают большие изменения горизонтальных напряжений. Нарушается сложившееся поле напряженного состояния основания от нескольких стоящих рядом сооружений. Что в свою очередь приводит к значительному горизонтальном}' перемещению массы грунта совместно с неглубоко заложенным фундаментом в сторону свайного фундамента. В результате в домах расширяются старые и возникают новые трещины. Не редки случаи возникновения аварийного состояния домов.
1.2 Модельные исследования бетонных гравитационных, арочных, арочногравитационных плотин, атомных электростанций, образцов материала
основания и сооружений.
Процесс моделирования бетонных, арочных плотин и АЭС из хрупкого материла очень сложен. Высокая стоимость и большой объем работы существенно ограничивают число модельных исследований. Требуется большое количество силового оборудования и измерительной аппаратуры. Большое значение имеет состав хрупкого модельного материала. Требуется моделирование собственного веса материала и гидростатической нагрузки. Очень сложен переход от напряжений в модели сооружения к реальным напряжениям в сооружениях.
Каждая плотина имеет свою модель основания с геологическими и гео-метрическими характеристиками. При моделировании различных по прочности
слоев основания требуется выкладка различными по прочности материалами. Большой объем основания влечет за собой увеличение объема работ и стоимости. Л моделирование небольшой толщины влияет на точность определения напряженного состояния плотины. Моделирование плотины с гидростатическим давлением на ложе водохранилища по стоимости и объему работ будет не выполнимым. Даже основание требуемой толщины под плотиной вызывает технологические трудности при удалении влаги от клеевой массы из основания. В модельном исследовании сооружений на прочность и точность результатов влияет очень много различных факторов. И каждая плотина имеет свое отличное от других плотин напряженное состояние различную форму, высоту и геологию. И выделить из этих исследований, последующих научных публикаций закономерность невозможно. По этой причине вынужден был отказаться от защиты ученой степени по модельным исследованиям. Однако опыт модельных исследований при доведении их до разрушения дас г те знания и представления, которые невозможно получить аналитически. Вели расчетами можно предсказать место возможного появления первой трещины, то дальнейший ход разрушения практически предсказать невозможно.
Вероятно, самым главным в исследовании плотин было определение предельной несущей способности. Коэффициент несущей способности плотины соотносился с гидростатическим давлением на плотину. Когда плотина не выдерживала определенную завышенную гидростатическую нагрузку, этот момент считайся разрушением плотины. Такие знания визуального наблюдения, к сожалению, получить в настоящее время невозможно. Найти общую закономерность разрушения арочных плотин очень трудно.
Включение содержания этих работ в диссертационную работу только усложнит ее для восприятия из-за большого объема математических выкладок и формул, поэтому ограничиваюсь включением названия публикаций и только тех, которые сохранились.
10
"Экспериментальные исследования напряженного состояния гравитационной плотины с обжатием бетонной кладки" Наумов И.В, Иванов П.М, Антонов С.С. Сборник научных трудов Известия ВНИИГ Том 155 1982г.
"Исследование конструкции арочной плотины Худони ГЭС" Антонов
С.С, Коган ЕЛ, Наумов И.В, Иванов П.М. Сборник научных трудов Известия ВНИИГ Том 163 1983г.
" Исследования напряженного состояния арочной плотины Намахвани ГЭС" Антонов С.С, Коган J1.E, 11аумов И.В. Иванов П.М, Слабодкин Г.А. Сборник научных трудов Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева Том 180 1985г.
В дальнейшем в процессе модельных исследований возникла задача по подбору устоя арочной плотины.
- Киев+380960830922