ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ НАГРУЖЕНИЯ СТОЛБЧАТЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ИХ НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ НА ИЗГИБ

THE INFLUENCE OF THE LOADING RATE OF COLUMN FOUNDATIONS ON THEIR BENDING CAPACITY

Andrey Shmidt

student, Department of Geotechnics and Structural Elements of a Building, Academy of Civil Engineering and Architecture, Crimean Federal University named after V.I. Vernadsky,

Russia, Simferopol

Igor Dyakov

scientific adviser, candidate of Technical Sciences, associate professor, Academy of Civil Engineering and Architecture, Crimean Federal University named after V.I. Vernadsky,

Russia, Simferopol

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются исследования влияния скорости нагружения столбчатых фундаментов на их несущую способность на изгиб. В статью входит описание методики проведения испытаний разрушения образцов фундамента с целью получения данных для их дальнейшего анализа. Для этого использовались следующие измерительные приборы: прогибомер, динамометр и месдозы.

ABSTRACT

This article examines the study of the effect of the loading rate of columnar foundations on their bearing capacity for bending. The article includes a description of the methodology for testing the destruction of foundation samples in order to obtain data for their further analysis. For this, the following measuring devices were used: deflection meter, dynamometer and mesdoses.

Ключевые слова: влияния скорости нагружения; прогрессирующее разрушение; испытание фундаментов; прочность на изгиб.

Keywords: the influence of the loading rate; progressive destruction; testing of foundations; bending strength.

В некоторых ситуациях для отдельно стоящих фундаментов возможен процесс прогрессирующего разрушения. Одной из причин этого явления может быть изменение скорости нагружения конструкций фундаментов. Прогрессирующее разрушение зданий и сооружений представляет собой разрушение несущих строительных конструкций с последовательным характером, которое в конечном итоге приводит к обрушению сооружения. На сегодняшний день прогрессирующее разрушение является одной из самых актуальных проблем.

Существуют некоторые мероприятия для того, чтобы обеспечить недопустимостимость прогрессирующего разрушения здания или сооружения. К таким способам может относиться рационализация констурктивных решений, а также планировочных решений здания или сооружения при условиях учета возможных аварийных явлений. Также достичь поставленной задачи может помочь обеспечение такими конструктивными мерами, которые увеличат статическую неопределимость системы. Использование конструктивных решений, обеспечивающих несущую конструкцию. Конструкционные элементы и соединения вследствие пластической (неупругой) деформации.

Цель исследования заключается в изучении особенности влияния скорости нагружения на несущую способность столбчатых фундаментов при внезапных догружениях. Чтобы осуществить эту цель необходимо выполнить следующие задачи:

1. Проанализировать имеющихся исследований в области внезапных догружений и других близких областях.

2. Провести экспериментальное исследование влияния скорости нагружения столбчатых фундаментов на их несущую способность на изгиб.

3. Проанализировать результаты экспериментального исследования.

4. Разработать рекомендации по учету влияния скорости нагружения фундамента на на их несущую способность на изгиб при расчете.

Начальные этапы загружения фундамента сопровождаются неравномерным распределением нормальных контактных напряжений с более высоким их уровнем под центральной частью и у краев плиты. Когда повышается внешняя нагрузка, то напряжение под колонной соответственно повышается. Не так заметно развиваются краевые ординаты. Эпюра контактных напряжений (нормальных) изменяет свой вид и стремится к параболической, когда высокая внешняя нагрузка распределяется.

Проведенные исследования направлены на выявление влияния скорости нагружения столбчатых фундаментов на их несущую способность на изгиб. Учитывая, что скорость приложения нагрузки может влиять на формирование эпюры нормальных контактных напряжений, следует предположить, что через форму эпюры увеличение скорости нагрузки может влиять и на несущую способность фундаментов на изгиб. Проведенные эксперименты рассматривали возможность изменения скорости приложения нагрузки при незагруженном фундаменте, загруженном на 25 % и 50% Для сопоставления результатов, одновременно испытывались фундаменты с традиционным медленным нагружением.

Для эксперимента было изготовлено 6 образцов фундаментов из железобетона с геометрическими параметрами 500х500х70мм и имеет нижнее армирование в виде сетки Ø3 50х50 с защитным слоем в 10 мм. Каждый образец выполнен с монолитно залитым фрагментом колонны параметрами 100х100х100мм. Примерное соотношение материалов в замесе: щебень – 4: песок – 2,5:цемент 1,3. Образцы набирали свою прочность более 28 суток.

Рисунок 1. Установка для проведения экспериментов

Экспериментальная часть проводилась в специальной лаборатории. Для возможности проведения испытаний конструкций с учетом взаимодействия с грунтовым основанием в лаборатории находится лоток глубиной 2,5 м, наполненный речным песком. Для проведения испытаний, в ходе которых требуется приложить критическую нагрузку, при которой фундамент разрушиться, над лотком сооружена рама из прокатных изделий для передачи усилий на модель фундамента по средствам упора в него. Для передачи усилий между фундаментом и балкой расположен домкрат.

Для того, чтобы сравнивать полученные значения с приборов и это было корректно – важно, чтобы все приборы находились в одинаковом положении относительно фундамента в каждом из шести экспериментов. В первую очередь это касается месдоз (Рис. 2)

Рисунок 2. Схема расположения месдоз

В первом испытании была смоделирована нормальная работа фундамента. Образец медленно нагружали приблизительно по 10% от расчетной нагрузки. После каждой ступени нагружения выдерживался интервалы в среднем в 10-15 минут для перераспределения усилий в грунте и фундаменте. В это время необходимо поддерживать напряжение, подкачивая домкратом на одном уровне. Для уменьшения влияния факторов погрешности, в дальнейшем приняли решения повторить эксперемент с фундаментом Ф-3.4.

Во втором эксперименте подключили компрессор к домкрату на отметке в 50% от расчетной прочности. До этого момента фундамент Ф-3.2 загружался нормально - аналогично первому. В третьем испытании компрессор подключили на 25% от расчетной прочности фундамента. При подключенном компрессоре на фундаменты действовала постоянно растущая нагрузка до их полного разрушения.

В пятом и шестом эксперименте не использовался компрессор. Вариативность скорости загружения достигалась вручную при помощи домкрата.

На разрушение фундамента Ф-3.5 затратили 1,5 минуты, а на фундамент Ф-3.6 – почти 4 минуты. Показания заносят в сводные таблицы полученных результатов. По полученным результатам строятся графики.

Рисунок 3. График по данным прогибомеров с Ф-3.2

Анализируя график прогибов в фундаменте Ф-3.2, в первую очередь заметно, что после половины загружений значения прогибов увеличились. Именно в этот момент к домкрату подключили компрессор, который в несколько раз увеличил скорость приложения нагрузки. Это свидетельствует о больших перемещениях в теле фундаментов, что негативно складывается на его несущую способность.

Современные нормы расчета зданий повышенной ответственности регламентируют расчет на прогрессирующее разрушение. Однако это относится лишь к надфундаментной части здания или сооружения. На основе полученных данных из исследований делаются выводы о влиянии скорости нагружения на несущую способность столбчатых фундаментов при внезапных догружениях и рекомендации по учету исследования в расчетах.

Таким образом, можно сделать заключение, что данная методика проведения исследования влияния скорости нагружения на несущую способность столбчатых фундаментов в лаборатории для испытания фундаментов позволит использовать полученные результаты в расчете на прогрессирующее разрушение.

Список литературы:

1. Далматов Б.И. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений: учеб. пособие. СПб.: Изд-во АСВ, СПбГА-СУ, 2006. – 428 с.
2. Мурзенко Ю.Н. Экспериментально-теоретические исследования силового воздействия фундаментов и песчаного основания. Дисс. докт. техн. наук. Новочеркасск, 1972. - 576 с.
3. Баранов Д.С. Измерительные приборы, методика и некоторые результаты исследования распределения давлений в песчаном грунте // Научные совещания, М., 1959.
4. Цытович Н.А. Механика грунтов. Mн: Высшая школа, 1983. – 288 с.
5. Протодьяконов, М. М. Методика рационального планирования экспериментов / М. М. Протодьяконов, Р. И. Тедер. – М., изд-во «Наука». – 1970. –  76 с.