книги из ГПНТБ / Строительство и защита зданий на подрабатываемых территориях

прикладывались в четырех точках по длине ригеля. Вертикальные смещения опор осуществлялись гидравлическими домкратами ДГ-100, установленными под наружными стойками (в предположе­ нии имитации деформаций прогиба основания). Под средними стойками рамы размещались 100-тонные кольцевые динамометры ДК-100, предназначенные для определения вертикальных реакций

Опытный

образец

рамы

/

опор. Горизонтальные смещения стоек создавались путем переме­ щения металлических Г-образных опор (см. рис. 33) с помощью винтовых домкратов. Вертикальные и горизонтальные перемеще­ ния стоек, а также прогибы в пролетных сечениях ригелей замеря­ лись прогибомерами.

Деформации бетона в узловых сечениях стоек определялись микроиндикаторами, деформации бетона и арматуры у опорных сечений и в пролетах ригеля — рычажными тензометрами и микро­ индикаторами.

Расчетное сочетание воздействий и нагрузок на раму для разви­ тия пластических деформаций *в элементах рамы создавалось по этапам с выдержкой 10—12 мин. Сначала конструкции были зада­ ны расчетные воздействия перемещений: вертикальное смещение

ее несущей способности путем увеличения кривизны основания по этапам, в предположении постановки распорок между опорами, имитирующих отсутствие горизонтальных деформаций в основании.

Первые волосные трещины были отмечены в крайних узлах рамы при горизонтальном смещении опор. После снятия горизонтальных деформаций произошло резкое уменьшение ширины косых трещин,

91

а затем, по мере увеличения кривизны, наблюдалось появление но­ вых и развитие существующих трещин в крайних узлах, образова­ ние большого количества волосных трещин на боковой грани в нижней части ригеля и в крайних пролетах.

Одновременно наблюдалось значительное количество волосных трещин на наружной грани крайних стоек с распространением зоны трещинообразования на расстояние до 0,5Н по высоте сверху вниз. Разность вертикальных перемещений опор стоек при исчерпании несущей способности рамы составляла 45 мм, что соответствовало радиусу кривизны /?=1,б км (табл. 13).

были определены величины деформаций бетона и арматуры в уз­ ловых сечениях ригеля и стоек, реакции опор, прогибов ригеля при вертикальной нагрузке, а также под воздействием вынужден­ ных (вертикальных и горизонтальных) смещений опор.

На рис. 34 и 35 показано, что по мере увеличения кривизны осно­ вания происходит плавное нарастание деформаций бетона и арма­ туры в узлах рамы.

Напряжения в верхней опорной арматуре рамы, растягивающие после приложения пролетной вертикальной нагрузки, к концу эксперимента стали сжимающими и достигли на опоре «В» — 3640 и на опоре «С»—2440 кГ/см2. Изменения величин напряжений в

92

По мере увеличения кривизны происходило плавное нарастание величин изгибающих моментов на средних опорах. Изгибающие мо-

43

|'|П

чи

JJ

JU

1 Г

10

/и

4

Рнс. 35. Графики напряжений в арматуре в зависимости от горизонтальных и вертикальных смещении опор:

/ •— на опоре «В>; 2 — на опоре «С» .

93

усилий и вследствие возникновения чрезмерных деформаций об­ разовался пластический шарнир.

Испытания опытного образца рамы, проведенные при весьма жестких расчетных параметрах внешних воздействий, показали высокую надежность конструкций при деформациях прогиба осно­ вания. Конструкция рамы, успешно выдержав испытания при рас­ четных параметрах, продолжала сохранять несущую способность от воздействий, значительно превышавших расчетные.

Испытания дали возможность оценить влияние различных видов деформаций. В частности, вследствие значительно большей погон­ ной жесткости стоек, горизонтальные смещения оказывали более существенное влияние на напряжение в крайних узлах. Поэтому следует при разработке проектов каркасных зданий отдавать пред­ почтение решению нулевого цикла с применением горизонтальных распорок— связей между фундаментами стоек.

При армировании узлов рам, учитывая результаты испытаний, необходимо предусматривать постановку косых стержней или бо­ лее частой поперечной арматуры в крайних узлах рам с целью предотвращения раннего появления и раскрытия косых трещин, а в ригеле у опоры на длине не менее 'Д пролета на боковых гранях и сверху — более частую постановку поперечной арматуры.

94

Результаты испытаний дают возможность рекомендовать созда­ ние на базе ранее предположенных конструкций унифицированно­ го каркаса для строительства зданий на подрабатываемых терри­ ториях с пологим и наклонным залеганием пластов при расчетных деформациях поверхности R=10 км и более.

§ 13. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕУПРУГИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ

ПРИ ИМИТАЦИИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЯ ПОД ФУНДАМЕНТАМИ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

Для установления связи горизонтальных деформаций основания под фундаментами каркасных зданий с неупругими свойствами грунтов были проведены исследования на модели с применением малого штампа.

Использование малых штампов связано с моделированием рабо­ ты основания, фундамента и надфундаментной конструкции. Труд-

95

ность этой задачи из-за необходимости выполнения условий подо­ бия общеизвестна. В настоящей постановке задача максимально упрощена: принят жесткий штамп размером 15x15 см без связи с какой-либо определенной конструкцией. Основанием служит сухой речной песок с фракционным составом:

вать значительную часть неупругих деформаций и проводить испы­ тания в приемлемый отрезок времени. Результаты, полученные на песчаном основании модели, сравнительно легко распространить на песчаные основания натуры, на искусственные подушки, реко­ мендуемые как средство уменьшения влияния деформаций на зда­ ния, а также не супеси. Модель обладает еще одним важным свой­ ством: она обеспечивает однородность основания, чего практически очень трудно добиться в случае использования связных материа­ лов.

Для получения отношения упругой осадки штампа Лу к осадке неупругой hH, вызванной горизонтальными деформациями, масш­ табность модели не играет роли, так как эти отношения безразмер­ ные и в равной степени справедливы и для модели и для натуры. Все же следует отметить, что при давлении под штампом 0,43 кГ, с учетом условий подобия, полученных В. А. Флориным, и введени­ ем поправочного коэффициента, учитывающего зависимость осадки фундамента от его площади, модель может быть приведена к ли­ нейному масштабу 1 : 10, при напряжении в натуре 1,5 кГ/см2.

Растяжение-сжатие грунта осуществлялось на специальном стен­ де, изготовленном в виде жесткого короба объемом 0.44Х1300Х Х0,62 м. Две вертикальные стенки короба (щиты) размерами 0,44X Х0.65 м снабжены винтовыми устройствами, с помощью которых их можно передвигать независимо друг от друга, сокращая или увеличивая при этом объем, наполненный грунтом. При уменьше­ нии объема грунт сжимается, при увеличении — растягивается. Чтобы деформации грунтового массива были более равномерными и имитировали нарастание относительных горизонтальных дефор­ маций во времени, на дно короба через 7,5 см уложены скребки; каждый скребок снабжен .парой тяг с винтовым устройством. Пере­ двигая скребки в определенном порядке, можно дополнительно ли­ бо сжимать, либо растягивать грунт.

Горизонтальное перемещение грунта фиксировалось индикатора­ ми часового типа с ценой деления шкалы 0,001 мм и реперами раз-

96

ыером 120x20x3 мм из полосовой стали. Для лучшего защемле­ ния реперов в грунте к вертикальной полосе прикреплялась гори­ зонтальная длиной 6—8 см. Расстояние между реперами, по кото­ рым определялись усредненные горизонтальные деформации, со­ ставляло 310 мм. На поверхность грунта устанавливался жесткий штамп с последующим нагружением ступенями: первая — 10 кг, последующие— по 20 кг. Осадка штампа измерялась четырьмя ин­ дикаторами часового типа с ценой деления шкалы 0,01 мм, по пока­ заниям которых выводилось среднее арифметическое. Все отсчеты по индикаторам велись относительно неподвижных элементов стенда.

В отличие от обычных испытаний грунтов штампами, в данном эксперименте нагруженный штамп свободно перемещался, чем до­ стигалось подобие поведения зданий на подрабатываемых терри­ ториях.

После нагрузки штампа и фиксации его упругих осадок выпол­ нялся цикл растяжения грунта, затем — цикл сжатия. Приращение деформаций осуществлялось небольшими ступенями. Ход винто­ вых устройств щитов и тяг скребков для одной ступени горизон­ тальных подвижек грунта составлял 0,08 мм. Максимальное значе­ ние величины приращения относительных горизонтальных дефор­ маций под штампом не превышало 0,0001. Время между отдельны­ ми приращениями деформаций составляло 5—8 мин.

Цикл растяжения грунта был разбит на отдельные операции, следующие друг за другом и отличающиеся лишь по количеству приводимых в движение скребков. Так, при выполнении первой операции перемещался на 0,08 мм щит и скребок № 1, расположен­ ный у щита, во второй операции перемещался щит и два скребка (№ 1, затем № 2), после этого выполнялась следующая операция с тремя скребками и т. д. Такой порядок операций обеспечивал постепенное распространение деформаций грунта на весь массив и приращение их величины. Аналогично выполнялся цикл сжатия грунта. При этом использовался щит противоположной стенки ко­ роба; нумерация скребков велась от этого же щита.

Основные результаты эксперимента представлены на рис. 37. Обращает на себя внимание тот факт, что абсолютные осадки

штампа, вызванные относительными горизонтальными деформация­ ми грунта (неупругие деформации при подработке) равны осадке от нагрузки при сравнительно малой величине горизонтальных де­ формаций (Б=0,0007). Э Т О обстоятельство свидетельствует о том, что неупругие деформации грунта при подработке всегда определя­ ют напряженное состояние фундаментов и надфундаментных кон­ струкций. Примечательно также то, что при сжатии грунта и срав­ нительно малых горизонтальных деформациях наблюдалась абсо­ лютная осадка штампа, а не подъем, которого следовало бы ожи­ дать при упругой работе грунта. Опускание штампа при сжатии

может быть объяснено существованием вязких свойств в грунте во время его подвижек.

Зависимость осадок при сжатии и растяжении различна. В слу­ чае растяжения зависимость осадок от деформаций близка к ли­ нейной, хотя при малых деформациях осадки растут быстрее де­ формации.

Следует отметить большую чувствительность нагруженного штампа к самым малейшим подвижкам грунта, который регистри­ ровали приборы при передвижении щита и скребков. Это явление

яг*

на модели полностью согласуется с подмеченной в натуре повышен­ ной чувствительностью зданий к малейшему изменению напряжен­ ного состояния грунтов, вызванному влиянием горных работ. Так, во Львовско-Волынском бассейне в кирпичных домах возникали мелкие трещины в тот период, когда влияние очистных работ с по­ мощью геодезических методов не обнаруживалось. Появление тре­ щин в зданиях в этом случае можно объяснить изменением напря­ женного состояния грунтов, вызванного очистными работами, вли­ яние которых распространяется значительно дальше принятых гра­ ниц зоны сдвижения.

Осадка штампа при сжатии не линейна. Она уменьшается с ве­ личиной относительного сжатия и при определенном его значении может стать отрицательной, т. е. штамп начнет подниматься. Сле­ дует отметить, что это положение касается абсолютной осадки при сжатии грунта. Врезание штампа (осадка, отсчитываемая от по­ верхности грунта) в случае вязко-пластического течения не может быть отрицательной величиной. Это подтвердилось последующими опытами.

О почти полной величине неупругих осадок штампа в процессе одного цикла свидетельствовали показания индикаторов после 14 ч перерыва в цикле растяжения. Разность показаний отсчетов, вы­ полненных до и после перерыва, составила 0,025 мм, что составля­ ет всего 2,5% общей величины неупругих деформаций при е = 0,001.

98

В основу метода расчета положено перераспределение неуравно­ вешенных моментов, вызванных нагрузкой .в основной системе, вы­ бранной по правилам метода деформаций. Применение функций влияния в этом случае имеет.определенные преимущества ло срав­ нению с обычным способом перераспределения усилий: процесс пе­ рераспределения неуравновешенных моментов заканчивается быст­

ций влияния для расчета рамных конструкций, предназначенных для восприятия дополнительных усилий от неравномерных дефор­ маций основания, вызванных сдвижением земной поверхности при подземной разработке угольных пластов. Дополнительные нагруз­ ки на раму в данном случае заданы поворотом, вертикальными и горизонтальными смещениями опорных сечений. Определены они при следующих параметрах сдвижения: минимальный радиус кри­

. — выбор основной системы по методу деформаций;

—определение неуравновешенных моментов в узлах основной системы от заданной нагрузки;

—расчленение основной системы многоэтажной рамы на ряд од­ ноэтажных рам без замкнутых контуров, для которых определя­ ются углы поворота узлов и реакции от единичного смещения в до­ полнительных связях, установленных в уровне ригелей;

—определение функций влияния для элементарных рам без замкнутых контуров;

—определение углов поворота узлов нижней рамы от неурав­ новешенных моментов в узлах, закрепленных от горизонтальных смещений;

— вычисление горизонтального смещения ригеля нижней рамы

пуглов поворота узлов от смещения;

—определение суммарных углов поворота узлов от неуравнове­ шенных моментов и от смещения;

—решение вышерасположенной (последующей) рамы без замк­ нутых контуров с учетом влияния углов поворота узлов нижерас­ положенной (предыдущей рамы).

По приведенной схеме перераспределение начальных неуравно­ вешенных моментов производится по замкнутому циклу (снизу вверх-—сверху вниз) до необходимой степени точности. Для прак­ тических целей вполне достаточно двух полных циклов перераспре­ деления неуравновешенных моментов. Расчленение многоэтажной рамы на более простые с двухъярусными стойками (рис. 38) позво­ ляет наиболее полно использовать возможности функций влияния

100