Плешко М.С. Основания и фундаменты тр. сооруж. К вып. лаб. раб. для студ. спец. Строит. ж.д. мостов и тр. тон. Ч.1. 2017
.pdfРОСЖЕЛДОР
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
(ФГБОУ ВО РГУПС)
__________________________________________________________________
М.С. Плешко, М.В. Плешко, Л.А. Петренко
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Учебно-методическое пособие к выполнению лабораторных работ
для студентов специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей»
Часть 1
Ростов-на-Дону
2017
УДК 624.195(07) + 06
Рецензент – доктор технических наук, профессор В.И. Куштин
Плешко, М.С.
Основания и фундаменты транспортных сооружений: учебнометодическое пособие к выполнению лабораторных работ для студентов специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей». Часть 1 / М.С. Плешко, М.В. Плешко, Л.А. Петренко; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов н/Д, 2017. – 20 с.
Приведены общие положения для выполнения лабораторных работ. Предназначено для студентов специальности «Строительство железных
дорог, мостов и транспортных тоннелей» всех форм обучения, выполняющих лабораторные работы по курсу «Основания и фундаменты транспортных сооружений».
Одобрено к изданию кафедрой «Изыскания, проектирование и строительство железных дорог».
Учебное издание
Плешко Михаил Степанович Плешко Марианна Викторовна Петренко Людмила Анатольевна
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Часть 1
Печатается в авторской редакции Технический редактор Т.И. Исаева
Подписано в печать 29.12.17. Формат 60×84/16. Бумага газетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,16.
Тираж экз. Изд. № 901519. Заказ .
Редакционно-издательский центр ФГБОУ ВО РГУПС.
Адрес университета: 344038, Ростов н/Д, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2.
© Плешко М.С., Плешко М.В., Петренко Л.А., 2017
© ФГБОУ ВО РГУПС, 2017
2
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение ………………………………………………………………………… |
4 |
Лабораторная работа № 1. Определение деформаций модели фундамента |
|
под промежуточную опору моста |
|
на специализированном стенде …………………. |
5 |
Лабораторная работа № 2. Исследование внутренней структуры элемента |
|
железобетонного фундамента |
|
радиолокационным методом …………………... |
10 |
Лабораторная работа № 3. Исследование внутренней структуры элемента |
|
железобетонного фундамента ультразвуковым |
|
методом …………………………………………... |
15 |
Библиографический список ……………………………………………………. |
20 |
3
ВВЕДЕНИЕ
Всоответствии со стандартом специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей», учебными планами и типовыми программами дисциплина «Основания и фундаменты транспортных сооружений» предваряется теоретической подготовкой по следующим дисциплинам: «Механика грунтов», «Инженерная геология», «Материаловедение и технология конструкционных материалов».
Врезультате освоения курса студент должен:
-знать: принцип работы современных приборов для исследования строительных материалов и конструкций; методы проверки несущей способности конструкций; свойства строительных материалов и условия их применения;
-уметь: применять современное оборудование для исследования строительных материалов и конструкций, использовать современные средства вычислительной техники и программного обеспечения для расчета строительных конструкций и сооружений;
-владеть: типовыми методами анализа напряженного и деформированного состояния элементов конструкций при простейших видах нагружения; современными методами исследования, расчета, проектирования и технологиями строительства и технического обслуживания железнодорожного пути и искусственных сооружений.
При выполнении лабораторных работ применяются следующие интерактивные методы обучения студентов.
1 Работа в малых группах – это одна из самых популярных стратегий, дающих всем обучающимся возможность участвовать в работе, практиковать навыки сотрудничества, межличностного общения (в частности, умение активно слушать, вырабатывать общее мнение, разрешать возникающие разногласия).
2 Моделирование производственных процессов и ситуаций. Метод предусматривает имитацию реальных условий, конкретных специфических операций, моделирование соответствующего рабочего процесса, создание интерактивной модели и др.
3 Ролевая игра – это разыгрывание участниками группы сценки с заранее распределенными ролями в интересах овладения определенной поведенческой или эмоциональной стороной жизненных ситуаций.
4 Тренинг – это процесс получения навыков и умений в какой-либо области посредством выполнения последовательных заданий, действий или игр, направленных на достижение наработки и развития требуемого навыка.
4
Лабораторная работа № 1
Определение деформаций модели фундамента под промежуточную опору моста на специализированном стенде
Цель работы: установить закономерности изменения осадки модели фундамента под промежуточную опору моста и деформирования земной поверхности при ступенчатом режиме нагружения.
Оборудование и материалы:
1Стенд для испытания модели фундаментов со следующими характеристиками: длина – 1072 мм; ширина – 156 мм; высота – 1136 мм; общий вес грунта – 420 кг.
2Датчик силы с пределом измерения 1000 МПа.
311 датчиков линейного перемещения с пределом измерения 100 мм.
4Блок электронный преобразующий на 8 каналов.
5Ноутбук со специализированным программным обеспечением.
6Модель фундамента под промежуточную опору моста, выполненная в масштабе 1:100.
7Песчаный грунт.
Основные теоретические положения
Определение деформаций фундаментов и величин осадок окружающей земной поверхности при строительстве новых объектов является сложной геотехнической задачей, требующей изучения полных полей напряжений и деформаций в основании и конструкциях, более точного моделирования поведения грунтов под нагрузкой, максимального приближения геометрических параметров расчетной схемы к реальным условиям. Одним из эффективных способов такого исследования, широко применяемого для решения различных геотехнических задач, является метод эквивалентных материалов.
Метод эквивалентных материалов позволяет в наглядной форме изучать механизм развития различных геологических и инженерно-геологических процессов. Наиболее эффективно применение метода на стадиях детальных инже- нерно-геологических исследований, когда имеются представительные данные об объекте строительства.
Сущность метода эквивалентных материалов заключается в том, что на физических моделях с известными допущениями и при соблюдении условий подобия изучаются различные физические процессы и результаты этих исследований используются для обоснования тех или иных проектных решений. В основе метода лежит теория механического подобия Ньютона, которая предполагает геометрическое, кинематическое и динамическое подобия.
Модель грунтового массива должна представлять копию уменьшенного геологического разреза пород в натуре на всю глубину от поверхности земли до нижней границы влияния фундамента.
Моделирование осуществляется с помощью специализированного стенда (рис. 1), предназначенного для проведения лабораторных и научноисследовательских работ.
5
Рисунок 1 – Стенд для испытаний моделей фундаментов
Стенд позволяет проводить испытания различных типов фундаментов и подземных сооружений в условиях плоской и осесимметричной деформации.
Конструкция стенда включает в себя плоский лоток с прозрачными передней 1 и задней 2 стенками, выполненные из оргстекла толщиной 50 мм. Для исключения деформирования стенок опорная рама стенда усилена двумя стальными решетками 3, в узлах которых установлены зажимные винты 4.
Внешняя нагрузка создается ступенями при помощи редуктора под управлением шаговым двигателем 6 (рис. 2), при этом может прикладываться как вдавливающая, так и выдергивающая, вертикально или наклонно направленная нагрузка. Вертикальное перемещение модели фундамента измеряется датчиком перемещения 7, а нагрузка датчиком силы 8. Деформация (осадка) поверхности грунта измеряется датчиками перемещения, которые закрепляются на траверсе 9.
Датчики перемещения 7 и силы 8 подключаются через блок электроники и интерфейс к персональному компьютеру. Модель фундамента прикрепляется с помощью переходника 5 к датчику силы и шаговому двигателю. Для выгрузки песчаного грунта или иного сыпучего материала в основании стенда предусмотрены два открывающихся люка и два контейнера.
6
Рисунок 2 – Конструкция загрузочного устройства
Управление процессом испытаний осуществляется автоматизировано посредством электронно-преобразующего блока на 8 каналов и ноутбука с установленной программой Geotek-Foundation, которая разработана в среде Lab
View.
Программа Geotek-Foundation организует работу с датчиками вертикальной деформации, датчиками вертикальной нагрузки и шаговым двигателем, которые подключены к электронно-преобразующему блоку. Пример рабочего окна программы представлен на рис. 3.
Рисунок 3 – Окно программы Geotek-Foundation: процесс испытания
С помощью Geotek-Foundation оператор стенда осуществляет:
управление процессом испытаний (нагружением и разгрузкой) моделей фундамента и основания;
7
ввод и хранение данных об испытаниях;
визуализацию процесса испытания;
протоколирование хода испытания и хранение протокола.
Порядок выполнения работы
1Лоток стенда заполняется песчаным грунтом с послойным уплотнением до проектной отметки подошвы фундамента.
2Модель фундамента прикрепляется к переходнику шагового двигателя и выводится в проектное положение, после чего производится засыпка и уплотнение песчаного грунта до проектной отметки земной поверхности.
3Датчики перемещений закрепляются на траверсе стенда в соответствии
спринятой схемой установки.
4Стенд, блок электроники и ноутбук подключаются к системе электропи-
тания.
5Открывается окно программы Geotek-Foundation на закладке «Схема – нагружения».
6Создается схема нагружения модели фундамента в соответствии с индивидуальным вариантом (табл. 1).
Таблица 1 – Индивидуальные варианты для создания схемы нагружения модели фундамента
№ вари- |
Количество ступеней |
Величины нагрузок по ступеням, кПа |
|
анта |
нагружения |
||
|
|||
1 |
2 |
3 |
|
1 |
3 |
100, 170, 240 |
|
2 |
3 |
110, 190, 280 |
|
3 |
3 |
250, 300, 350 |
|
4 |
3 |
350, 400, 450 |
|
5 |
3 |
400, 450, 500 |
|
6 |
3 |
75, 150, 225 |
|
7 |
3 |
100, 125, 150 |
|
8 |
3 |
125, 150, 175 |
|
9 |
3 |
150, 175, 200 |
|
10 |
3 |
175, 200, 225 |
|
11 |
3 |
200, 225, 250 |
|
12 |
3 |
225, 250, 275 |
|
13 |
3 |
250, 275, 300 |
|
14 |
3 |
275, 300, 325 |
|
15 |
3 |
300, 325, 350 |
|
16 |
3 |
325, 350, 375 |
|
17 |
3 |
350, 375, 400 |
|
18 |
3 |
375, 400, 425 |
|
|
3 |
400, 425, 450 |
|
19 |
4 |
50, 100, 150, 200 |
|
20 |
4 |
100, 200, 300, 400 |
|
21 |
4 |
100, 150, 200, 250 |
|
22 |
4 |
150, 200, 250, 300 |
|
23 |
4 |
250, 300, 350, 450 |
|
24 |
4 |
300, 350, 400, 450 |
8
|
|
Окончание табл. 1 |
|
1 |
2 |
3 |
|
25 |
4 |
350, 400, 450, 500 |
|
26 |
4 |
375, 400, 425, 450 |
|
27 |
4 |
400, 425, 450, 475 |
|
28 |
4 |
425, 450, 475, 500 |
|
29 |
4 |
60, 90, 120, 150 |
|
30 |
5 |
50, 100, 150, 200, 250 |
|
31 |
5 |
100, 200, 300, 400, 500 |
|
32 |
5 |
100, 150, 200, 250, 300 |
|
33 |
5 |
150, 200, 250, 300, 350 |
|
34 |
5 |
200, 250, 300, 350, 400 |
|
35 |
5 |
250, 300, 350, 400, 450 |
|
36 |
5 |
300, 350, 400, 450, 500 |
|
37 |
5 |
200, 225, 250, 275, 300 |
|
38 |
5 |
225, 250, 275, 300, 325 |
|
39 |
5 |
250, 275, 300, 325, 350 |
|
40 |
5 |
275, 300, 325, 350, 375 |
|
7Проверяются показания датчиков силы и перемещений.
8Запускается процесс испытания.
9По результатам испытаний формируется отчет в табличной форме (табл.
2)с помощью программы Geotek-Foundation.
Таблица 2 – Результаты испытаний модели фундамента
№ ступени |
Нагрузка, кПа |
Величина вертикальных перемещений, мм по датчику № |
||||||||||
1 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10Выполняется анализ полученных данных, строятся графики зависимости осадки фундамента и деформирования земной поверхности от нагрузки в соответствии с индивидуальным заданием.
11На основании анализа делается вывод о закономерностях деформирования модели фундамента под промежуточную опору моста и деформирования земной поверхности при ступенчатом режиме нагружения.
9
Лабораторная работа № 2
Исследование внутренней структуры элемента железобетонного фундамента радиолокационным методом
Цель работы: Исследовать внутреннюю структуру элемента железобетонного фундамента с включением арматуры, скрытых предметов и пустот с помощью голографического радиолокатора «Раскан-5».
Оборудование и материалы:
1Прибор «Раскан-5».
2Ноутбук со специализированным программным обеспечением.
3Железобетонный элемент фундамента с внутренними пустотами и инородными включениями.
Оборудование, входящее в комплект поставки прибора «Раскан-5» представлено в табл. 3.
Таблица 3 – Комплектация голографического радиолокатора «Раскан-5»
№ |
Внешний вид |
Наименование |
|
п/п |
|||
|
|
||
|
|
|
|
1 |
|
Датчик |
|
|
|
|
|
2 |
|
Блок управления |
|
|
|
|
|
3 |
|
Плоская насадка к датчику |
|
|
|
|
|
4 |
|
Угловая насадка к датчику |
|
|
|
|
|
5 |
|
Кабель для соединения блока управ- |
|
|
ления с датчиком |
||
|
|
||
|
|
|
|
6 |
|
Кабель для соединения блока управ- |
|
|
ления и компьютера |
||
|
|
||
|
|
|
10