Исследование сопротивления вертикальным нагрузкам бипирамидальных свай

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ВИННИЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

УДК 624.154

нагрузкам бипирамидальных свай

Специальность 8.0921 - «Строительство».

Диссертация на соискание ученой степени

магистра

Научный руководитель

доктор технических наук,

профессор Друкованый М.Ф.

Винница - 1999

Вступление ...................................................................................

Раздел 1. Аналитический обзор состояния вопроса .....................

1.1. Применение коротких свай в промышленном и

гражданском строительстве ...........................................

1.2. Методы расчета сопротивления коротких

забивных свай ................................................................

1.3. Применения численных методов расчета свай

и свайных фундаментов ..................................................

Задачи исследований ............................................................

Раздел 2. Применение МГЭ в расчетах сопротивления

бипирамидальных свай .....................................................

2.1. Общий алгоритм определения сопротивления

бипирамидальных свай вертикальным нагрузкам с

использованием МГЭ ......................................................

2.2. Расчет бипирамидальных свай на ЭВМ ..........................

2.2.1. Структура программы .........................................

2.2.2. Дискретизация поверхности сваи .......................

2.2.3. Формирование матрицы коэффициентов

влияния и свободных коэффициентов СЛАУ ...

2.2.4. Определение напряжений на поверхности

сваи ......................................................................

2.2.5. Определение общего сопротивления сваи ........

Раздел 3. Результаты теоретических исследований  

сопротивления бипирамидальных свай ..........................

Общие выводы ..............................................................................

Список использованной литературы ..............................................

Приложение А…………………………………………………………….

Приложение Б……………………………………………………………..
Вступление

В промышленном и гражданском строительстве широко применяются фундаменты мелкого заложения, которые устраиваются на грунтах природной структуры. Вместе с тем, на основании сравнения технико-экономических показателей вариантов фундаментов мелкого заложения и фундаментов из коротких свай призматической формы выявлено, что свайные фундаменты экономичнее, если глубина заложения фундаментов на естественном основании больше 1,7 ... 2,0 м. В связи с этим, забивные сваи нашли широкое применение в жилищном строительстве. При возведении жилых зданий в большинстве областных центров Украины применение забивных свай составляет 80%, а фундаментов мелкого заложения 20%. Однако, сваи призматической формы при взаимодействии боковой поверхностью с окружающим грунтом, передают незначительные нагрузки. Силы трения мобилизуются не в полной мере, так как при забивке свай, в её верхней части, имеются зазоры на контакте боковой поверхности с грунтом. Кроме того, поверхность сваи не имеет угла наклона к вертикали, т. е. нет условий для формирования нормальной составляющей усилия, действующего на сваю.

Как показывает опыт применения пирамидальных свай, конструкции разработанной в Одесском инженерно-строительном институте, их эффективность выше призматических, за счет устранения зазора на контакте и создания нормальных сил при наклоне граней боковой поверхности к вертикали 7 - 11%.

Пирамидальные сваи имеют эффективное применение при возведении гражданских зданий и жилых домов, высотой до 5-и этажей, а также при возведении сельскохозяйственных объектов. Удельное сопротивление пирамидальных свай (т. е. отношение нагрузки к объему погруженной части сваи) в 2 ... 3 раза выше чем призматических свай.

Опыт применения призматических свай с забивными оголовками позволил выяснить, что несущая способность такой сваи возрастает не только за счет увеличения площади (забивного оголовка), но изменятся и условия работы грунта, примыкающего к боковой поверхности сваи, силы трения реализуются больше.

В этом направлении развития эффективной сваи выполнены начальные исследования, на основании которых разработана конструкция бипирамидальной сваи. Удельное сопротивление бипирамидальных свай в 2,0 ... 2,5 раза больше пирамидальных свай и в 4,0 ... 5,0 раз больше сопротивления призматических свай. Однако, широкое внедрение бипирамидальных свай в строительство сдерживается из-за отсутствия надежных методов расчета. В настоящее время, действительную работу свай и их оснований возможно решить путем использования усложненных расчетных схем взаимодействия системы "свая-основание". Для этого как правило используют современные численные методы: метод конечных разностей (МКР), метод конечных элементов (МКЭ) и метод граничных элементов (МГЭ).

Раздел 1. Аналитический обзор состояния вопроса