CC BY
22
ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПА СНОСТЬ
УДК 624.15
Е.Д. Воробьев, канд. техн. наук, доц., (4722) 30-11-61, vorobev@bsu. edu .ru (Россия, Белгород, НИУ «БелГУ»), Н.Н. Хлебников, асп., [email protected]
(Россия, Белгород, НИУ «БелГУ», ООО «Центрогипоруда»)
ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ «ЗДАНИЕ - УПРУГОЕ ОСНОВАНИЕ» ПРИ ЗАПРОЕКТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
Рассмотрены комплексное экспериментально-теоретическое исследование поведения элементов системы «здание - упругое основание» при сложных конфигурациях здания и инженерно-геологических условиях, определение напряженно-деформированного состояния в основных несущих элементах в течение всего срока возведения здания, а также во время эксплуатации.
Ключевые слова: деформации, осадки, система «здание - упругое основание», диафрагма жесткости.
В настоящее время теория расчета строительных конструкций и нормативная база для их проектирования опираются в основном на положения метода предельных состояний. Главной задачей такого расчета является исключение наступления предельных состояний для эксплуатируемых природно-технических систем. Между тем, такой подход уже не отвечает современным требованиям. Помимо участившихся катастроф природного характера, значительно возросла вероятность возникновения опасностей техногенного характера, в том числе опасностей, связанных с террористическими проявлениями. Необходимы новые, концептуально-методологические подходы к обеспечению конструктивной безопасности природно-технических систем с оценкой их силового и средового сопротивления в расширенном функциональном пространстве. Если при формулировке понятия «безопасность» исходить из императива приемлемого риска, то в более широком смысле этого термина в понятие «конструктивная безопасность» должно включаться также и понятие «живучесть» при-родно-технической системы. Под термином «живучесть» в работе понима-
ется свойство природно-технической системы выполнять заданные функции в течение эвакуационного промежутка времени в полном или ограниченном объеме при отказе одного или нескольких элементов, т.е. характеризующееся количеством локальных разрушений природно-технической системы.
В последнее время ведется крупномасштабное строительство высотных зданий в сложных инженерно-геологических условиях. На практике при выполнении расчетов строительных конструкций с помощью программных комплексов выявляются некоторые погрешности в расчетах. При использовании различных моделей результаты расчета для сложных объектов могут значительно отличаться от их реальной работы, вследствие чего могут возникнуть аварийные ситуации, как в ходе строительства, так и при эксплуатации.
Данная проблема является актуальной практически для любого строительства/эксплуатации здания на территории РФ. На стадии проектирования необходимо учитывать совместную работу природно-технической системы "здание - упругое основание". В настоящее время освещаемой проблеме не уделяется должного внимания. Недостаточно изученным в настоящее время является также напряженно-деформированное состояние диафрагм жесткости.
Необходимо разработать методику, которая полноценно отвечала бы на поставленные вопросы, была легка в использовании и имела достоверность, достаточную для использования в проектно-строительном деле.
Для необходимой точности на начальном этапе исследований с помощью геометрического нивелирования природно-техническую систему «здание - упругое основание» исследуем по отдельности - как напряжение фундамента, так и напряжение в конструкции.
Если исследуемая конструкция обладает достаточно большими размерами (многосекционный дом, многоэтажное здание, корпуса заводских помещений), выявляем «слабые» точки фундамента, и исходя из всего вышеперечисленного предполагаем проявления негативных моментов в конструкции. Анализируем опыт предыдущих исследований, выявляем основные элементы, подверженные деформации.
Рассматриваем предполагаемые проявления запроектных напряжений в исследуемой конструкции. В зависимости от характера развития неравномерной осадки и от жесткости сооружения возникают деформации и смещения сооружений следующих простейших форм: прогиб, выгиб, перекос, крен, кручение, горизонтальные смещения фундаментов. Необходимо при изучении напряжений в конструкции и, как следствие, негативных проявлений в системе «здание - упругое основание» вышеуказанных сил на начальном этапе выявить виды смещения конструктивных элементов, либо сооружения в целом. Хотелось бы пояснить, почему данный аспект рассматривается отдельно и предполагается в ходе исследования на
начальном этапе. Изучение конструктивной безопасности посредством точных измерений и, как следствие, создание «базы данных» для дальнейшего применения - достаточно трудоемкие процессы. Ради экономии материальных затрат первой должна быть стадия геотехнического контроля -геометрическое нивелирование. С помощью этого метода, на данный момент самого точного и повсеместно работающего, получаем осадки сжимающей толщи.
Получив определенные данные, анализируя опыт предыдущих исследований, предполагаем проявление негативных напряжений в конструкции непосредственно исследуемого сооружения. В данном случае изучаем конструктивный элемент «диафрагма жесткости». Существуют лишь теоретические основы расчета напряжений в данном элементе. Практические же исследования не проводились. А изучение системы «здание - упругое основание», где часть системы «здание» представлена диафрагмой жесткости, не проводилось вовсе.
Для предполагаемого исследования был выбран жилой комплекс «Парковый» по ул. Садовая, 3а в г. Белгороде. Инженерно-геологические изыскания выполнены ООО «Белгородстройизыскания». Были выполнены следующие работы:
1) предварительная разбивка и планово-высотная привязка выработок;
2) бурение скважин, отбор монолитов грунта;
3) статическое зондирование установкой TEST - K2;
4) лабораторные испытания грунтов проведены в соответствии с действующими нормативными документами и ГОСТами. Для получения сравнительных характеристик прочностных и деформационных свойств грунтов в лабораторных условиях выполнены испытания грунтов на обычных сдвиговых и компрессионных приборах и приборах трехосного сжатия - стабилометрах - согласно ГОСТ 12248(таблица). Геофизические работы выполнялись с целью уточнения инженерно-геологических разрезов, полученных при выполнении инженерно-геологических изысканий и определения коррозионной активности грунтов по отношению к металлическим конструкциям;
5) для определения деформируемости грунта в полевых условиях выполнены испытания грунтов штампом S=600 см2 согласно ГОСТ 2027699.
Исходя из рекомендаций ООО «Белгородстройизыскания», стоит отметить несколько факторов, имеющих непосредственное влияние на исследование напряжений в системе «здание - упругое основание»;
1) по совокупности природных факторов участок проектируемого строительства согласно СП 11.105-97 соответствует III категории сложности, т.е. категории сложности инженерно-геологических условий;
2) суглинок ИГЭ-2 в условиях замачивания водой при нагрузках обладает просадочными свойствами. Начальное просадочное давление, при котором проявляются просадочные свойства суглинка при замачивании, составляет 0,16 МПа (1,6 кг/см ). Просадка суглинка от собственного веса при замачивании будет практически отсутствовать. Тип грунтовых условий по просадочности - 1 (по СНиП 2.02.01-83*);
3) суглинок ИГЭ-2а в условиях замачивания водой при нагрузках обладает слабопросадочными свойствами. Начальное просадочное давление, при котором проявляются просадочные свойства суглинка при замачивании, составляет 0,30 МПа (3,0 кг/см ). Просадка суглинка от собственного веса при замачивании будет практически отсутствовать. Тип грунтовых условий по просадочности - 1 (по СНиП 2.02.01-83*);
4) при применении фундаментов в виде монолитной плиты в проекте рекомендуется предусмотреть комплекс конструктивных мероприятий для предупреждения возможных неравномерных осадок различных частей зданий;
5) если проектной организацией будет принят свайный тип фундаментов, в качестве естественного основания для нижних концов забивных железобетонных свай рекомендуется использовать мел ИГЭ-8 (рис. 1).
Характеристики грунтов
№ ИГЭ Номенклатурный вид грунта Плотность, т/м3 Модуль деформации, МПа Параметры среза Коэффициент Винклера-Циммермана, т/м3
Удельное сцепление, кПа Угол внутреннего трения, град.
1 Насыпной грунт 1,84 - - - -
2 Суглинок твердый, просадочный 1,70/1,68 14/9 19/17 19/17 -
2а Суглинок мягкопла-стичный слабопроса-дочный 1,80/1,77 13/9 18/15 18/16
3 Суглинок легкий твердый плотный 1,97/1,96 -/28 35/30 23/20 16500
4 Суглинок тяжелый твердый 1,94/1,93 -/20 32/27 20/17 11650
5 Супесь твердая 1,93/1,91 24/22 14/12 24/22 13150
6 Песок пылеватый плотный 1,85/1,80 -/34 6/4 36/33 19100
7 Песок средней крупности плотный 1,90/1,85 -/42 3/2 37/34 23900
8 Мел 1,69/1,67 -/15 19/15 20/17 10300
Основываясь на предоставленных данных об инженерно-геологических условиях, предполагаем, что осадки подстилающей толщи за счет неоднородности основания исключены при конструктивном решении фундамента в виде свай. Значит, предполагаемые осадки фундамента стоит связывать и рассматривать из-за неоднородности напряжения грунтов в основании.
Для получения экспериментальных данных о напряженно-деформированном состоянии природно-технической системы «здание - упругое основание» применяем датчики ДДБЛ (датчик деформации бетона лабораторный). Датчики были установлены в следующих конструктивных элементах исследуемой конструкции:
- диафрагма жесткости: датчик по оси Х (горизонтальный), датчик по оси У (вертикальный);
- несущая колонна: установлен датчик для тарирования вертикальных напряжений, которые достаточно хорошо изучены и могут быть использованы для анализа главного измерения (рис. 2).
Скв. и с.з. 3126
С-з- 3125а 176,4 I Г 176.0 ...................у, ■„■,"„*,
29,0 | 20,0 | 23.0
Рис. 1. Инжнерно-геологический разрез под строительство исследуемого сооружения - 4-й блок секции ж/к «Парковый»
В ходе исследования были получены экспериментальные данные, которые возможно использовать при проектировании и строительстве в сложных инженерно-геологических условиях. На основе полученных данных будет разработана методика расчета природно-технической системы «здание - упругое основание», учитывающая ее совместную работу.
Рис. 2. Схема расположения тензометров в конструктивных элементах исследуемого сооружения
Для повышения надежности и экономической эффективности сооружений необходимо полноценное представление о напряженно-деформированном состоянии основания, фундамента и надземных несущих конструкций сооружений, которое можно получить, выполнив совместные расчеты, учитывающие пространственный характер и физическую нелинейность работы природно-технической системы «здание - упругое основание».
Список литературы
¡.Кабанов, В.А. Взаимосвязь и техническое регулирование уровней надежности и безопасности несущих конструкций // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения: материалы международных академических чтений. Курск, 2006. С. 59-64.
2.Белостоцкий, A.M. Прогнозное математическое моделирование состояние и техногенной безопасности ответственных объектов и комплексов мегаполиса // Вестник МГСУ. 2006. Вып. 3. С. 40-61.
3.Конструкционная безопасность каркасов жилых зданий / В.М. Бондаренко [и др.] // Бюллетень строительной техники. 2004. №1 (833). С. 8-11.
4. Готман Н.З., Готман А.Л., Давлетяров Д.А. Учет совместной работы здания и основания в расчетах фундаментов при образовании карстовых деформаций // Труды Международной конференции по геотехнике «Взаимодействие сооружений и оснований: методы расчета и инженерная практика». М. - СПб, 2005. С. 69-74.
E.D. Vorobiev, N.N. Khlebnikov
RESEARECH OF CONSTRUCTIVE NATURE-TECNICAL SECURITY SYSTEMS "BUILDING-ELASTIC FOUNDATION" AT-DESIGN EXPOSURES
The complex experimental and theoretical study of the behavior of elements of the system "building-elastic foundation" for complex configurations of the building and engineering-geological conditions, determination of the stress-strain state in the main load-bearing elements for the duration of the erection of the building, as well as during operation was considered.
Keywords: deformation, precipitation, system "building - elastic foundation", diaphragm stiffness.
Получено 10.05.12
УДК 622.411
Б.П. Казаков, д-р техн. наук, зав. лаб., (342)216-73-86, aero [email protected] (Россия, Пермь, Горный институт УрО РАН), А.В.Шалимов, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., 8912-48-58-977, [email protected] (Россия, Пермь, Горный институт УрО РАН)
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ РАСЧЁТА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЭЖЕКТОРНЫХ УСТАНОВОК В РУДНИКАХ
Представлены и проанализированы различные математические модели процесса эжектирования воздуха в условиях рудничного проветривания. Показано, что в основе всех моделей лежат два закона сохранения - энергии и импульса. На основании результатов анализа предложено развитие модели эжекции на базе закона сохранения импульса.
Ключевые слова: кинетическая энергия, эжекционный эффект, аэродинамическое сопротивление, камера смешения, коэффициент эжекции, напорная характеристика.
В настоящее время эжекционный эффект широко используется в различных областях промышленности как экономичный и достаточно эффективный способ преобразования кинетической энергии струи жидкости
