CC BY
15
Вюник Придшпровсько!' державно! академй' будiвництва та архггектури, 2017, № 4 (231-232) ISSN 2312-2676 УДК 624.154.1:137.37
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ОСНОВИ ФРАГМЕНТУ ПАЛЬОВОГО ФУНДАМЕНТУ ПРИ ПОЕТАПНОМУ НАВАНТАЖЕНН1
ЙОГО ЕЛЕМЕНТ1В У ЛОТКУ
СеДЩ В. Л.1 д. т. н, проф., Б1КУС К. М.2, к. т. н, доц., КОВБА В. В.3*, асп.
1 Кафедра основ i фундаменпв, Державний вищий навчальний заклад «Придтпровська державна академш будiвництва та архлектури», вул. Чернишевського, 24-а, Дтпро, 49600, Укра!на, ORCID ID: 0000-0003-2293-7243
2 Кафедра основ i фундаменпв, Державний вищий навчальний заклад «Придтпровська державна академш будiвництва та архггектури», вул. Чернишевського, 24-а, Дтпро, 49600, Укра!на, ORCID ID: 0000-0003-1287-666Х
3 Кафедра основ i фундаменпв, Державний вищий навчальний заклад «Придншровська державна академТя будiвництва та архпектури», вул. Чернишевського, 24-а, Дтпро, 49600, Укра!на, тел. +38(056)756-33-43, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-5140-8140
Анотащя. Постановка проблеми. Дослвдження змши напружено-деформованого стану (НДС) основи модел фрагмента пальового фундаменту (ПФ) залежно втд змши послвдовносп навантаження його елементiв. Методика. У лабораторних умовах в об'емному лотку проведено три сери випробувань моделей фрагменпв (ПФ), що рТзнилися сполученнями навантажень, площею навантаження грунту тд плитою ростверку i залученням до роботи моделi палi. Результати. Лабораторно дослвджено змТну НДС основи моделi фрагмента ПФ залежно вгд змши послвдовносп навантаження його елементiв та вплив попереднього статичного навантаження палi на зниження !'!' осiдання у склада фрагмента ПФ. Наукова новизна. Сери випробувань моделей фрагменпв ПФ за поетапного навантаження !'х елеменпв (II i III серiя) показали, що така послдовшсть навантаження дозволяе фрагменту ПФ сприймати 6шьшТ навантаження за умови однакових значень оадань. Моделi фрагмента ПФ, у яких додатково навантажувалася паля (III серiя), показали здатнiсть сприймати ще 6шьшТ навантаження порТвняно з II серiею. Практична значим^ть. За умови поетапного залучення до роботи вах елеменпв фрагмента ПФ виникае попередньо напружений стан основи (додатковi дотичт напруження) навколо моделi палi на деякому пром1жку, який сприяе перемiщенню моделi палi, не з'еднано! з фрагментом плити. Лабораторно пвдтверджено залежнiсть про те, що чим бшына площа навантаження грунту тд плитою ростверку, тим 6шьшТ перемiщення моделi пал^ не з'еднано! з фрагментом плити. У реальному 6удтвництвт цей ефект може використовуватися для попереднього навантаження паль i сприяти вирiвнюванню ос1дань паль у межах пальового поля ще до передачi експлуатацiйних навантажень.
Ключов1 слова: поетапне навантаження фрагмента пальового фундаменту; dodamKoei дотичт напруження; модель nani, не з'еднана з фрагментом плити
ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВАНИЯ ФРАГМЕНТА СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА ПРИ ПОЭТАПНОМ НАГРУЖЕНИИ ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ В ЛОТКЕ
СЕДИН В. Л.1, д.т.н., проф., БИКУС Е. М.2, к.т.н., доц., КОВБА В. В.3*, асп.
1 Кафедра оснований и фундаментов, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, Днипро, 49600, Украина, ORCID ID: 0000-0003-2293-7243
2 Кафедра оснований и фундаментов, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, Днипро, 49600, Украина, (ORCID ID: 0000-0003-1287-666Х
3 Кафедра оснований и фундаментов, Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, Днипро, 49600, Украина, тел. +38(056)756-33-43, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-5140-8140
Аннотация. Постановка проблемы. Исследование изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) основания модели фрагмента свайного фундамента (СФ) в зависимости от изменения последовательности нагружения его элементов. Методика. В лабораторных условиях в объемном лотке проведены три серии испытаний моделей фрагментов СФ, различающиеся сочетанием нагрузок, площадью нагружения грунта под плитой ростверка и включением в работу модели сваи. Результаты. Лабораторно исследовано изменение НДС основания модели фрагмента СФ в зависимости от изменения последовательности нагружения его элементов и влияние предварительного статического нагружения сваи на снижение ее осадки в составе фрагмента СФ. Научная новизна. Серии испытаний моделей фрагментов СФ, при поэтапном
нагружении их элементов (II и III серия) показали, что такая последовательность нагружения позволяет фрагменту СФ воспринимать большие нагрузки при одинаковых значениях осадок. Модели фрагмента СФ в которых дополнительно нагружалась свая (III серия), показали способность воспринимать еще большие нагрузки в сравнении со II серией. Практическая значимость. При поэтапном включении в работу всех элементов фрагмента СФ возникает предварительно напряженное состояние основания (дополнительные касательные напряжения) вокруг модели сваи на некотором промежутке, способствующее перемещению модели сваи, не соединенной с фрагментом плиты. Лабораторно подтверждена зависимость: чем больше площадь нагружения грунта под плитой ростверка, тем больше перемещение модели сваи, не соединенной с фрагментом плиты. В реальном строительстве такой эффект может полезно использоваться для предварительного нагружения свай и способствовать выравниванию осадок свай в свайном поле еще до передачи эксплуатационных нагрузок.
Ключевые слова: поэтапное нагружение фрагмента свайного фундамента; дополнительные касательные напряжения; модель сваи, не соединенной фрагментом плиты
INVESTIGATION OF STRAIN STATE OF BASE OF THE FRAGMENT'S MODEL OF THE PILE FOUNDATION DURING STAGED LOADING OF
ITS ELEMENTS IN THE SOIL TANK
SEDIN V. L.1 Dr. Sc. (Tech.), Prof., BIKUS K. M.2, Ph. D, Assos. prof., KOVBA V. V.3 , postgraduate student,
1 Foundation Engineering Department, Pridniprovs'k State Academy of Civil Engineering and Architecture, 24A, Chemishevskogo str., Dnipro, 49600, Ukraine, ORCID ID: 0000-0003-2293-7243
2 Foundation Engineering Department, Pridniprovs'k State Academy of Civil Engineering and Architecture, 24A, Chernishevskogo str., Dnipro, 49600, Ukraine, ORCID ID: 0000-0003-1287-666Х
3 Foundation Engineering Department, Pridniprovs'k State Academy of Civil Engineering and Architecture, 24A, Chernishevskogo str., Dnipro, 49600, Ukraine, +38(056)756-33-43, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-5140-8140
Summary. Purpose. Changes of stress strain state of the fragment's model of the pile foundation's base depending on load sequence change should be investigated. Methodology. There are laboratory three test runs of the fragment's model of the pile foundation carried out at the soil tank, unlike staged of loading and square of weight square on the soil under the plate raft with the including of pile. Results. There are laboratory confirmations of change of strain-stress state of pile foundation base depending on its elements' load sequence change and confirmations of the influence of piles preloading on their settlement reduction. Originality. Carried out series of tests under the spatial invert with step-by-step loading of model elements of pile foundation fragments (the II and III test runs) showed that such sequence of foundation load allows it to take heavier loads under the condition of the same values of settlement. The model of pile foundation's fragment with additional loading of pile (III test run) showed that such sequence of foundation load allows it to take heavier loads in comparison to the I test run. Practical value. Upon condition of staged including of all elements of the pile foundation, prestressed strain state (additional skin frictions), around the model of the pile, at some point, which facilitates the movement of the pile's model, not connected with the plate. There are laboratory confirmations of dependencies that the more the weight square under the plate is, the greater the displacement of pile's fragment. This effect can be useful for preloading piles in the real building, and to help align the piles' settling within the limits of the pile field, before the transfer of operational loads.
Keywords: staged loading of the pile foundation's fragment; additional skin frictions; model of the pile not connected with the plate's fragment
Вступ. Стр1мке зростання
багатоповерхового i висотного 6уд1вництва потребуе бшьш ретельного врахування абсолютных деформацш i майже ювелiрного прогнозування вщносних нерiвномiрних осщань пальових фундаментсв (ПФ). Для таких будiвель зазвичай проектують ПФ з плитними ростверками тд усю будiвлю чи тд частини будiвлi з найбшьш зосередженими навантаженнями вщ конструкцш. Експлуатащя ПФ iз плитними
ростверками на слабких грунтах та у складних шженерно-геолопчних умовах може спричинити осщання грунту основи тд плитою ростверку в експлуатацшний перюд [12], в результат чого утворюються порожнини i плита ростверку втрачае можливють передавати навантаження на грунт, i в разi перевищення осщань допустимих меж може спровокувати руйнування конструкцш.
Геотехшчне будiвництво - це галузь, яка потенцшно мае велию запаси pecypciB грунтових основ, наданих нам природою, та несно'1 здатностi фyндаментiв пiд час ïx спiльноï роботи з основами та наземними конструкщями. Вiдомо, що плита ростверку може забезпечувати додатковий резерв несноï здатносп фундаменту.
Професор I. П. Бойко наголошуе на тому, що бyдiвля зазвичай зумовлюе якусь одну величину осщання, i система ПФ, яка мае три складовi (отр пiд нижнiм торцем, уздовж бiчноï поверxнi й пiд ростверком), при цьому не може бути мобшзована одночасно. За таких обставин щось обов'язково недораховуеться i потенщал шших складових ПФ обов'язково використовуеться не повшстю. Загалом це спричинюе збiльшення перевитрат на зведення ПФ, а залучення до роботи елементiв ПФ для використання резервiв несно'1' здатносп й ресyрсiв основ набувае сьогодш першочергового значення [3]. Тому наразi у багатьох кранах свiтy ефективним i ращональним рiшенням е використання ПФ iз залученням до роботи ростверку та застосовування констрyкцiй з можливютю регулювання напружено-деформованого стану (НДС) ïx основ.
Анал1з останн1х джерел досл1джень i публжацш. Для повноцiнного
використання ресурав основ та рацiонального проектування ПФ слщ ураховувати не тiльки послщовшсть зведення бyдiвель iз поступовим наростанням жорсткосп i зростанням ïx загально! ваги, а й послiдовнiсть залучення до роботи елементiв ПФ. 1нженерно залучення до роботи всix елемешив ПФ досягаеться шляхом поетапного
навантаження плитного ростверку за умови вiдсyтностi з'еднання з палями. Дослщженням НДС основ таких фундаменпв займались F. Gonzalez, I. П. Бойко, В. В. Лушшков, I. В. Маевська, H. Brandl, М. С. Метелюк, В. П. Петрухш, О. В. Самородов, та ш. [1; 2; 4; 5; 8].
Навантаження таких конструкцш невщ'емно пов'язане з виникненням перемщень палi за рахунок утворення
додаткових дотичних напружень уздовж 6Í4HOÍ поверхш палi при довантаженш грунтово! основи довкола голв паль, що в багатьох джерелах зус^чаеться як явище негативного тертя [6; 6; 9-11]. Особливий штерес викликають роботи Б. В. Бахолдша, В. I. Бермана, B. H. Fellenius, M. Bozozuk, J. J. Correa, J. F. Rodriguez та ш.
Попередш дослiдження з числового моделювання НДС основи при навантаженш плитного ростверку, не з'еднаного з палями [1], зафшсували перемiщення паль
Видшення не вирiшених ран1ше частин загальноТ проблеми. Дослiдження НДС основ паль, не з'еднаних Í3 ростверком, включають: навантаження плити ростверку i íi осiдання; об'еднання паль з ростверком i подальше навантаження ПФ. Цшаво лабораторно прослщкувати, як змшиться НДС ПФ за умови попереднього статичного навантаження паль (до 1х об'еднання з ростверком)?
Постановка завдання. У зв'язку з цим роботу присвячено продовженню дослщження числових залежностей [1] i впливу попереднього статичного
навантаження паль на зниження 1х осщань у складi ПФ. Для цього необхщно лабораторно дослщити змiну НДС основи моделi фрагмента ПФ залежно вщ змiни послiдовностi навантаження його елементсв, провести три серп випробувань в умовах об'емного лотка.
Основний матерiал i результати. Дослщження взаемодп моделей елементiв фрагменпв ПФ проводили в лотку кругло! в плаш форми. Дiаметр моделi палi ёп = 25 мм, а довжина 1п = 640 мм. Лоток - металева емшсть цилшдрично! форми дiаметром 520 мм i висотою - 810 мм, яка складаеться з трьох частин: роз'емний корпус iз сегмешив округло! форми, яю з'еднанi мiж собою за допомогою шарнiрiв, i дна iз листово! сталi (рис. 1). Внутршш розмiри лотка складають 500 х 800 мм. У перiод дослiджень пiщаний грунт порушено! структури укладався зi щiльнiстю сухого грунту pd = 1,41 г/см3 при вологосп W = 0,09. Лоток заповнювали шарами грунту по 20 мм товщиною, пiсля чого
ущшьнювали ручною трамб1вкою масою 3 кг. Контроль за яюстю укладеного грунту
виконувався шляхом вщбирання зразюв у р1зальн1 кшьця.
_ I J
а б
Рис. 1. До^дний стенд для випробування: а - схема стенду; б - фото: 1 - лоток цилтдрично! форми; 2 - модель палг; 3 - модель фрагмента плити; 4 - динамометр ДОСМ 3-5; 5 - домкрат ггдравлгчний; 6 - тдикатори (для визначень перемгщень плити); 7 - тдикатор (для визначень перемщень палг); 8 - напрямш елементи для ргвномгрного перемгщення
плити; 9 - опора домкрата з фжсатором (пластина 12 мм)
Для проведення експерименту було виготовлено три варiанти конструкцш фрагменпв плит (товщиною 10 мм) з отворами у цен^ ^аметром 27 мм) рiзних розмiрiв, фото яких зображено на рисунку 2. Розмiри фрагменпв плит залежно вщ площi навантаження грунту складають: дiаметр 75 мм - площа 38,4 см2 (рис. 2 а), дiаметр 125 мм - площа 116,9 см2 (рис. 2 б), дiаметр 175 мм - площа 234,7 см2 (рис. 2 в). Кожний фрагмент плити оснащено металевою пластиною товщиною 15 мм (рис. 2), за допомогою яко'1 контролюеться залучення моделi палi до роботи.
Статичне навантаження на фрагмент модел1 плити передавалося за допомогою г1дравл1чного домкрата з максимальним навантаженням 5 т, який встановлювався на плиту i спирався у систему упорних балок анкерного стенда (рис. 1). Етапи прикладання навантаження на фрагмент плити контролювали по динамометру зразковому мехашчному ДОСМ 3-5 (для плит дiаметром 125 та 175 мм) та ДОСМ 3-1 (для плити дiаметром 75 мм) з чутливютю не бшьше 0,02 % вщ найбшьшо!' межi вимiрювання, встановленому мiж домкратом i плитою.
а б в
Рис. 2. Фото фрагме-Hmie плит залежно eid diaMempa i площi навантаження Грунту; а - 38,4 см2 (75 мм);
б - 116,9 см2 (125 мм); в - 234,7 см2 (175 мм)
Кожний ступiнь навантаження витримувався до умовно! стабшзацп осщання моделi палi. Вiдлiки знiмалися одразу тсля прикладення ступеня навантаження, а потсм з iнтервалом 30 хв.
Вертикальш перемiщення фрагмента плити фшсували двома прогиномiрами Ич 10 з точшстю 0,01 мм, установленими на реперних пристроях, перемщення палi -одним прогиномiром Ич 10 (рис. 1). За фактичне значення деформацп палi приймалося середне арифметичне по подiлках двох приладiв.
Дослщження деформованого стану основи фрагмента ПФ за поетапного
навантаження його елеменив проведено у три серп, яю наведено у таблицi 1 iз значенням максимальних осiдань фрагментiв плит 8тах за максимальних навантажень Ртах для кожного етапу, кожно! серп випробувань, для трьох варiантiв розмiрiв фрагментiв плит. Пiд час II i III серiй елементи фрагмента ПФ задiянi до роботи поступово (навантажувалась плита, не з'еднана з палею, а згодом плита i паля, з'еднаш мiж собою) (рис. 3 б, г). У III серп додатково було довантажено палю за вщсутносп з'еднання з плитою (рис. 3 в).
Таблиця 1
Значення максимальних оадань за максимальних навантажень для кожного етапу, кожноI сери
Серш випробувань Послщовшсть [ етапи навантаження фрагмента пальового фундаменту 75 мм 125 мм 175 мм
8тах, мм р 1 тах? кН Smax, мм р кН тах Smax, мм р кН ^ тах?
I плита з'еднана з палею 7,04 5,68 7,01 8,70 7,01 16,19
II 1-й етап : плита не з'еднана з палею 2,01 1,31 2,01 4,85 2,11 9,87
2-й етап: плита з'еднана з палею 7,01 5,72 7,03 9,46 7,02 16,76
III 1-й етап: плита не з'еднана з палею 2,02 1,01 2,01 4.91 2.04 9.55
2-й етап: окремо паля (ввдсутне з'еднання з плитою) 2,02 1,01 2,01 4,91 2,04 9,55
3-й етап: плита з'еднана з палею 7,01 6,01 7 9,94 7,05 17,33
а б в г
Рис. 3. Схематичне зображення поеднання навантажень елемент1в ПФ: а -I сер1я випробування; б - 1-й етап II та III сери випробувань; в - 2-й етап III серп випробувань; г - 2-й етап II серп та 3-й етап III серп випробувань
I сер1я випробувань проводилась в один етап (див. табл. 1). Навантажувалась плита, заздалегщь з'еднана з палею, до передачi статичного навантаження. Умовно НДС такого фрагмента iмiтуе поведшку фрагмента класичного ПФ, а результати
його випробування прийнято за 100 % для можливосп оцшювання результат шших серш.
За результатами спостережень за перемщеннями фрагмешив ПФ побудовано графш залежносп осщання фрагмешив плит
вщ навантаження S=f(P) для тpьoх дiaметpiв фpaгментiв плит, пapaметpи якoгo нaведенi на pиcyнкy 4.
II серiя випробувань пpoвoдилacь y два етапи (див. табл. 1). На 1-му етат нaвaнтaжyвaвcя тiльки фpaгмент плити, не з'еднаний з палею (навантаження дo пaлi не пpиклaдaлocя). Оciдaння дoведенi дo значення 8пл~2 мм (див. p^. 3 б). На 2-му етат, не зтмаючи пpиклaденoгo навантаження на 1-му етат, дo poбoти зaлyчили палю для cyмicнoï poбoти (шляхoм з'еднання плacтини) i навантажували фpaгмент плити, з'еднаний з палею (див. p^. 3 г).
Poбoтy II ^pii' випpoбyвaнь мoжнa yмoвнo вважати як плиту на rpyrnrnrn ocнoвi, apмoвaнiй палями (паля cпoчaткy е елементом apмyвaння, а пoтiм елементом кoнcтpyкцiï фундаменту).
Результати cпocтеpежень за
пеpемiщеннями елементiв фpaгментiв ПФ
зане^ш в таблицю 2, де нaведенo значення ociдaнь фpaгментiв плит за заданих навантажень кoжнoгo етапу II ^pu випpoбyвaнь для тpьoх вapiaнтiв дiaметpiв плит.
Р, кН
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Рис. 4. Графж "навантаження — оыдання " I cepiï випробувань залежно eid дiаметра плити: 1 — 75 мм ; 2 — 125 мм; 3 — 175 мм
Таблиця 2
Етапи вииpo-бувань № пп cтyиеня завантаження Poзмi pи фpaгментiв плит, залежго вщ дiaметpa мoделi пал1
75 мм 125 мм 175 мм
S, мм P L пл; кН S, пл мм P L пл; кН S, мм P пл кН Sro мм Pro кН
1-й 1 0,51 0,91 0,53 3,11 0,52 4,46 - -
2 1,02 1,14 1,04 4,06 1,12 7,72 - -
3 1,53 1,23 1,51 4,51 1,55 8,52 0,01 -
4 2,01 1,31 2,01 4,85 2,11 9,87 0,035 -
Smi+п, мм ^Рпл+Ш кН Srni+п, мм Prni+ш кН Smi+п, мм Prnrti, кН
2-й 5 2,51 2,27 2,51 6,76 2,54 11,6
6 3,01 4,06 3,02 7,88 3,03 13,71
7 3,51 4,75 3,51 8,48 3,54 15,11
S 4,02 5,13 4,02 8,98 4,01 15,62
9 4,51 5,28 4,61 9,12 4,61 16,13
10 5,01 5,4 5,02 9,32 5,04 16,25
11 5,53 5,48 5,55 9,35 5,51 16,38
12 6,01 5,58 6,07 9,38 6,03 16,5
13 6,51 5,62 6,55 9,41 6,52 16,63
14 7,01 5,72 7,03 9,46 7,02 16,76
На p^. 5 нaведенo графши зaлежнocтi S = f(P) II ^pn для тpьoх дiaметpiв фpaгментiв плит. На гpaфiкaх кpивi ^o штpихoвoï веpтикaльнoï лшп) вiдпoвiдaють 1-му етапу ^аданню тiльки фpaгментa плити Sm, ~ 2 мм вiд навантаження Pпл=1,31 кН для дiaметpa плити 75 мм (pиc. 5 а); навантаження Pm = 4,85 кН для
дiaметpa 125 мм (pra. 5 б); Pm = 9,87 кН для дiaметpa 175 мм фиа 5 в). Kp™i (толя штpихoвoï веpтикaльнoï лшп) вiдпoвiдaють 2-му етапу (ociдaнню фpaгментa фундаменту, з'eднaнoгo з палею для cyмicнoï poбoти).
Випpoбyвaння для вciх вapiaнтiв poзмipiв фpaгментiв плит пpoвoдилиcь дo
максимальних осщань р1вними
Sm.+n, max ~ 7 мм, за максимальних навантажень Рпл.+п, max = 5,72 кН для фрагменту плити д1аметром 75 мм (рис. 5 а); Рпл.+п, max = 9,46 кН для плити д1аметром 125 мм (рис. 5 б); Рпл.+п, max = 16,76 кН для плити д1аметром 175 мм (рис. 5 в).
Р, кН
0 1 1 3 4 5 6 7
S
III сер1я випробувань проводилась у три етапи (див. табл. 3). На 1-му етап навантажувався тшьки фрагмент плити, не з'еднаний з палею (навантаження до пал1 не прикладалося), до осщання £пл. ~ 2 мм (див. рис. 3 б). На 2-му етат, не зтмаючи прикладеного навантаження до плити, окремо навантажували палю до ïï осщання 8п~ 2 мм (див. рис. 3в). На 3-му етат, не зтмаючи прикладеного навантаження до фрагмента плити i пал1 на 1-му i 2-му етапах, до спшьно'1' роботи залучили палю (шляхом з'еднання пластини) i навантажували фрагмент плити i з'еднаний з палею для сумюно'1' роботи як одше'1" конструкцп (див. рис. 3г).
За навантаження моделi фрагмента плити ростверку дiаметром 175 мм було помiчено перемiщення палi Sn= 0,03 мм за рахунок обтиснення поверхнi грунту навколо голови моделi палi i виникнення додаткових дотичних напружень у грунт на деяку глибину вщ плити (рис. 5 в та табл. 2).
Р, кП
0123456789 10
Пiд час II i III серш елементи фрагмента ПФ були задiянi до роботи поступово (навантажувалась плита, не з'еднана з палею, а згодом плита i паля, з'еднат мiж собою) (рис. 3 в, г), але пщ час III серп додатково було довантажено палю за вщсутносп з'еднання з плитою (рис. 3 в).
Результати спостережень за
перемщеннями елеменив фрагменпв ПФ занесет таблицю 3, де наведено значення осщань фрагменпв плит за заданих навантажень кожного етапу III серп випробувань для трьох варiантiв розмiрiв фрагменпв плит.
Рис. 5. Графж "навантаження - оадання"II cepiï випробувань фрагментiв плит diaMempoM 75мм (a), 125мм (б), 175мм (в): 1 - оыдання плити, 2 - оыдання naлi, 3 - оадання плити i naлi, з'еднанихмiж собою
Таблиця 3
Результати III cepiï випробувань
Етаии 75 мм 125 мм 175 мм
bmpo-бувань III ccpiï мм P L пл. î кН Sro мм Pи, кН мм P пл. кН Sro мм Prn, кН мм P пл. кН Sro мм Prn, кН
1-й 0,51 0,б8 - - 0,51 3,09 - - 0,49 3,39 - -
1,01 0,84 - - 1,03 4,09 - - 1,11 б,92 - -
1,5 0,92 - - 1,54 4,51 - - 1,5б 8,4б 0,01 -
2,02 1,01 - - 2,01 4,91 0,01 - 2,04 9,55 0,03 -
2-й 2,02 1,01 0,51 0,28 2,01 4,91 0,51 0,32 2,04 9,55 0,51 0,39
2,02 1,01 1,02 0,52 2,01 4,91 1,01 0,б1 2,04 9,55 1,02 0,б7
2,02 1,01 1,51 0,71 2,01 4,91 1,5 0,88 2,04 9,55 1,52 0,91
2,02 1,01 2,02 0,92 2,01 4,91 2,01 1,03 2,04 9,55 2,12 1,11
Srni+и, мм Prni+ro кН Srni+и, мм ^Рпл+Го кН Sm+ro мм ^Рпл+Го кН
3-й 2,53 4,08 2,51 б,53 2,52 12,11
0 3,01 4,91 3,01 8,83 3,07 14,1б
1 3,51 5,48 3,51 9,45 3,б2 15,30
2 4 5,79 4,01 9,58 4,2 1б,13
3 4,52 5,92 4,72 9,72 5,12 1б,88
4 5,01 5,9б 5,1 9,79 5,9б 17,01
5 5,9б 5,99 5,8 9,8б б,52 17,14
б 7,01 б,01 7 9,94 7,05 17,33
На p^yrny б нaведенo гpaфiки зaлежнocтi S = f(F) випpoбyвaнь III ^pii' для тpьoх вapiaнтiв poзмipiв фpaгментiв плит.
Випpoбyвaння пpoвoдилиcь дo максимальних oc^am piвних
Sm.+„, max ~ 7 мм, за мaкcимaльних навантажень Fm.+n, max = б,01 кН для фpaгментa плити дiaметpoм 75 мм фиа б а); Fnn.+n, max = 9,94 кН - дiaметpoм 125 мм фиа б б); Fm.+„, max = 17,33 кН - дiaметpoм 175 мм (pиc. б в).
За навантаження мoделей фpaгментiв плит дiaметpoм 125 i 175 мм на 2-му етат III ^pn випpoбyвaнь ташж пoмiченi пеpемiщення пaлi за paхyнoк виникнення дoдaткoвих дoтичних нaпpyжень y rpyrni нaвкoлo пaлi.
У paзi збiльшення дiaметpa плити з 75 дo 175 мм збiльшyвaлacя зoнa дoдaткoвих дoтичних нaпpyжень y rpyrni нaвкoлo пaлi, щo пiдтвеpдженo пpиpocтoм ïï пеpемiщень. Зoкpемa, мaкcимaльне пеpемiщення пaлi oтpимaнo за навантаження плити дiaметpoм 175 мм. У випадку навантаження плити
дiaметpoм 75 мм пеpемiщення пaлi не вiдбyвaлocя.
Порiвняння результатiв випробувань.
Пpoведенi ^pn випpoбyвaнь за пoетaпнoгo навантаження елементiв мoделей
фpaгментiв ПФ (II i III ^pif) пoкaзaли, щo така пocлiдoвнicть навантаження дoзвoляe фpaгментy ПФ cпpиймaти бiльшi навантаження за yмoви oднaкoвих значень ociдaнь (~7 мм).
Пopiвняння pезyльтaтiв випpoбyвaнь i ïx oб'eктивне oцiнювaння вiдбyвaлиcь завдяки даним I ^pn випpoбyвaнь, poбoтa фpaгментa яшго iмiтye пoведiнкy клacичнoгo ПФ, НДС яшго, в межах наших дocлiджень, пpийнятo за 100 %.
Пopiвняння гpaфiкiв (pиc. 7) дае змoгy пoбaчити, щo зi збiльшенням poзмipiв плит за oднaкoвoï дoвжини мoделi пaлi, poль пaлi зменшyетьcя, o^^m значна чacтинa навантаження на rpyrn пеpедaетьcя за paxyнoк caме плитнoï чacтини.
Зoкpемa, для фpaгментa ПФ iз дiaметpoм плити 75 мм, у яшму кoжний
його елемент навантажувався окремо, поетапно (II сер1я) сприймае на 5 % 6шьш1 навантаження; з д1аметром плити 125 мм сприймае на 8 % бшьше навантаження; з
s„
Р. кН
О 1 23-15 67Б9 10
д1аметром плити 175 мм - на 4 % бшьше навантаження.
р. кИ
Р,хН
7 101 2 3 4 5
V \
-л
2
S,mm щ
PnzO РпА р„ 1
Чхгп П1П
D PpA=const
Г п щ
" I 1 1
Рис. 6. Графж "навантаження - оадання" при III сери випробувань фрагмента плити diaMempoM 75 мм (а), 125 мм (б), 175 мм (в): 1 - 1-й етап, оадання плити; 2 - 1-й етап, оадання пaлi; 3 - 2-й етап, навантаження пaлi; 4 - оадання плити i пaлi з'еднаних мiж собою
Р, кН
в
Рис. 7 - Графж "навантаження - оыдання " фрагмента моделi ПФ i3 плитою diaMempoM 75 мм (a), 125 мм (б), 175 мм (в): 1 -I сepiя випробувань; 2 -II сepiя, 3 - III сepiя
Таблиця 4
Сп1вв1дношення рУзницУ навантажень моделей
Осщання для Bcix серш випробувань доводились до сталих значень 7 мм), i деформацп моделей фрагмент1в ПФ, у яких (не зшмаючи навантаження з плити) додатково окремо навантажували палю, до
того як 11 було залучено для сумюно! роботи (III серiя), показали здатшсть сприймати бiльшi навантаження порiвнянно з I i II серiями випробувань, на 10 % з дiаметром плити 75 мм; на 13 % з дiаметром плити 125 мм; на 7 % з дiаметром плити 175 мм. Процентне стввщношення рiзницi навантажень моделей фрагменпв ПФ iз рiзними розмiрами наведено в таблиц 4.
Висновки. Лабораторно пiдтвердж пращ робот [1], зокрема, перемiщення палi за рахунок виникнення додаткових дотичних напружень у rрунтi навколо палi та залежнiсть про те, що чим площа навантаження грунту бшьша (моделювалась змiною дiаметрiв плит), тим вплив на не з'еднану з плитою палю також бшьший. Максимальне значення перемщення палi отримано для фрагмента плити дiаметром 175 мм.
Лабораторно дослщжено змiну НДС основ моделей фрагменпв ПФ залежно вщ змiни послiдовностi навантаження 1х елеменпв. За умови поетапного залучення до роботи вах елементiв ПФ виникае попередньо напружений стан основи на деякому промiжку, який корисно використовуеться, довантажуе i сприяе перемiщенню палг Також дослiджено вплив попереднього статичного навантаження паль на зниження 1х осiдань.
(фрагменте ПФ iз рузними розмУрами плит
Дiаметр \ ПЛИ1И Серш випробуванЪ\ 75 мм 125 мм 175 мм
II навантаження бшьше на 5 % навантаження бшьше на 8 % навантаження бшьше на 4 %
III навантаження бшьше на 10 % навантаження бшьше на 13 % навантаження бшьше на 7 %
Примтка: за 100 % прийнято деформований стан основи I серИ випробувань (див. рис. 4)
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
1. Б1кус К. М. Вплив попереднього навантаження паль на зниження !х освдань : дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.23.02 "Основи i фундамента" / Бшус Катерина Михамвна ; Придшпр. держ. акад. буд-ва та архггектури.
- Дншропетровськ, 2015. - 210 с.
2. Бойко I. П. Особливосп взаемодп польових фундаменпв пгд висотними будинками з !'х основою / I. П. Бойко // Основи i фундаменти : мгжвГдом. наук.-техн. зб. / Ки!в. нац. ун-т буд-ва i архггектури. - Ки!'в, 2006. - Вип. 30. - С. 3-8.
3. Бойко I. П. шльовг фундаменти висотних будиншв у складних грунтових умовах / I. П. Бойко, В. Л. Шдлуцький // Вюник Придшпровсько! державно! академп будiвництва та архггектури. - Дншропет-ровськ, 2014. - № 8. - С. 23-32.
4. Маевська I. В. Результати модельних дослщжень стргчкових фундаменпв мшкого закладання, що шдсилю-ються палями / Маевська I. В., Блащук Н. В. // Сучасш технологи, матерiали i конструкцп в 6удгвництвг. -2009. - Т. 7, № 2(7). - С. 64-69.
5. Плитно-свайные фундаменты как способ решения сложных геотехнических проблем / Ю. Р. Оржеховский, В. В. Лушников, Р. Я. Оржеховская, А. С. Ярдяков // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. -2013. - № 4. - С. 83-86.
6. Bakholdin B. V. Investigation of Negative Skin Friction on Piles and Suggestions on Its Calculations / Bakholdin B. V., Berman V. I. // Journal of Soil Mechanics and Foundation Engineering. - 1974. - Vol. 11, № 4. -Р. 238-244.
7. Bozozuk M. Bearing capacity of pile preloaded by down drag / Bozozuk M. // Proceedings, 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 15 June 1981, Stockholm, Sweden. - Rotterdam, 1981.
- P. 631-636. - Available at: https://www.issmge.org/uploads/publications/1/35/1981_02_0126.pdf.
8. Brandi H. Cyclic preloading of piles to minimize (differential) settlements of high-rise building / H. Brandl // Slovak journal of civil engineering. - 2005. - № 3. - P. 1-12. - Available at: https://www.svf.stuba.sk/buxus/docs/sjce/2005/2005_3/file2.pdf.
9. Bengt H. Fellenius. Fellenius Downdrag on piles in clay due to negative skin friction / Bengt H. Fellenius // Canadian Geotechnical Journal. - 1972. - Vol. 9, № 4. - P. 323-337.
10. Hung T. The Influences of soil characteristics on the Negative Skin Friction on a single pile / Hung T., Fu S.Y. // Progress in Civil, Architectural and Hydraulic Engineering IV : proceedings /ed. Kim. - London, 2016. - P. 343346.
11. Mashhour I. Experimental study on negative skin friction on piles in collapsible soils due to inundation : a thesis ...for the degree of Doctor of Philosophy (Civil Engineering) / Ibrahim Mashhour ; Concordia University. -Quebec,2016. - 171 p. - Available at: https://spectrum.library.concordia.ca/980920/1/Mashhour_PhD_S2016.pdf.
12. Tan Y. C. Design of Piled Raft Foundation on Soft Ground / Tan Y. C., Chow C. M. // GSM-IEM Forum: The roles of Engineering geology & geotechnical engineering in construction works, Kuala Lumpur, 2004 / University of Malaya. - Kuala Lumpur, 2004. - 20 p. - Available at: http://www.gnpgeo. com. my/download/publication/2004_ 14 .pdf.
REFERENCES
1. Bikus K.M. Vplyv poperednoho navantazhennia pal na znyzhennia ikh osidan: dys. kand. tekhn. nauk: spets. 05.23.02 "Osnovy i fundamenty" [The influence of piles preloading on their settlement reduction: Dissertation of Candidate of Technical Sciences: specialty 05.23.02: Bases and Foundations]. Prydnipr. derzh. akad. bud-va ta arkhitektury [Prydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. Dnipropetrovsk, 2015, 210 p. (in Ukrainian).
2. Boiko I.P. Osoblyvosti vzaiemodii polovykh fundamentiv pid vysotnymy budynkamy z ikh osnovoiu [Features of the interaction of field foundations under high-rise buildings with their foundation ]. Osnovy i fundamenty [Bases and foundations]. Kyiv. nats. un-t bud-va i arkhitektury [Kyiv National University of Construction and Architecture]. Kyiv, 2006, iss. 30, pp. 3-8. (in Ukrainian).
3. Boiko I.P. and Pidlutskyi V.L. Palovi fundamenty vysotnykh budynkiv u skladnykh hruntovykh umovakh [Pile foundations of high-rise buildings in complex ground conditions]. Visnyk Prydniprovskoi derzhavnoi akademii budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Prydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture]. Dnipropetrovsk, 2014, no. 8, pp. 23-32. ( in Ukrainian).
4. Maievska I.V. and Blashchuk N.V. Rezultaty modelnykh doslidzhen strichkovykh fundamentiv milkoho zakladannia, shcho pidsyliuiutsia paliamy [Results of model researches of stripped functions of shallow, amplified by piles]. Suchasni tekhnolohii, materialy i konstruktsii v budivnytstvi [Modern technologies, materials and structures in construction]. 2009, no. 2(7), pp. 64-69. (in Ukrainian).
5. Orzhekhovskij Yu.R., Lushnykov V.V., Orzhekhovskaya R.Ya. and Yardyakov A.S. Plitno-svajnye fundamenty kak sposob resheniya slozhnykh geotekhnicheskikh problem [Pile-plate foundations as a way of solving of complex geotechnical problems]. Akademicheskij vestnik UralNIIproekt RAASN [Academic Bulletin of Ural Scientific-Research Institute of Russian Academy of Architecture and Construction Sciences]. 2013, no. 4, pp. 83-86. (in Russian).
6. Bakholdin B.V. and Berman V.I. Investigation of Negative Skin Friction on Piles and Suggestions on Its Calculations. Journal of Soil Mechanics and Foundation Engineering. 1974, vol. 2, no. 4, pp. 238-244.
7. Bozozuk M. Bearing capacity of pile preloaded by down drag. Proceedings, 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 15 June 1981, Stockholm, Sweden. Rotterdam, 1981, pp. 631-636. Available at: https://www.issmge.org/uploads/publications/1/35/1981_02_0126.pdf.
8. Brandl H. Cyclic preloading of piles to minimize (differential) settlements of high-rise building. Slovak journal of civil engineering, 2005, no. 3, pp 1-12. Available at: https://www.svf.stuba.sk/buxus/docs/sjce/2005/2005_3/file2.pdf.
9. Bengt H. Fellenius. Fellenius Downdag on piles in clay due to negative skin friction. Canadian Geotechnical Journal. 1972, vol. 9, no. 4, pp 323-337.
10. Hung T. and Fu S.Y.Kim The Influences of soil characteristics on the Negative Skin Friction on a single pile. Progress in Civil, Architectural and Hydraulic Engineering IV. London, 2016, pp. 343-346.
11. Mashhour I. Experimental study on negative skin friction on piles in collapsible soils due to inundation: a thesis for the degree of Doctor of Philosophy (Civil Engineering). Concordia University. Quebec, 2016, 171 p. Available at: https://spectrum.library.concordia.ca/980920/1/Mashhour_PhD_S2016.pdf.
12. Tan Y. C. and Chow C. M. Design of Piled Raft Foundation on Soft Ground. GSM-IEM Forum: The roles of Engineering geology & geotechnical engineering in construction works. University of Malaya. Kuala Lumpur, 2004, 20 p. Available at: http://www.gnpgeo.com.my/download/publication/2004_14.pdf.
Рецензент: Сгоров С. А., д-р т. н., проф.
Надшшла до редколеги: 01.06.2017 р. Прийнята до друку: 12.06.2017 р.
