Об ожидаемых повреждениях подрабатываемых зданий Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СЕМИНАР 17

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2001” М0СКВА,яМГГУ,я29яянваряя-я2яфевраляя2001я-.

© А.С. Кучин, 2001

УЛК 622.837:69.059.22

А.С. Кучин

ОБ ОЖИААЕМЫХ ПОВРЕЖЛЕНИЯХ ПОЛРАБАТЫВАЕМЫХ ЗЛАНИЙ

Прогнозирование повреждений зданий в зонах влияния подземных горных работ регламентируется "Правилами охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях", 1981 г. Методика прогнозирования предусматривает определение расчетных деформаций основания здания (земной поверхности) 8, К и вычисление по ним расчетного показателя суммарных деформаций А/ Последний, в свою очередь, является исходным для определения ожидаемых повреждений конструкций гражданских зданий при подработке.

Расчетный показатель суммарных деформаций вычисляется по формуле

А/ = Цш2е82 + ш1 И2/Я2 ,

где ] - длина здания; т8 ,тк - коэффициенты условий работы, осредняющие соответственно горизонтальные деформации и кривизну по длине здания; 8, К - расчетные величины горизонтальной деформации и радиуса кривизны; НЗ - высота здания.

Основным критерием оценки точности любого прогноза является соответствие расчетных величин фактическим. Выполненный анализ последствий подработки гражданских зданий и результатов их прогнозирования показывает, что это Таблица 1

условие не в полной мере выдерживается действующей методикой прогнозирования ожидаемых повреждений подрабатываемых гражданских зданий. Нами проанализированы данные о подработке двенадцати зданий, приведенные в работе «Проектирование и строительство зданий и сооружений на подрабатываемых территориях», 1963. Следует отметить, что использованные данные отличаются высокой детальностью описания подрабатываемых объектов, условий отработки угольных пластов, качественных и количественных показателей повреждений конструкций зданий.

В табл. 1 приведены данные о подработанных зданиях и величинах деформаций земной поверхности, необходимые для определения показателя А]. В табл. 2 сведены результаты прогноза, представленные величиной максимального раскрытия наибольшей трещины и те же величины, полученные из натурного обследования зданий.

В "Правилах охраны..." нет конкретного указания, какие величины деформаций должны использоваться для расчетов. Это может быть значение деформаций земной поверхности в районе центра здания, среднее значение из величин деформаций в некоторых характерных точках (края и центр) здания, а может быть определена и суммарная величина деформаций по всей длине здания путем интегрирования соответствующей расчетной функции.

Получается, что каждый из перечисленных вариантов может иметь место и применение любого из них зависит от субъекта, выполняющего вычисления. При этом нарушается принцип однозначности получаемых результатов и их объективности.

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛРАБОТАННЫХ ЗЛАНИЙ И ВЕЛИЧИНЫ ЛЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ

№ Наименование объекта Цм Нз,м Н,м е, мм/м те тк К,км

1 Школа 37,4 16,5 316 1,12 0,7 0,55 34,5

3 Больница 40,1 9,9 316 1,8 0,7 0,55 15,9

4 ДомП10 40,1 9,9 316 2,2 0,7 0,55 15,9

5 ДомП114 40,1 9,9 316 2 0,7 0,55 22

6 Клуб 5,7 9,9 215 3,7 0,6 0,55 8,7

8 Трест 30 9,9 5,9 0,85 0,7 1,6

9 Фабрика 57 9,9 240 1,7 0,6 0,55 17,2

10 Школа 36,7 11,1 224 1,78 0,7 0,55 16,6

11 Здание ВУГИ 65 6 220 3 0,5 0,5 9,5

12 Здание треста 59 11,1 270 3,3 0,6 0,55 9,1

Таблица 2

ФАКТИЧЕСКИЕ И ПРОГНОЗНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ РАСКРЫТИЯ ТРЕШИН

Суммарные деформации, мм Ширина трещин Разность %

фактическая расчетная

31 3 3,0 3-6 4,5 1,5 50

52 10-15 12,5 3-6 4,5 -8 64

63 10-15 12,5 6-12 9 -3,5 28

57 5-одна 5,0 3-6 4,5 -0,5 10

13 15-50 32,5 12-18 15 -17,5 54

199 50-70 60,0 30 30 -30 50

61 5-7 6,0 6-12 9 3 50

48 30-одна 30,0 3-6 4,5 -25,5 85

100 до 30 30,0 6-12 9 -21 70

123 до 25 25,0 12-18 15 -10 40

Рис. 1. Определение расчетных деформаций

В связи с изложенным представляется актуальным проведение аналитических исследований, касающихся оптимизации параметров, используемых для прогноза повреждений подрабатываемых зданий.

В данной работе отражены результаты исследований

влияния положения подрабатываемого здания в мульде на значение показателя суммарных деформаций. Причем, нами рассмотрена только та часть показателя А], которая зависит от горизонтальных деформаций основания, т.е. величина суммарных горизонтальных деформаций А] 8 .

Исследования проводились по двум направлениям:

- зависимость суммарных горизонтальных деформаций основания здания от положения его в мульде сдвижения при значении деформаций, равном величине 8ц в центральной части здания (А1 8 =8(1). Величина 8ц зависит от значения г=х/Ь, где х — текущая координата с началом в точке максимального оседания (рис. 1);

- зависимость суммарных горизонтальных деформаций основания здания от координаты г, но величина А]8 определяется как интегральное (суммарное) значение по всей длине здания ] (рис. 1).

Для выявления названных зависимостей необходима функция распределения горизонтальных деформаций. Многие расчетные методы прогнозирования деформаций основаны на применении функции Гаусса, которая достаточно точно характеризует распределение сдвижений в мульде. Исходя из этого и общего вида постановки задачи, представляется возможным выполнить исследования по упрощенной методике с использованием функции первой производной Г' от функции Гаусса, которая описывает распределение деформаций растяжения (сжатия)

х2

— х • е 2 ^'=-

•V 2 • п

Характер распределения функции Г' принят адекватным условиям полной подработки земной поверхности, а соответствующая длина полумуль-ды Ь аппроксимируется в пределах изменения аргумента функции от -3,0 до +3,0.

Расчеты выполнялись при двух значениях длины подрабатываемого здания. Длины зданий приняты соответственно 0,1 Ь и 0,21* , где Ь — длина полумульды.

В результате вычислений получены значения суммарных горизонтальных деформаций А1Є для точек полумульды с координатами г, кратными 0,1Ь (табл. 3). Очевидно, что наиболее точные значения получены при интегрировании функции Г'.

Относительные расхождения между значениями А4 рассчитанными через Єц и путем интегри-

Рис. 2. Зависимость суммарных горизонтальных деформаций от положения здания

Рис. 3. График отклонений расчетных показателей суммарных деформаций

рования, изменяются в пределах от 0 % до 29 % (при длине здания 0,2Ь) и от 0 % до 6 % (при длине здания 0,1 Ь).

На рис. 2 приведены графики значений суммарных горизонтальных деформаций А]8, а на рис. 3 - графики относительных отклонений величин А]8, рассчитанной по значению 8ц в центре здания от величин А]8, полученных интегрированием функции Г (в силу симметричности на рис. 3 показана только левая часть графика).Полученные результаты указывают на явную зависимость величины показателя суммарных деформаций А] от положения подрабатываемого здания в полумуль-де. Кроме того, очевидна зависимость А] от соотношения длин подрабатываемого здания и расчетной полумульды.

Выводы.

1. Действующая методика прогнозирования повреждений гражданских зданий, приведенная в "Правилах охраны." не дает однозначного решения, т.к. допускает возможность определения расчетных деформаций различными способами. При этом разница между этими величинами деформаций может быть весьма существенна (до 30 % в рассмотренном выше случае).

2. При определении показателя суммарных деформаций необходимо учитывать положение подрабатываемого здания в мульде сдвижения и соотношение длин здания и полумульды. Длина полумульды, в свою очередь, является косвенным показателем горно-геологических условий отработки угольных пластов.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Кучин А.С. — ассистент, Национальная горная академия Украины.