Основные причины повреждения несущих стеновых конструкций и рекомендации по их предупреждению (на примере г. тамбова)

На правах рукописи

САВИНОВ Ярослав Вячеславович ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ НЕСУЩИХ СТЕНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ (на примере г. Тамбова) 05.23.01 – «Строительные конструкции, здания и сооружения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 2003

Работа выполнена в Тамбовском государственном техническом университете на кафедре «Конструкции зданий и сооружений»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Леденев Виктор Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Маилян Левон Рафаэлович кандидат технических наук Шмелев Геннадий Дмитриевич

Ведущая организация: OАO «Тамбовгражданпроект» (г. Тамбов)

Защита состоится «18» декабря 2003 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.01 в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу:

394006, г. Воронеж, ул. XX – летия Октября, д. 84, ауд. 20, корп. 3.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу:

394006, г. Воронеж, ул. XX-летия Октября, д. 84, ученому секретарю к.т.н., доц. Власову В.В.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектур но-строительного университета.

Автореферат разослан « » ноября 2003 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.033.01 Власов В.В.

Подписано в печать 5.11. Формат 60 84 / 16. Гарнитура Times New Roman.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем: 0,93 усл. печ. л.;

1,1 уч.-изд. л.

Тираж 100 экз. С. Издательско-полиграфический центр Тамбовского государственного технического университета 392000, Тамбов, Советская, 106, к.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В большинстве существующих и вновь построенных зданиях имеются разно го вида повреждения, снижающие их эксплуатационные и прочностные качества. Затраты на ремонтно восстановительные работы весьма высоки и не всегда достигают цели. Практически во всех крупных городах проводятся обследования зданий с выявлением причин повреждений, как правило, они касают ся одного объекта. Комплексный анализ причин повреждения зданий в масштабах города проводится только в особо крупных и развитых городах.

Проведенное нами визуальное обследование гражданских зданий г. Тамбова с 1998 по 2003 гг. по казало, что основными причинами повреждения стеновых конструкций являются неравномерные де формации грунтов оснований, их просадки, физический износ, качество работ и т.д.

Предполагалось систематизировать материалы инженерно-геологических изысканий разных организа ций за последние 50 лет, выявить закономерность изменения характеристик грунтов, классифицировать здания по степени поврежденности и установить зависимость их технического состояния от грунтовых ус ловий.

В практике применяют различные способы повышения жесткости зданий. Эффективность их не достаточно исследована. Программой исследований предусмотрено осмотреть ранее усиленные здания, выявить распространенные ошибки и оценить эффективность применяемых методов.

При численной оценке остаточной прочности поврежденных стеновых конструкций пользуются весьма ориентировочными рекомендациями. Нами поставлена задача установить функции влияния па раметров наиболее часто встречающихся дефектов при достаточно широких интервалах их изменения и выявить механизма разрушения поврежденных стен.

Часто причиной раскрытия трещин в стеновых конструкциях является взаимное влияние рядом по строенных зданий. При реконструкции возникают сложности учета дополнительных перемещений на пряжений при взаимодействии фундаментов. Эта проблема мало изучена. Требуется проведение экспе риментов по выявлению функций влияния.

Системный подход к данной проблеме дает возможность наметить комплекс мероприятий по пре дотвращению повреждений зданий, разработать инженерный способ определения прочности стен с по вреждениями.

Целью работы является установление основных причин повреждения стеновых конструкций зда ний на примере г. Тамбова;

разработка методики численной оценки их влияния на несущую способ ность и рекомендаций по предупреждению.

Задачи исследований:

обследование технического состояния ряда зданий г. Тамбова;

получение перечня наиболее рас пространенных видов повреждений;

их классификация по величине, скорости раскрытия трещин и при чинам возникновения;

оценка эффективности применяемых в г. Тамбове методов упрочнения грунтов оснований, фундаментов и несущих конструкций зданий;

экспериментальное исследование влияния контролируемых параметров наиболее распространен ных дефектов на прочность моделей стен;

изучение механики разрушения моделей с дефектами и их напряженно-деформированного состояния в условиях одно- и двухосного сжатия;

экспериментальное определение дополнительных напряжений в грунтах оснований и перемеще ний подземных конструкций от влияния рядом расположенных;

выбор пути снижения взаимного влия ния и повышения несущей способности фундаментов;

разработка рекомендаций по предотвращению повреждений в стеновых конструкциях зданий и методики определения остаточной прочности несущих стен с повреждениями.

Научную новизну работы составили:

комплексный анализ причин возникновения выявленных повреждений с точек зрения: простран ственного расположения поврежденных зданий, геологии, гидрогеологии, материала стен, этажности;

классификация повреждений и дефектов на стадиях: проектирования, возведения и эксплуатации, а зда ний города – по периодам строительства и степени поврежденности;

методика экспериментального моделирования стеновых конструкций с повреждениями;

эмпири ческие зависимости несущей способности от параметров одиннадцати видов дефектов;

функции влия ния силы поперечного сжатия на горизонтальные напряжения в стенах с повреждениями;

эпюры дополнительных перемещений и горизонтальных напряжений от взаимного влияния фун даментов;

эмпирические зависимости несущей способности фундаментов от параметров кольцевой стенки;

методика определения остаточной несущей способности в стеновых конструкциях с поврежде ниями.

На защиту выносятся:

результаты визуального и технического обследования состояния зданий города и наблюдения за развитием трещин;

систематизация поврежденных зданий по причинам возникновения и численным показателям;

классификация зданий по периодам строительства;

данные по оценке эффективности применяемых в городе способов усиления оснований, фундаментов и надземных частей зданий;

методика и результаты экспериментального и математического моделирования стен с различными дефектами в условиях одно- и двухосного сжатия;

экспериментальные зависимости дополнительной осадки, крена и силы бокового давления в грун те от расстояния до рядом расположенной нагружаемой модели фундамента;

функции влияния пара метров ограждающей стенки на несущую способность фундаментов;

рекомендации по предотвращению основных причин повреждений стеновых конструкций;

план схема микрорайонирования территории города по инженерно-геологическим и гидрогеологическим ус ловиям строительства;

методика определения остаточной несущей способности в стеновых конструкци ях с повреждениями.

Практическое значение работы заключается в:

составлении план-схемы поврежденных зданий города с последующим их объединением в харак терные группы;

разработке классификации зданий по степени поврежденности, периодам строительст ва, материалу стен, этажности;

комплексном анализе наиболее характерных причин возникновения по вреждений в гражданских зданиях;

определении эффективности применяемых в городе способов уп рочнения грунтов и усиления зданий;

разработке методики численной оценки несущей способности поврежденных стеновых конструк ций;

исследовании влияния силы поперечного сжатия поврежденных кирпичных стен на их прочность;

экспериментальном исследовании взаимного влияния расположенных рядом фундаментов и укре пляющего эффекта кольцевой стенки;

выдаче практических рекомендаций по предупреждению наиболее распространенных поврежде ний в стенах;

районировании территории г. Тамбова по инженерно-геологическим условиям строитель ства с выделением участков неблагоприятных для строительства;

обобщении имеющихся данных о за грязнении грунтовых вод, глубине их залегания и направлении движения.

Реализация работы. Материалы исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров и магистров по направлению 653500 «Строительство». Основные результаты работы пере даны в ОАО «Тамбовгражданпроект», МУ «Дирекция единого заказчика», мэрии г. Тамбова, ООО «ФСК Тамбовстрой» для использования на практике.

Достоверность результатов работы. При проведении исследований использованы планы города за период с 1905 по 1995 гг.;

архивные материалы по строительству капитальных зданий;

результаты ин женерно-геологических изысканий разных организаций за последние 50 лет. Экспериментальные ис следования проведены с помощью метрологически проверенных контрольно-измерительных приборов и критериев подобия, с ориентацией на действующие нормативные документы. Аппроксимацию экспе риментальных данных и численный анализ НДС моделей выполняли с использованием программы «Simple Formula» и программного комплекса «Мираж».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и получили одобре ние на ежегодных конференциях в г. Тамбове (ТГТУ) с 1999 по 2003 гг. Международных конференци ях: в Москве (МГСУ) 20 мая 2000 г.;

Брянске (БГИТА) 15 июня 2000 г.;

в Пензе (ПДЗ) 5 – 6 октября, 2000 г. и 19 – 20 сентября 2002 г.;

в Воронеже (ВГАСУ) 11 сентября 2002 г.

Публикация. Основные результаты исследований опубликованы в четырнадцати печатных рабо тах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и основных выводов. Содер жит 235 страниц, включая 103 рисунка, 21 таблицу, список используемой литературы из 159 наимено ваний.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены: актуальность темы исследования, цель и задачи, научная новизна работы, практическая значимость результатов исследований, апробация результатов и краткое содержание диссертации.

В первой главе рассмотрены особенности проектирования зданий в сложных условиях строитель ства;

приведены примеры моделирования повреждений, примененные в экспериментах ЦНИИСК им.

В.А. Кучеренко и Харьковского Промстройниипроекта. Проанализированы наиболее распространенные расчетные модели оснований, зданий и системы «основание-здание», описанные в работах: М.Ю. Абе лева, В.М. Алексеева, М.Д. Бойко, С.В. Бондаренко, Б.А. Гарагаша, Я.Д. Гильмана, А.К. Гинзбурга, В.Т.

Головченко, В.С. Глухова, Б.И. Далматова, П.А. Коновалова, В.И. Крутова, М.Н. Лащенко, В.В.

Леденева, В.И. Леденева, Ф. Перкинса, А.А. Петранова, А.И. Полищука, А.П. Пшеничкина, Ю.Б. Пота пова, А.Г. Ройтмана, Р.В. Рябицкого, Д.Д. Сергеева, Е.А. Сорочана, С.Н. Сотникова, В.Б. Швеца, Н.П.

Шпакова и др.

Значительный вклад в развитие теории расчета системы «основание-здание» внесли С.М. Алейни ков, Б.А. Гарагаш, М.И. Горбунов-Посадов, П.Ф. Дроздов, Б.Н. Жемочкин, Б.А. Косицын, Н.Н. Ле онтьев, А.П. Пшеничкин, Д.Н. Соболев, П.П. Шагин и др.

Во второй главе изложен комплексный подход к проблеме оценки деформированного состояния гражданских зданий города. Разработана классификация и карта районирования гражданских зданий города для семи периодов строительства. Проанализированы результаты визуального обследования 1559 гражданских зданий в период с 1998 по 2003 гг. Составлены план-схемы районирования г. Тамбо ва по степени поврежденности, этажности и материалам наружных стен зданий (рисунок 1). Выделено 16 групп поврежденных зданий. Установлены закономерности распределения поврежденных зданий на территории города. Предложена классификация обследованных зданий по степени поврежденности (таблица 1).

Таблица 1 – Классификация зданий по степени поврежденности Категория по степени II III IV I поврежденности Ширина раскрытия 0... Укреплен 3... 5 трещин, мм 3 ные Количество зданий, шт. 156 259 210 (%) (6,1) (10,1) (8,2) (0,86) В таблице 2 приведены данные наблюдений за 101 зданием в период с 1998 по 2003 гг. Исследована связь скорости развития трещин с шириной их раскрытия, возрастом, этажностью зданий и инженерно гелогическими условиями. У 43 % наблюдаемых зданий ширина раскрытия трещин на период обследова ния составляла 6,7 мм, а скорость их раскрытия – 0,1 … 0,3 мм/год.

Рисунок 1 – План-схема районирования г. Тамбова по степени поврежденности гражданских зданий Таблица 2 – Результаты наблюдений за раскрытием трещин Скорость раскрытия 0,1 … 0,3 … 0, трещин, мм/год 0,3 0, Количество зданий 26 43 19 из общего числа шт., (23,85) (39,45) (17,43) (20,6) (%) Средняя величина раскрытия трещин, 8,75 6,73 6,37 7, мм Средняя этажность 2,88 3,81 4,86 2, У 26 % зданий со средней шириной раскрытия трещин 8,75 мм рост деформаций почти приоста новился, а у 21 % зданий со средней этажностью 2,9 и средней шириной раскрытия трещин 7,6 мм она продолжается со средней скоростью 0,8 мм/год. Приведены многочисленные примеры из прак тики.

На основании полученных данных построена диаграмма сравнительного анализа причин возникно вения повреждений в системе «основание – здание» гражданских зданий г. Тамбова (рисунок 2).

Наиболее распространенными причинами возникновения повреждений являются: природная из менчивость модуля деформации;

значительная неравномерная осадка и просадка грунтов оснований;

физический износ несущих конструкций;

пристройка и надстройка зданий.

Исследованы методы устранения дефектов, применяемые в г. Тамбове. Осмотрено более двадцати зданий с трещинами, усиленные предварительно напряженными тяжами, обоймами из стальных уголков, контрфорсами, уширением Число слу- 8 4 13 11 6 5 5 12 20 0 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Номер столбца Рисунок 2 – Сравнительная диаграмма причин возникновения повреждений в системе «основание – здание» гражданских зданий г. Тамбова:

1 – просадочные грунты;

2 – надстройка зданий;

3 – изменчивость модуля деформации;

4 – промерзание грунтов оснований;

5 – низкое качество материалов, и углублением фундаментов;

вдавливанием в грунт основания сборных цилиндрических свай;

уплотне нием грунтов. Установлено, что большинство зданий, усиленных этими методами, продолжают дефор мироваться.

В третьей главе разработана и осуществлена методика экспериментального исследования влияния контролируемых параметров дефектов стеновых конструкций на их прочность. Опытным путем иссле довано влияние одиннадцати видов повреждений на несущую способность стен. Проведено несколько серий опытов с моделями, имеющими начальные дефекты: частичное симметричное и асимметричное опирание, трещины, штрабы, концентраторы напряжений (рисунки 3, а – н). Неполное опирание имити ровали укладкой под нижней плоскостью моделей стальных пластин. В качестве концентраторов на пряжений принимали стержни 10 А-II. Трещины устраивали путем закладки в незатвердевший бетон полосок из аргелита с шероховатой поверхностью толщиной 0,5 мм. Определяли эмпирические зависи мости разрушающей нагрузки от параметров начальных дефектов, представленных в относительных величинах. Для трещин такими параметрами являются: глубина проникновения h1 = h1/h, расположе ние по отношению к диагоналис1 = с1/а, угол наклона, длинас2 = с2/а, количество N;

для штрабы – глубина h2 = h2/h.

Интервалы изменения параметров повреждений изменяли от 0 до 1, число ступеней изменения па раметров принимали от трех до пяти, что обеспечивало заданную точность эксперимента и возможность аппроксимирования. Проведены эксперименты с бетонными образцами, отличающиеся схемами нагру жения и видами дефектов. Модели устанавливали в рабочее положение согласно расчетным схемам, показаным на рисунке 3, а – н. Для удобства наблюдения перемещений на модели наносили сеть взаим но ортогональных линий с ячейками 1 1 см согласно рисунку 3, б. Картины разрушения фотографиро вали, снимали на видео камеру. Затем производили покадровый анализ динамики деформирования. Для одновременного наблюдения процесса деформирования с трех экспозиций была смонтирована система зеркал. Испытания выполняли на гидравлическом прессе ПСУ-125. Нагрузку на образец увеличивали со скоростью 3 кН/с до разрушения. Фиксировали значения нагрузки, соответствующие началу появления трещин Fcrc и полному разрушению Fdis. Для образцов без начальных дефектов, с начальной диагональ ной трещиной, со штрабой и оконным проемом была проведена серия экспериментов с поперечным сжатием, которое создавалось при помощи обжимного устройства, показанного на рисунке 3, п. Усилия приведены в долях от усредненной разрушающей нагрузки образца (Fdis) без начальных повреждений и по перечного сжатия (Fdis = 189,5 kH): F = F/Fdis;

Fx = Fx/Fdis;

Fy= Fy/Fdis. Сила поперечного сжатия создава лась и регулировалась при помощи гаек 6. Сжимающее усилие Fx передавалось на распределительные пла стины 3 через динамометр 7, который установлен на шарнирах. Силу обжатия контролировали динамомет ром ДОСМ 3-03. Эксперименты проводили с поперечным обжатием Fx = 0;

0,0873;

0,157;

0,2374;

0,3142.

г) в) а) б) в = 300 мм 50 мм 0,5а а а 0,5а а = 300 мм д) е) з) F 150 150 ж) 71 70 70 с с и) к) л) м м Рисунок 3 – Расчетные схемы для принятых серий испытаний:

а – сплошное опирание: 1 – образец;

2 – шарнирная плита пресса;

б, в – неполное симметричное опира ние по краям и центру;

г – асимметричное неполное В качестве примера рассмотрим влияние одного из одиннадцати исследуемых видов начальных де фектов – штрабы. Эксперимент проводили при высоте f = 1,7 см и относительной глубине h2 = h2/h = 0,25 и 0,5.

Случай 1, приh2 = 0,25 наблюдаемые процессы. Разрушение начиналось с появления вертикаль ных трещин 1 (рисунок 4, б), идущих от штрабы. Потом их рост прекращался. Из внутреннего угла штрабы начинали расти многочисленные трещины 2, вдоль которых происходил сдвиг.

Механизм разрушения. За штрабой возникла концентрация напряжений x и y, а над и под этим участком стены – горизонтальных растягивающих напряжений x (рисунка 4, д, е). Именно в этих зонах наблюдалось раскрытие трещин сдвига. Напряжения из них переместились в район т. «Б» и «Г», вслед ствие чего там возникали концентрации сдвигающих усилий Fsh 2. Им противостоят усилия Fcov 1, при Fsh Fcov в районе т. «Б» или «Г» раскрывалась сдвиговая трещина 2 (рисунок 5, узел А). Эксцентриси тет, вызванный несимметричностью штрабы при h2 0,5, не оказывал существенного влияния на меха низм разрушения, а при h2 0,5 в зоне 2 (рисунок 5, узел Б) возникала концентрация растягивающих напряжений. В т. «Д» происходило смятие бетона, образец терял устойчивость под действием момента.

Зависимость несущей способности стеновой конструкции от глубины штрабы можно описать поли номом третьей степени Fdis = 2,69h2 + 5,32h2 3,63h2 + 1. (1) 3 Среднеквадратическое отклонение ср = 25 10–3 и максимальное max = –75 10-3. По добным образом исследован случай 2 при h2 = 0,5. Результаты эксперимента представлены на рисунке 4, з. Глубина штрабы значительно снижает несущую способность образца. Так, при h2 = 0,5 несущая способ ность уменьшилась на 75 … 80 %. Согласно расчету, разрушение должно произойти по механизму смя тия стенки за штрабой, однако, на практике (рисунок 4, а) при h2 0,5 оно происходило по сдвиговому механизму, а при h2 0,5 – по механизму разрыва. Вследствие этого экспериментальные данные полу чались несколько ниже расчетных.

Испытания образцов с горизонтальной штрабой при изменении силы бокового обжатия. Экс перимент проводили при высоте штрабы f = 1,5 см и относительной глубине h2 = h2/h = 0,5. Величину бокового обжатия принимали равной Fx = 0;

0,046;

0,07;

0,093.

Результаты наблюдений за образцами с обжатием. У образцов с боковым обжатием Fx = 0;

0, Fy 0,2... 0,42, а образцов с Fx = 0,07;

0,093 – при Fy распорные усилия зафиксированы при 0,48... 0,58 (рисунок 4, е). С дальнейшим увеличением внешней нагрузки распорные усилия возрас тали незначительно. При Fy = Fcrc (в условиях бокового обжатия проследить раскрытие трещин очень сложно), нагрузка на модель стены и горизонтальные напряжения Fx возрастали с уменьшающейся ско ростью. Через 3... 5 с внезапно происходил сдвиг из плоскости стены с резким падением горизонталь ных и p а) Узел А В Г 1 А А Fstr А Д б) р p В Г p 1 Б Fstr Fstr А Д Рисунок 5 – Механизм разрушения при h2 = 0, вертикальных напряжений. Все образцы разрушались по механизму, описанному выше, случай 1. Зави симость несущей способности стены со штрабой от силы поперечного сжатия аппроксимирована поли номом третьей степени Fy = –35,33(Fx)3 – 18,35(Fx)2 + 2,53(Fx) + 0,529. (2) В образцах со штрабой горизонтальные напряжения сравнительно не велики, они проявляются лишь в зоне штрабы. В опытах с ограничением боковых деформаций без обжатия разрушающая нагруз ка возросла на 15 %, а при максимальном обжатии – на 75 % (рисунок 4, и). Аналогично были исследо ваны другие 10 случаев (таблица 3).

В четвертой главе исследовано взаимодействие рядом расположенных подземных конструкций.

Проведено восемь серий экспериментов по исследованию влияния: нагружения штампа на перемеще ния разноудаленных моделей фундаментов и свай;

загружения штампа на перемещения гибких стенок;

заглубленной стены на напряженно-деформированное состояние основания стального штампа;

верти кального нагружения штампа на горизонтальные напряжения в грунте;

ограждающих стенок на несу щую способность и взаимное влияние фундаментов;

глубины погружения стенки на горизонтальные напряжения и определение сопротивления сдвигу по боковой поверхности.

Таблица 3 – Эмпирические зависимости разрушающей нагрузки от параметров исследуемых видов повреждений стен Зависимости относитель ной разрушающей п./ Вид начального дефек нагрузки Fdis п. та от параметров дефектов Дефекты опирания моделей 1 Неполное симметричное опи рание по краям при изменении Fdis = 1/( 0,7 a22 + 1,8/ a2 ) ширины опирания 2 Неполное опирание по цен тру при изменении ширины Fdis = – 0,79 a32 +1,8 a опирания а 3 Неполное асимметричное опирание при изменении Fdis 1/( 0,7 a12 + 1,8 a1 ) ширины опирания а 4 Концентраторы напряже ний при изменении их чис- Fdis = 0,163ln(N) + 0, ла N Трещины и штрабы 5 Наклонная сквозная трещи- F = 8,96 c 4 – 14,19 c 3 + 5,84 c 1 1 dis на при изменении ее длины – c с 6 Сквозная диагональная 3 Fdis = –0,69 c2 + 1,35 c2 – трещина при изменении ее 1,2 c2 + длины с 7 Несквозная диагональная Fdis = 0,77 h12 – 1,2 h1 + трещина при изменении ее глубины h 8 Вертикальная трещина при Fdis = е–(0,5с)с + 0,2с изменении ее длины с Вертикальные трещины при 36, Fdis = 18 ln n + 4n + изменении их числа n 9 en 10 Горизонтальная штраба при F = 2,69h 3 + 5,32h 2 3,63h + изменении ее глубины h2 dis 2 2 11 Естественные трещины при Fdis = (1,03 10-4)2 – изменении угла их наклона 0,012 + Изучение влияния нагруженного штампа на ненагруженные и модели сваи. По результатам наблюдений построены эпюры перемещений, кренов и горизонтальных смещений штампов и сваи, гра фики зависимости кренов штампов от расстояния до нагружаемого штампа. Осадки и крены ненагру женных моделей отмечены на расстоянии до трех габаритных размеров нагружаемого фундамента (ри сунок 6, а).

а) б) F, кН F, кН 0,8 0, 0,6 0, 4 0, 0, h 1 dst dst dst 0, 0, 0,2 0,4 0,6 0,8 U, мм I, крен 0 00 0 00 0 Рисунок 6 – Зависимости крена ненагруженного штампа от нагрузки на соседний (а) приL = L/d t равной:

Определение перемещения и характера деформирования разноудаленных гибких стенок от нагруженного штампа. Построены эпюры горизонтальных перемещений гибких стенок и зависимости их прогиба от расстояния до нагруженного штампа (рисунки 6, б). Заглубленные в грунт фундаментные стены конечной жесткости получают дополнительный изгиб, крен и горизонтальное перемещение от рядом распо ложенного (приL 1,5) нагруженного фундамента мелкого заложения. Определены эти зависимости. Пока зана необходимость уточнения действующих методик расчета прочности и устойчивости заглубленных сте нок, находящихся в зоне влияния фундаментов, например, при реконструкции.

Исследование влияния заглубленной неподвижной стены на напряженно-деформированное со стояние основания стального штампа. Получены эпюры крена модели фундамента при разном расстоя нии до неподвижной стены. Жесткая заглубленная стена изменяет напряженно-деформированое состояние в основании нагруженного отдельного фундамента и ограничивает боковые деформации грунта. Фундамент, расположенный вблизи стены, получает крен и горизонтальные перемещения в противоположном направ лении, что необходимо учитывать при проектировании.

Изучение влияние кольцевой ограждающей стенки на несущую способность основания. Ис следовали функцию Fu (d) при = 1 и d = 1;

1,5;

1,7;

2,5, где d = d/ dst относительная величина диаметра стенки. В опыте с d = 1 несущая способность основания штампа несколько снижалась, а при d = 1,5 отмечено максимальное значение Fu, а штамп и стенка работали как единое целое (рисунок 7).

Функции влияния высоты и диаметра кольцевой ограждающей стенки приd 1,5, полученный ввиде Fu ( h ) = 3,12 1,008 h, Fu ( d ) = 27,93( d ) 2,15. (3, 4) Влияние h иd на несущую способность штампа может быть оценено формулой Fh,d = Fu ( Fu (h ), Fu (d )). (5) б) а) d, мм h, h d= 2 d = h Рисунок 7 – Зависимость несущей способности штампа от величины заглубления ограждающей стенки h (а):

В главе 5 разработана методика определения остаточной несущей способности кирпичных стен при неполном опирании, наличии трещин, штраб и концентраторов напряжений. Для примера рассмотрим случай с повреждением в виде сквозной наклонной трещины ( 45).

При обследовании рассматривают несущие стены в пределах одного этажа. Параллельно трещине проводят линию d (рисунок 8). Длины их проекций на горизонталь Lcr и d’. Относительную длину про екции трещиныL’cr = Lcr/d’ подставляют в в уравнение (5, таблица 3) и получают относительную проч ность Fdis (Lcr) = 8,96L’cr4 – 14,19L’cr3 + 5,84L’cr2 – 1,03L’cr. (6) Остаточная прочность стены Fcr с сквозной не диагональной трещиной с углом наклона близким к 45 равна фактической прочности стены без дефектов Fu, умноженной на эмпирическую функцию влия нияFdis Fcr = FuFdis. (7) Поврежденные каменные и армокаменные конструкции подлежат усилению, если их несущая спо собность недостаточна для восприятия нагрузок действующих на рассматриваемый элемент, т.е.

Kбц F Fdis Fu, (8) h этажа d где F – фактическая расчетная нагрузка в момент обследования;

Kбц – коэффициент безопасности для неармированной кладки 1,7, для армированной – 1,5.

Аналогично рассмотрены и остальные виды повреждений.

Lcr Приведены рекомендации по предотвращению возникновения наиболее часто d’ встречающихся повреждений возникших вследствие: природной изменчивости модуля Рисунок 8 – Оп ределение проек- деформации, значительной неравномерной осадки и просадки грунтов оснований, ста ции длины на- рения несущих конструкций, пристройки и надстройки зданий (рисунок 2). Составлена клонной трещины карта микрорайонирования территории города по модулю деформации, которая дает представление о деформативности двух верхних слоев грунта и позволяет прогнозировать характери стики грунтов в мало изученных районах. Например, выявлено общее понижение модуля деформации грунтов с запада на восток. Разработанная классификация зданий и план-схема г. Тамбова по периодам строительства позволяет учитывать износ отдельных конструктивных элементов характерных для вы деленных периодов строительства.

Основные выводы и результаты.

1. По данным визуального обследования более 1500 зданий произведен комплексный анализ причин выявленных повреждений и систематизация поврежденных зданий г. Тамбова по характерным признакам (рисунок 1);

разработана классификация повреждений по основным причинам возникновения: неравномер ная осадка грунтов оснований, развитие просадочных деформаций, физический износ, пристройка и над стройка зданий (рисунок 2). Установлена скорость раскрытия нестабилизированных трещин наблюдаемых зданий (таблица 2). Исследована эффективность применяемых в г. Тамбове методов укрепления несущих элементов. Показано, что в десяти из семнадцати случаях эффект укрепления не достигнут.

2. Разработаны и осуществлены программа и методика испытаний более 220 моделей несущих стен с различными начальными дефектами (трещинами, штрабами, неполным опиранием, слабыми участками и др.) в условиях одно – и двухосного сжатия;

определены влияющие параметры повреждений (рисунок 3);

получены эмпирические зависимости несущей способности от этих параметров (таблица 3), являющиеся ба зой для разработки методики определения остаточной прочности стен с дефектами;

исследованы механизмы их разрушения (рисунок 5). Ограничение поперечных деформаций и поперечное сжатие стен повышают их несущую способность в 1,2 – 2 раза в зависимости от вида повреждения (рисунок 4, к). Математическое мо делирование методом КЭ показало удовлетворительную сходимость результатов экспериментов с расчетны ми данными (рисунок 4, и).

3. Выполнено несколько серий опытов c моделями фундаментов и заглубленных стен по изучению их взаимного влияния. Получены зависимости дополнительной осадки, крена фундаментов и силы бокового давления в грунтах от расстояния и глубины заложения соседних подземных конструкций. Исследован спо соб повышения несущей способности фундаментов и снижения взаимного влияния с помощью заглублен ных ограждающих кольцевых стенок. Получены функции влияния параметров ограждающей стенки на не сущую способность фундаментов (рисунок 5, а, б). При оптимальном соотношении диаметра стенки и ее вы соты разрушающая нагрузка возрастает до пяти раз и значительно снижается взаимное влияние (3, 4).

4. Разработаны рекомендации по предотвращению четырех основных причин деформирования стено вых конструкций, повышению их эксплуатационной надежности и способам укрепления. В их число входят:

план-схема изменчивости модуля деформации территории г. Тамбова;

микрорайонирование территории го рода по инженерно-геологическим и гидрогеологическим условиям строительства;

функции взаимного влияния гибких и жестких подземных конструкций;

рациональные способы повышения жесткости зданий и прочности оснований;

методика численной оценки остаточной прочности несущих стен с повреждения ми (6 – 8).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Леденев В.В. Взаимное влияние рядом расположенных зданий / В.В. Леденев, Ю.А. Клинков, Я.В.

Савинов // Строительные конструкции – 2000: Сб. материалов Всерос науч.-практ. конф. молодых ученых. – М.: МГСУ, 2001.Ч. 3. – С. 54 – 61.

2. Леденев В.В. Причины повреждения зданий в г. Тамбове и их предотвращения / В.В. Леденев, Я.В. Савинов // Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов: Материалы II Междунар. науч.-техн. конф. – Пенза: ПДЗ, 2000. – С. 49 – 50.

3. Влияние инженерно-геологических условий г. Тамбова на деформацию зданий / И.Л. Васильев, В.В. Леденев, А.Л. Туманян., Я.В. Савинов // Усиление оснований и фундаментов аварийных зданий и сооружений: Материалы Междунар. науч. конф. – Пенза: ПДЗ, 2000. – С. 33 – 36.

4. Повреждения зданий от влияния пристраиваемых / Ю.А. Клинков, В.В. Леденев, Я.В. Са винов, В.М. Скрылев // Повышение качества строительных работ, материалов и проектных решений:

Материалы Междунар. науч.-техн. конф. – Брянск: БГИТА, 2000. – Вып. 2. – С. 142 – 145.

5. Клинков Ю.А. Исследование напряжений в основании круглого штампа / Ю.А. Клинков, В.В.

Леденев, Я.В. Савинов // VI науч. конф.: Материалы конф. – Тамбов: ТГТУ, 2001. – С. 205 – 206.

6. Экспериментальные определения напряжений и перемещений в грунте / В.В. Леденев, А.В. Ху дяков, Я.В. Савинов, В.И. Скрылев // Актуальные проблемы усиления оснований и фундаментов ава рийных зданий и сооружений: Тр. Междунар. науч.-техн. конф. – Пенза: ПДЗ, 2002. – С. 88 – 92.

7. Леденев В.В. Прочность и трещиностойкость моделей стен с начальными дефектами / В.В. Леде нев, С.П. Морозов, Я.В. Савинов // Вестник ТГТУ. – Тамбов: ТГТУ, 2002. – Т. 8. – № 3. – С. 525 – 534.

8. О деформативных свойствах грунтов на территории г. Тамбова / И.Л. Васильев, В.В. Леденев, А.Л. Туманян, Я.В. Савинов // V Науч. конф.: Краткие тез докл. – Тамбов: ТГТУ, 2000. – С. 25 – 27.

9. Причины и характер трещинообразования в жилых кирпичных зданиях г. Тамбова / В.В. Леденев, С.П.

Морозов, В.И. Скрылев, Я.В. Савинов // Труды ТГТУ: Сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. – Тамбов:

ТГТУ, 2001. – Вып. 10. – С. 192 – 193.

10. Васильев И.Л. Особенности инженерно-геологического районирования территории Тамбова / И.Л. Васильев, А.Л. Туманян, Я.В. Савинов // Труды ТГТУ: Сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. Там бов: ТГТУ, 1999. – Вып. 4. – С. 123 – 126.

11. Васильев И.Л. Особенности покрова лессовых пород на территории г. Тамбова / И.Л. Ва сильев, А.Л.Туманян, Я.В. Савинов // IV Науч. конф.: Краткие тез. докл. – Тамбов: ТГТУ, 1999. – С. 250.

12. История формирования жилищного фонда г. Тамбова / М.В. Монастырева, П.В. Монасты рев, А.А. Горелов, Я.В. Савинов // VII Науч. конф.: Пленарные докл. и тез. стендовых докл. – Тамбов:

ТГТУ, 2002. – Ч. 1. – С. 302.

13. Леденев В.В. Влияние ограждающих стенок на несущую способность и перемещения штампа / В.В. Леденев, Я.В. Савинов // Вестник ТГТУ. – Тамбов: ТГТУ, 2002. – Т. 8. – № 2. – С. 342 – 350.

14. Леденев В.В. Причины деформаций жилых зданий в г. Тамбове / В.В. Леденев, Я.В. Сави нов, В.И. Скрылев // Расчет и проектирование оснований и фундаментов в сложных инженерно геологических условиях: Межвуз. сб. науч. тр. – Воронеж: ВГАСУ, 2002. – С. 61 – 65.

Условные обозначения:

Степень деформированности гражданских зданий г.Тамбова Р Ы Л Е Е Ширина раскрытия трещин более 5 мм.

В А УЛ.

Р л. Ы у Ширина раскрытия трещин от 3 до 5 мм.

Л я Е XIV а С Е О н В Ц У Р О Ж ь А Й Н А Я И У Л.

А л А а Т О В У Л.

Л С р И К т С А У с Т и Л. И И Ширина раскрытия трещин до 3мм г Ч Л А З Е Е ЭН Н Е а В С И ЕР Т О М С У ГЕ Н Р К К Л Ж ТИ А О Е У А КО С М Я Р В Т О В Я Ч С Л ЯУ У Л ПР Ж УК Н О Л. У.

А А Н БУЛЬВАР СТРОИТЕЛЕЙ О Л.

Я Г Л Н И Л.

О Э Ш Я А Т К К У О УЛ.

Л.

М О А МЕН ДЕЛ Е ЕВ С В В Р С А Н Трещины не обнаоужены А Р И О У Ы О Л Г Р ВВ Е И А Т О Т и Я ЗАЩИТНЫЙ ПР.

С Ы В О VIII ПЕ Л М Ь О К У В У Л.

Л У С Л.

ч А Укрепленные дома X У Н Б Р А ЗО у И КО Ш СМ О К ДЕ М Р ЬЯ Н СК Граница группы поврежденных р О Й О Я С УЛ М зданий и А КОМСОМОЛЬСКАЯ ПЛОЩАДЬ М XV О Н Л Т н А У Ж Номер группы поврежденных А Н.

Л. УЛ Ш И АЯ А У К РН Ц ВЕ О КА с СЕ Ш В зданий Я АЦ Ш У Л.

КА АЦ Л.

У Я ПО К Л.

к У Л.

АЯ ДВО У Л.

У ЙСК А К ОГО а МО УЛ В НТ Я я АЖ А О НИ С Ч И Ч К А Н КО К XI В В ТУ В А О у С Л С ИН Л О И О У Л.

ВС Д И Л Р Р А Б Р Ч А Я У Л.

А КИ Ь П л Л.

Р Е Т.

Й У.

УЛ.

С УЛ П В П Р.

VII АЯ К Я ВС О А ОГО НО П Е Н З Е Н С К А Я У Л А ЛИ А ТУ Д К У Р БАСТ С ИОНН Я У Л.

АЯ О К У Й Б Ы Ш Е В А У Л.

В У Л.

Л.

Т М А О Н К Е Л Н У ВЕСЕ Н НЯЯ А С О М М ОС К О В С К А Я УЛ.

Я Р V АВИ Е У К И З А У А Н Н И Т А И К Ц О Л У В А Л.

З КАВ АЛЕ Р И Й С К Я У Л.

Ц Л БА В С Т У Д Е Н Е Т С К А Я У Л.

И С Т Е П А Н А Р А З И Н А УЛ.

О Р О АС Н О К Т Я Б Р Ь С С К А Я Н У Л.

К К НО СОВСКАЯ VI Р О Р А А А З Я О У Л.

С ДЕР ЖАВИНСКА Я РОБЕСПЬЕРОВСКАЯ УЛ В Н К П И У Л.

К О С ВСКОГ В А МОС КО И Д К САРА УЛ З Я КОМИС Е.

О У Я Л.

С Е У Л.

У ШО Л.

СС Е У Л.

Я А Н АЛЬ Н О И Ц А Н Р Е XII ИНТ.

Л У Л.

У О Б О Л Г К О К С Ь Р А О Г А М И С К А М А Л З Ю Л.

У Р Е П О А Я Н А К С Ь Л Р О М Т О С Л М О К.

Р УЛ Р В С А А Ж Я И Л.

А Н К С Д У А Р О Г А Н И IV Н Е Л Я Е Б Г Е Я А А К Л О Н Ш Т А Д Т С Л М Р Л.

Я Е К У Е С Е Т Я А А Е Л.

З К Р К И Г Т Р С У Л.

У О Р В Н А В У Л.

Н О Л.

С Т Л.

Я А Ь К А Е Н У Л О О У М К С Е Р Р Г О К Д Е Ж Б Я Г А Л О.

Л О С Е О А У К Я А БР Б Н ТЯ С А ОК У А Т Р Н Т К ЛЕ С К А У 60 А Е Р Ь Р У Л.

Л.

О Л Т.

Ц Л А С Я А С Е Е АН И М Я Ж Г ЛЬ У А Я ТЕ Ж Н Г В Г Э Н Е Н В Л.

Е У У Е А Я Л О А А Г Г Х О У Л.

Г Л Н У Р И Я А Е Р У Я С Л.

Д О У Л.

И АЯ СК Л.

Е ЕР Р Р ОН ПИ Ф У XIII В О У УЛ.

Л.

ИЧА.

С РЕВ УЛ В Л УБО КР Я АС А НО У Л.

А К К АР КАЯ С МЕЙС ПАРХОМ В О А Я Н У Л.

Ш РУЧ А АНДРЕЕВСА Л А Е ЙН Б ЕНКО У Т АЯ А У Л.

Ч А Е В Д О К У О У Л.

Л.

Н