Описаны основные виды и особенности обычных и особых грунтовых условий оснований сооружений. Приведены допускаемые и предельные деформации сооружений и конструктивных элементов от воздействий неравномерных оседаний основания. Изложены методы расчета сооружений, учитывающие переменную жесткость основания, нелинейно-неупругую деформируемость грунта и конструкционных материалов, фактор времени и произвольные смещения земной поверхности. Даны сопоставления результатов натурных испытаний здания на ступенчато оседающем основании с расчетами в нелинейно-неупругой постановке. Для научных и инженерно-технических работников научно-исследовательских, проектных и изыскательских организаций.

Предисловие
Введение

Глава 1. Инженерно-геологические условия строительства
Неоднородные грунты
Вечномерзлые грунты
Просадочные лессовые грунты
Набухающие грунты
Подрабатываемые территории
Другие виды сложных грунтовых условий
Деформационные свойства грунтов

Глава 2. Допускаемые деформации сооружений от воздействий неравномерных осадок основания
Взаимодействие сооружений с основанием
Установление допускаемых деформаций сооружений
Допускаемые деформации сооружений в обычных грунтовых условиях
Допускаемые и предельные деформации сооружений на подрабатываемых территориях
Допускаемые повреждения конструкций
Расчетно-теоретический путь установления регламентируемых деформаций сооружений
Определение допускаемых и предельных деформаций основания

Глава 3. Теория расчета конструкций на нелинейно деформируемом основании
Расчетная модель основания для решения контактных задач
Нелинейный закон деформирования поверхности основания
Метод суммарных нагружений
Расчеты на первое и второе нагружения
Расчеты на третье и последующие нагружения
Метод раздельных нагружений
Определение касательных контактных напряжений

Глава 4. Расчет сооружений с учетом ползучести конструкций и грунта
Общие сведения
Коэффициенты жесткости длительно деформируемого основания
Расчет стержневых систем шаговым методом по времени
Учет нелинейных и переменных факторв
Вычислительный алгоритм
Влияние исходных данных на усилия в стержневой системе
Упрощенный способ расчета на ползучесть

Глава 5. Решение отдельных задач взаимодействия конструкций с основанием
Учет нелинейно-неупругого деформирования конструкций при переменных нагружениях
Расчет абсолютно жестких балок и плит
Расчет балки конечной жесткости на искривленном основании
Определение расчетных положений карстовых воронок под бескаркасными зданиями
Определение предельных обобщенных усилий в бескаркасных зданиях
Учет дилатансии грунтов при воздействии горизонтальных деформаций грунтового массива
Экспериментальная проверка теории нелинейно-неупругого взаимодействия основания с фундаментом

Список литературы

Предисловие

Расчет и проектирование надежных и экономичных конструкций зданий и сооружений различного назначения с учетом их взаимодействия с грунтовым основанием является важной проблемой современного строительства.

Значительный вклад в решение этой проблемы внес Сергей Николаевич Клепиков, ученый-исследователь и организатор работ в одном из таких направлений строительной науки, как строительство в сложных инженерно-геологических условиях. Область научных исследований Сергея Николаевича была связана со строительной механикой, механикой грунтов, строительными конструкциями, где он получил ряд научных и практических результатов фундаментального значения. Разработанные С. Н. Клепиковым новые общие методы статического расчета стержневых, пластинчатых и пластинчато-стержневых систем на деформируемом основании открыли возможность углубленного анализа совместной работы сооружений и оснований. Им разработаны методы решения физически и конструктивно нелинейных контактных задач, рассмотрены задачи расчета конструкций с учетом ползучести материала и деформаций консолидации грунтового основания, а также совместной работы системы «основание — фундамент — верхнее строение». Много внимания в решаемых задачах уделено С. Н. Клепиковым созданию расчетных моделей сложных пространственных систем зданий и сооружений.

В своей научной деятельности Сергей Николаевич опирался на современные достижения механики грунтов, теории расчета конструкций и экспериментальные данные о взаимодействии конструкций с основанием, полученные при его непосредственном участии или другими исследователями.

С. Н. Клепиков как ученый с мировым именем возглавлял Международный технический комитет общества по механике грунтов и фундаментостроению, участвовал в работе нескольких международных конференций и симпозиумов.

В предлагаемой читателям книге изложены результаты многолетних исследований профессора Клепикова. В ней приведены методы расчета сооружений на воздействия неравномерных деформаций основания. Развитая в научных трудах С. Н. Клепикова, в том числе в настоящей книге, теория переменного коэффициента жесткости основания отражает главное, с точки зрения влияния на результаты решений контактных задач, — деформационные свойства грунтовых оснований. При этом в качестве параметра, характеризующего эти свойства, введено понятие о коэффициенте жесткости основания, по своему физическому смыслу представляющему собой усилие, необходимое для единичного перемещения единицы поверхности. В общем случае коэффициент жесткости зависит от физических свойств грунта, его распределительных свойств, размеров и формы подошвы фундамента и характера нагружения (простое или сложное).

В книге обобщены данные многочисленных исследований и наблюдений за поведением эксплуатируемых зданий и сооружений, рассмотрен такой важный для инженерной практики вопрос, как допускаемые и предельные деформации объектов различного назначения при воздействии на них неравномерных осадок оснований. Обстоятельно изложены теоретические основы предложенных автором методов расчета конструкций на нелинейно-деформируемом основании. Даны рекомендации по определению линейных, нелинейных и длительных коэффициентов жесткости основания. Разработаны практические предложения по расчету сооружений с учетом ползучести материала конструкций и грунта. Рассмотрены основные свойства неоднородных и структурно неустойчивых грунтов подрабатываемых и закарстованных территорий. И в заключительной главе книги даны решения, полученные на базе использования модели переменного коэффициента жесткости и иллюстрирующие результаты учета взаимодействия конструкций с деформируемым основанием.

К редким достоинствам книги следует отнести то, что самые сложные и трудновоспринимаемые новые теоретические идеи изложены простым, ясным языком и доведены автором до решений, легко поддающихся алгоритмизации, для последующего программирования на ПЭВМ. В отличие от многих современных авторов С. Н. Клепикову всегда было свойственно стремление представлять результаты своих исследований в доступной для понимания и удобной для широкого применения форме.

Природа щедро одарила его талантом, трудолюбием, увлеченностью своим делом, легким характером, прекрасной внешностью, физической силой, обаянием и высокой порядочностью. Он обладал умением создавать творческую и доброжелательную научную атмосферу в руководимом им коллективе единомышленников-исследователей, что способствовало высокой научной значимости получаемых результатов.

Множество новых идей, которые у него рождались с удивительной легкостью, находили свое воплощение в десятках выполненных и успешно защищенных под его руководством диссертаций. И не меньшее количество идей еще ждали своей реализации.

Публикуя эту книгу, мы не только обогащаем строительную науку и практику, но и выполняем свой долг перед памятью Сергея Николаевича Клепикова.

Друзья, коллеги

Введение

Строительство на деформируемом основании имеет очень широкое распространение. Это могут быть различные здания на балочных, рамных, плитных и свайных фундаментах, инженерные сооружения, резервуары, шлюзы, доки и плотины, покрытия автомобильных дорог и аэродромов и т. д. Эксплуатационная пригодность сооружений на таком основании в большой степени зависит от достоверности расчетов, выполняемых при проектировании, и учета реальных свойств грунтов и конструкционных материалов. Большое значение имеет точность расчетов и для выбора рационального типа оснований и фундаментов, а также конструктивных мероприятий, уменьшающих чувствительность сооружений к деформациям основания.

Расчеты сооружений с учетом деформируемости оснований выполняются обычно в линейной постановке. Однако сейчас линейная теория расчета начинает себя исчерпывать, и решать новые задачи, выдвигаемые практикой строительства, на основе ее положений становится все труднее или просто невозможно. Особенно это относится к расчетам сооружений, проектируемых для строительства в сложных инженерно-геологических условиях (структурно-неустойчивые грунты, подрабатываемые, закарстованные и оползневые территории). В подобных условиях воздействия в виде смещений и изменения жесткости основания проявляются, как правило, в период эксплуатации сооружения, что приводит к перераспределению контактных напряжений вплоть до отрыва грунта от подошвы фундаментов и нарушения его прочности на отдельных участках. При этом внешняя нагрузка остается неизменной и общий объем эпюр контактных напряжений на любой стадии деформирования основания не меняется. Существенно также влияние длительных деформаций, возникающих при смещениях основания.

Такого рода задачи расчета сооружений на прочность и деформативность заставляют искать пути теоретического описания взаимодействия сооружений с основанием с целью определения напряженно-деформированного состояния системы «основание — фундамент — верхнее строение» во всем диапазоне нагрузок и воздействий, что дает возможность полнее использовать свойства грунтов и конструкций и достовернее выполнять инженерные расчеты. Теория ставит три основные задачи, от решений которых зависит степень достоверности получаемых результатов. Первая задача относится к выбору расчетной модели основания; вторая сводится к тому, что можно назвать расчетной моделью сооружения, взаимодействующего с основанием; третья связана с методами решения контактных задач, в результате которого определяются усилия взаимодействия сооружения с деформируемым основанием.

Правильно рассчитать сооружение на воздействия неравномерных деформаций основания можно, лишь зная физические особенности деформирования различных грунтов и конструкций сооружений. Поэтому в настоящей книге даны необходимые сведения по этим вопросам. Изложено также современное состояние в области установления допускаемых деформаций и повреждений сооружений, возникающих от воздействий неравномерных деформаций основания.

Центральное место в данной монографии занимают вопросы статического расчета сооружений на деформируемом основании в нелинейной постановке. Большое внимание уделено учету переменной жесткости основания и неравномерных вертикальных и горизонтальных перемещений основания, не связанных с влиянием сооружения; неупругой деформируемости грунтов; длительным деформациям оснований и элементов конструкций. При этом решения рассмотренных задач доведены до конкретной законченной формы, позволяющей разрабатывать соответствующие программы для ПЭВМ и производить численные расчеты. При изложении особенностей нелинейного расчета конструкций предлагается новый подход, основанный на использовании единой по форме диаграммы нелинейно-неупругого деформирования для основания и для конструкций.

В пределах принятых допущений сделана попытка дать законченную теорию расчета сооружений на деформируемом основании в нелинейно-неупругой постановке, изложенную по возможности яснее и проще и прошедшую проверку в натурных условиях. Эта теория обеспечивает вполне достаточную точность решения задач взаимодействия сооружений с основанием. На ее основе можно получать численные решения различных задач, связанных с проектированием и эксплуатацией сооружений в сложных инженерно-геологических условиях, обеспечивая надежность и экономичность возводимых объектов. Практическое применение предложенных методов расчета открывает также возможности углубленного анализа совместной работы сооружений и оснований.