ВЫБОР КРИТЕРИЯ ИСЧЕРПАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАИ ПРИ СТАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ ПЛАВНО ВОЗРАСТАЮЩЕЙ НАГРУЗКОЙ Шмидт О.А.

Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина


Номер: 3-3
Год: 2017
Страницы: 97-102
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

свая, фундамент резервуара, критерий исчерпания несущей способности, повторное нагружение, pile, tank foundation, failure criterion, repeated loading

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В настоящей статье рассмотрен вопрос применимости общепринятых критериев исчерпания несущей способности свай при их статических испытаниях по методике плавно возрастающей нагрузки (ПВН), которая наилучшим образом моделирует работу сваи в фундаменте резервуара. Предложено определять несущую способность по критерию предельной скорости осадки свай во время испытаний

Текст научной статьи

Основная тенденция, наблюдаемая на сегодняшний день в нефтяной отрасли, заключается в расширении ареалов распространения нефтяной продукции, прокладке новых нефтепроводов (включая экспорт нефтепродуктов). Так, на территории Краснодарского края воплощается в жизнь проект модернизации каспийского нефтепровода (КТК), а также ведутся работы по реализации проекта «Голубой поток». Данные проекты требуют наличия разгрузочных порталов, в которых в качестве хранилищ используются резервуары. Так, на территории Краснодарского края в настоящее время расположено 14 объектов нефтяной отрасли, в состав которых входят крупные резервуары. Для крупных резервуаров наиболее остро встает вопрос проектирования оснований и фундаментов с учетом больших вертикальных нагрузок, большой скорости приложения нагрузки и циклического изменения уровня нефтепродуктов в резервуаре [1]. При этом одной из наиболее распространенных причин выхода из строя резервуаров является деформация днища вследствие неравномерных осадок основания [2]. В связи с этим выполняются работы по улучшению физико-механических характеристик основания [3], либо по устройству фундаментов повышенной несущей способности (свайные кольцевые, свайно-плитные и др. [4-6]), которые опробованы как для промышленных, так и для гражданских зданий и сооружений [7, 13, 14]. В настоящее время статические испытания свай регламентируются требованиями ГОСТ [8]. Государственный стандарт предусматривает испытания свай ступенчато возрастающей нагрузкой в один цикл нагружения и разгрузки. В качестве критерия исчерпания несущей способности свай в стандарте используется предельная осадка (20% от предельной осадки строящегося сооружения), либо отсутствие стабилизации осадки свай. За критерий стабилизации осадки принята скорость, соответствующая перемещению в 0,1 мм за час измерений. С учетом стабилизации на каждой ступени нагружения, один цикл статических испытаний производится не менее, чем за 8 часов. Фундаменты резервуаров во время эксплуатации нагружаются до проектных значений на 2,25-5 часов, что значительно быстрее, чем в программе, предусмотренной государственным стандартом (табл. 1). Кроме того, следует отметить, что нагружение фундаментов резервуаров происходит плавно, постоянно возрастающей нагрузкой в несколько циклов. В результате программа ГОСТ «Испытания грунтов сваями» предполагает работу свай в заведомо лучших условиях, чем в составе фундаментов резервуаров, что недопустимо. Таблица 1 Минимальное время заполнения крупных резервуаров № п/п Вместимость, м3 Диаметр, м Высота, м Минимальное время заполнения согласно требований [9], ч 1 10000 28,5 (34,2) 17,88 (12) 3,0 (2,25) 2 20000 39,9 17,88 3,0 3 30000 45,6 18 3,25 4 50000 60,7 18 4,75 При испытании свай плавно возрастающей нагрузкой (ПВН) критерии исчерпания несущей способности, предложенные методикой ГОСТ, неприменимы, так как отсутствует выдержка на ступенях нагружения. Наилучшим образом в данном случае подходят зарубежные критерии исчерпания несущей способности, а именно [11]: - Brinch Hansen Criterion; - Chin’s Method; - DeBeer Log-Log Method. Для анализа использовались результаты испытаний модели буронабивной сваи, устроенной в глинистом грунте, по методике ПВН. График зависимости осадки модели сваи от приложенной вдавливающей силы приведен на рис. 1. Как можно наблюдать на графике (рис. 1), в диапазоне от 1600 до 1800 Н наблюдается резкий перелом, свидетельствующий об исчерпании несущей способности. Для определения несущей способности воспользуемся вышеописанными критериями. Каждый из используемых методов определения несущей способности является графоаналитическим и требует дополнительных преобразований результатов испытаний. Так, Brinch Hansen Criterion основан на математической экстраполяции графика зависимости осадки от нагрузки в виде эллипса, радиусы кривизны которого Рис. 1 - Результаты испытаний модели буронабивной сваи (С1 и С2) определяются по графику зависимости величины √s/N (N -вдавливающая сила, Н) от осадки сваи (s, мм). По радиусам кривизны несущая способность сваи ( определяется по формуле: (1) Схема для определения радиусов кривизны приведена на рис. 2. Определение несущей способности сваи по методике «Chin’s Method» основано на экстраполяции графика зависимости осадки от нагрузки в виде гиперболической зависимости. Несущая способность определяется по формуле: , (2) где С1 - тангенс угла наклона аппроксимирующей прямой графика зависимости «скорости» осадки s/N от величины осадки сваи s (рис. 3). Для определения несущей способности сваи по методике «DeBeer Log-Log Method» строится график зависимости Ln(s) от Ln(N). Несущая способность в данном случае определяется по рис. 4. Также, кроме приведенных зарубежных критериев исчерпания несущей способности свай, предлагается использовать предельную скорость осадки сваи, в 25 раз превышающую первоначальную, полученную на линейном участке испытаний. Данная методика была разработана для штамповых испытаний постоянно возрастающей нагрузкой и может быть применена для статических испытаний свай (рис. 5). Рис. 2 - Вспомогательные построения для определения несущей способности модели сваи по методике «Brinch Hansen Criterion» Рис. 3 - Вспомогательные построения для определения несущей способности модели сваи по методике «Chin’s Method» Рис. 4 - Вспомогательные построения для определения несущей способности модели сваи по методике «DeBeer Log-Log Method» Vult=0.02 Рис. 5 - Вспомогательные построения для определения несущей способности модели сваи по предельной скорости осадки Результаты оценки несущей способности сваи по зарубежным методикам, а также по предлагаемой, приведены в таблице 2. Таблица 2 Результаты определения несущей способности модели сваи по результатам статических испытаний № п/п Критерий исчерпания несущей способности сваи Несущая способность модели сваи, Н 1 Brinch Hansen Criterion 1749 2 Chin’s Method 2000 3 DeBeer Log-Log Method 1693 4 Предельная скорость осадки 1677 Как следует из табл. 2, критерии исчерпания «Brinch Hansen Criterion» и «Chin’s Method» при статических испытаниях сваи по методике ПВН дают завышенные значения несущей способности. Методики «DeBeer Log-Log Method», а также предельной скорости осадки сваи дают схожие значения несущей способности, близкие к наблюдаемой визуально точки исчерпания несущей способности сваи. Более того, применение критерия предельной скорости осадки при испытаниях по методике ПВН позволят определять несущую способность сваи как при первом, так и при повторном нагружении [12], в то время как методики, приведенные в пп. 1-3 (табл. 2) имеют большие расхождения с конечными результатами испытаний свай.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.