А.Я.ИСАЙКИН, канд. техн. наук (НИИЖБ), Несущая способность и оценка надежности систем "грунт-сваи-сооружение"
Оценка несущей способности и надежности систем "грунт-сваи- сооружение"(для сокращения - "сваи-сооружение") в настоящее время является очень актуальной задачей. Этой проблемой занимались и занимаются большое количество исследователей. Однако до настоящего момента еще не созданы достаточно простые для практического применения методы, позволяющие с достаточной точностью определять несущую способность и оценивать надежность таких систем. Поэтому целью данной работы является разработка именно инженерного метода, обладающего простотой, доступностью и наглядностью.
Для решения поставленной задачи используем метод предельного равновесия в кинематической постановке. Примем следующие предпосылки и определения: 1) продавливание ростверка колонной или сваями исключается; 2) разрушение по любому наклонному сечению невозможно; 3) образование пластического шарнира в каком-либо сечении считаем за его отказ; 4) за отказ любой сваи по грунту принимается ее срыв (неограниченная осадка при практически постоянной нагрузке); 5) за отказ всей системы "сваи- сооружение" принимается образование любого кинематического механизма из множества возможных.
Под пластическим шарниром будем понимать как шарнир вращения, так и линейный шарнир [5]. В классическом понимании несущая способность сваи - это такое сопротивление сваи, при котором ее осадка начинает возрастать практически без увеличения нагрузки. Опыт показывает, что сваю любых размеров и в любых грунтах можно довести до исчерпания ее несущей способности, если до этого не произойдет разрушения самой сваи [1]. Поэтому, с некоторой условностью, за подобие линейного пластического шарнира можно принять срыв сваи.
Разрушение верхней части системы "сваи-сооружение" может про-, изойти по какому-либо механизму и без участия свай. Обратного эффекта не наблюдается (кроме равномерной осадки всего сооружения). Однако, с точки зрения теории вероятностей, равномерная осадка всего сооружения - это практически невозможное событие (если только под сооружением не понимать один ростверк, или если сооружение - это абсолютно жесткое тело).
Таким образом, отмечается связь между несущей способностью свай (или группы свай) с несущей способностью верхней части системы "сваи-сооружение".
Представим себе какой-нибудь кинематический механизм, включающий в себя определенную группу свай и группу критических сечений, элементов или связей системы "сваи- сооружение". Только при условии, что группа свай и элементов системы находятся в состоянии отказа, возможно возникновение кинематического механизма. Назовем такие механизмы простейшими схемами разрушения (ПСР) [2]. Некоторые простейшие схемы для рамных конструкций и панельных зданий показаны на рис. 1 и 2.
Пусть количество всех возможных ПСР будет равно т, количество всех элементов верхней части системы - п, количество свай системы - к, а количество связей в системе - S (для панельных зданий). Рассмотрим какую-либо ПСР, например - у. Обозначим работу, совершаемую внешней нагрузкой йа возможных перемещениях у-той ПСР - Wj, а работу внутренних усилий - Uj. Работа внутренних усилий Uj может быть определена по формуле
Условием достаточности несущей способности системы "сваи- сооружение" по схеме j будет Uj > Wj. Тогда, согласно метода предельного равновесия в кинематической постановке за несущую способность системы принимается наименьшее из значений несущих способностей, вычисленных по всем схемам разрушения. Причем несущая способность всех схем выражается через какой- нибудь единый параметр нагрузок [5].
Схемы разрушения панельных зданий различных конструктивных схем подробно описаны в [3]. Там же описана методика определения несущей способности верхней части панельных зданий с учетом возникновения пластических шарниров в перекрытиях и стенах, а также с учетом работы всех связей. Для учета работы группы свай, принадлежащей рассматриваемой схеме, по перемещениям верхней части сооружения определяются осадки каждой сваи группы. Затем вычисляется работа внутренних усилий рассматриваемой схемы разрушения.
Аналогичным образом определяются вероятности неразрушения системы по всем остальным возможным схемам разрушения. Вероятность неразрушения всей системы подсчитывается по формуле (3).
Таким образом, появляется реальная возможность не только определять несущую способность, но и оценивать надежность систем "сваи- сооружение".
Бетон и железобетон, 1995 №5