Диссертация (Совершенствование грунтовых анкерных конструкций раскрывающегося типа в гидротехническом строительстве)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»На правах рукописиГалимов Илья МидхатовичСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГРУНТОВЫХ АНКЕРНЫХКОНСТРУКЦИЙ РАСКРЫВАЮЩЕГОСЯ ТИПА ВГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕСпециальность 05.23.07 – Гидротехническое строительствоДиссертацияна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:кандидат технических наук, профессорЛевачев Станислав НиколаевичМосква – 20182ОглавлениеОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.............................................................................4ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................5ГЛАВА 1.

Современные грунтовые анкерные конструкциираскрывающегося типа в гидротехническом строительстве и путиих совершенствования..........................................................................................121.1Сооружения, использующие анкерное/якорное креплениеи типы грунтовых анкерных конструкций.........................................121.2Анализ существующих методов расчета грунтовыханкерных конструкций.........................................................................21Выводы к главе 1...............................................................................................31ГЛАВА 2.

Предлагаемая конструкция грунтового анкерараскрывающегося типа.........................................................................................322.1Грунтовая анкерная конструкция раскрывающегося типас двумя плитами и перспективы ее применения.............................. 322.2Разработка методики расчета предлагаемой грунтовойанкерной конструкции с двумя раскрывающимисяанкерными плитами..............................................................................38Выводы к главе 2...............................................................................................43ГЛАВА 3.

Экспериментальные исследования грунтовыханкерных конструкций раскрывающегося типа................................................443.1Программа и методика экспериментальных исследований..............443.2Полевые испытания на опытно-конструкторском участкеСеверо-Двинской шлюзованной системе в условияхглубинного заложения.........................................................................453.3Лабораторные исследования в условияхповерхностного заложения.................................................................5133.4Сопоставление результатов физическихэкспериментов с аналитическими методами расчета.......................67Выводы к главе 3...............................................................................................70Глава 4.

Расчетные исследования несущей способностиразработанной анкерной конструкции с двухряднымиплитами с помощью программно-вычислительногокомплекса Midas GTS NX.....................................................................................734.1Расчетные исследования несущей способностиразработанной анкерной конструкции впрограммно-вычислительном комплексеMidas GTS NX для условий поверхностного заложения...............734.2Расчетные исследования несущей способностиразработанной анкерной конструкции впрограммно-вычислительном комплексе Midas GTS NXв условиях глубинного заложения.....................................................784.3Сопоставление результатов численныхэкспериментов с разработанной методикой расчета.......................87Выводы к главе 4...............................................................................................89ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................................90Список литературы...............................................................................................924СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙɣ – плотность грунта;с – удельное сцепление грунта;φ – угол внутреннего трения грунта;Е – модуль общей деформации;ν – коэффициент Пуассона;L – длина анкерной тяги;d – диаметр анкерной тяги;D – приведенный диаметр анкерной плиты;А – площадь анкерной плиты;S – перемещение (выход) анкера;P – нагрузка.5ВВЕДЕНИЕАктуальность темы диссертационного исследования.На сегодняшний день одними из распространенных и в то же времяперспективныхконструкцийтранспортаконтинентальногоигидротехническихшельфасооруженийявляютсяводногозаанкерованныеконструкции различного назначения.

Известны многочисленные примерыприменения прогрессивных конструкций в составе заанкерованных тонкихстенок (для крепления грунтовых откосов, при возведении различного видаподпорных стенок, при строительстве подземных сооружений и т.д.). Кданному виду гидротехнических сооружений следует отнести сооруженияконтинентального шельфа (плавучие платформы с анкерными, якорнымисистемами, ветряные электростанции), оградительные (волноломы) ипричальные сооружения,судоходные сооружения и т.д.

[28]. В качествеанкерныхсоставеустройстввперечисленныхсооруженийширокоприменяются грунтовые анкеры, при использовании которых отмечаетсяисключительно положительный эффект. Так, при строительстве глубокихкотловановприменениегрунтовыханкеровпозволяетнетолькоокружающую конструкцию сделать легкой, но и вести строительномонтажные работы рядом с существующими сооружениями без опасения заразвитие в них чрезмерных деформаций [64].Однойизгидротехническомсамыхширокостроительствеприменяемыхявляетсяконструкцийбольверк.Больверквтонкостенное подпорное сооружение, воспринимающее горизонтальнуюнагрузку от грунта обратной засыпки за счет заделки стенки в грунте, а такжес помощью анкерных тяг, служащих для восприятия и перераспределенияусилий, действующих на анкеруемые лицевые элементы подпорных стен.Надежность и рентабельность данного вида сооружений подтверждаетсямноголетним опытом строительства больверков, как в мировой, так и вотечественной практике [28].6В настоящее время в гидротехническом строительстве заанкерованныеконструкции применяются при возведении причалов, набережных, камершлюзов, швартовых пал, берегоукрепительных сооружений и т.д.

Крометого, следует отметить, что анкерные устройства достаточно широкоиспользуется в гидротехнических сооружениях континентального шельфа,основное назначение которых связано с освоением богатств мирового океана.Данные сооружения возводятся и эксплуатируются в сложных условиях,обусловленных значительными глубинами, суровым климатом и т.д., чтоделает анкерное и якорное крепление весьма эффективными устройствами,удерживающими плавучие платформы, а в ряде случаев сооружения сподобными крепежными якорными системами безальтернативны.Основное преимущество заанкерованных и заякоренных сооруженийобусловлено их высокой технологичностью, относительной простотойвозведения, низкой материалоемкостью [28].Втожевремя,несмотрянаширокуюраспространенностьзаанкерованных сооружений, анкерные устройства и, в особенности,анкерные тяги, являются самым «уязвимым» конструктивным элементомданных сооружений, и уровень безопасности которых в целом в наибольшейстепени зависит от их состояния.

Одна из самых распространённых причинаварий таких сооружений заключается в отказе (обрыве) анкерных тяг.Из всего множества конструктивных решений анкерных устройств,целесообразно выделить несколько типов: железобетонные (в том числебуроинъекционные), металлические (в том числе раскрывающиеся) исинтетические.Раскрывающиесяметаллическиеанкерныесистемы(сраскрывающимся наконечником) типа «Manta Ray» и буроинъекционныеанкерные конструкции типа «Титан» являются одними из инновационныхрешений конструкций анкерных устройств, которые пользуются большойпопулярностью за рубежом и начинают всё шире применяться вотечественной гидротехнике.

Данные устройства имеют довольно широкое7применение: крепление подпорных стен, шпунтовых ограждений, стенкотлованов и траншей, закрепление высотных конструкций, различныхинженерных сетей, крепление георешёток и других удерживающих грунтсистем [37]. Однако, в процессе изучения работы раскрывающихсяметаллических анкерных систем, было выявлено, что данные конструкциигрунтовых анкеров имеют определенный резерв несущей способности,обусловленный включением в работу дополнительного массива грунта [11].Исследование нацелено на выявление и анализ факторов, влияющих наувеличение несущей способности раскрывающихся металлических анкерныхсистем, а также на решение практической задачи по совершенствованиюконструкцийгрунтовыханкеров,обладающихбольшейнесущейспособностью в сравнении с существующими конструкциями.Степень разработанности темы. При работе над диссертацией былоустановлено, что исследованиями по данному направлению в частиразработкиметодоврасчетаразличныханкерныхконструкций(фундаментов) занимались Агамирзян А.С., ГорбуновПосадов М.И.,ДжиоевЛ.Н.,МариупольскийЛ.Г.,ТалановГ.П.,ТерновыйВ.И.,Тер-Мартиросян З.Г.

и др. В то же время достаточно перспективным являетсянаправление,связанноесрешениемпрактическихзадачпозаключаетсявсовершенствованию конструкций грунтовых анкеров.Цельдиссертационногоисследованиясовершенствовании грунтовых анкерных конструкций раскрывающегосятипа и разработке оптимальной методики их расчета.Задачи диссертационного исследованияВдиссертационнойработебылисформулированыирешеныследующие основные задачи: на основе анализа теоретических и экспериментальных исследованийопределеныосновныенаправлениясовершенствованиягрунтовыханкерных конструкций раскрывающегося типа и разработана рациональнаяконструкция;8 осуществленыэкспериментальныелабораторныеиполевыеисследования особенностей работы грунтовых анкерных конструкцийраскрывающегося типа под воздействием выдергивающей нагрузки; выполнено численное моделирование работы грунтовых анкерныхконструкций в программно-вычислительном комплексе Midas GTX NX; разработана методика расчета с использованием основных положенийСП24.13330.2011дляопределениянесущейспособностиусовершенствованной грунтовой анкерной конструкции раскрывающегосятипа.Объектомдиссертационногоисследованияявляютсягрунтовыеанкерные конструкции раскрывающегося типа.Предметомспособностьидиссертационногодеформативностьисследованиягрунтовыхявляетсяанкерныхнесущаяконструкцийраскрывающегося типа.Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем: изучены особенности разрушения грунта при воздействии нагрунтовые анкерные конструкции раскрывающегося типа выдергивающейнагрузки; выявлены закономерности распределения напряжений в грунте привзаимодействии с раскрывающимся анкером и получены их количественныезначения для песчаных грунтов; разработана методика расчета с использованием основных положенийСП24.13330.2011дляопределениянесущейспособностиусовершенствованной грунтовой анкерной конструкции раскрывающегосятипа.Практическаяи теоретическаяработы состоит в следующем:значимостьдиссертационной9 разработана конструкция металлического грунтового анкера с двойнымрядом раскрывающихся анкерных плит, обладающего возможностьюпроверки несущей способности при вводе в эксплуатацию; приведеныразработаннойрекомендацииконструкциипоэффективномугрунтовогоанкеравприменениюгидротехническомстроительстве.Методикадиссертационногоисследования.Вданнойдиссертационной работе методика исследования заключалась в проведениикомплекса теоретических, экспериментальных работ, а также численногомоделирования, что позволило разработать конструкцию металлическогогрунтового анкера с двойным рядом раскрывающихся плит на однойанкерной тяге.