ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

По фундаментальным исследованиям в области технических наук (грант РФФИ «Енисей») в рамках гранта проводились исследования на тему «Новая технология и конструктивные решения для комплексного обеспечения строительства нефтегазоносных объектов и их эксплуатации в северных районах Красноярского края в сложных грунтовых условиях (на основе мобильных унифицированных строительных элементов)», рук. д.т.н., профессор, зав. кафедрой СМиУК Абовский Н.П.

Представлен комплекс инновационных конструктивных и технологических  разработок, не имеющий аналогов в мировой практике, завершение которых в 2006 году  полностью охватит весь набор  строительных  объектов для освоения нефтегазоносных районов Сибири в сложных грунтовых условиях и сейсмичности. Технология их осуществления позволяет максимально сохранить естественные природные условия и соблюсти требования экологичности при высокой эффективности и индустриальности строительных работ и ускоренных сроках их выполнения, не требуя практически производства земляных работ и использования тяжелой техники.

Комплекс включает пространственные фундаментные платформы под различные здания, вахтовые поселки, резервуарные и насосные станции; железобетонные и сталежелезобетонные резервуары, объединенные с фундаментными платформами; надземные регулируемые опоры под магистральные трубопроводы, отличающиеся мобильностью, индустриальностью,  удобствами монтажа и эксплуатации; замкнутые здания нового типа повышенной сейсмичности и живучести; универсальные строительные элементы, из которых конструируются разнообразные сооружения (подпорные стенки, мостовые переходы, мачты, водоводы, опоры, фундаменты, здания и др., в том числе для защиты объектов на подтапливаемых территориях). Выполнены исследования и обоснования эффективности данных разработок.

Разработана общая концепция, принципы и способы  строительства, получен комплекс новых технологических и конструктивных решений для полного инженерного обеспечения строительства и эффективной эксплуатации нефтегазоносных объектов  в сложных грунтовых условиях на основе унифицированных строительных элементов в северных районах Красноярского края, не имеющих аналогов в мировой практике.

Предлагаемая новая технология преодолевает указанные сложные негативные стороны и создает благоприятные условия для освоения этих территорий. Предлагаемая концепция (принципы, технология и конструктивные решения) и разработанные конструкции, включая резервуары, опоры, здания замкнутого типа и пространственные фундаментные платформы (поверхностные, без заглубления), представляют комплексное решение проблемы на слабых грунтах с использованием унифицированных однотипных мобильных строительных элементов. Пространственные фундаментные платформы применяются на вечномерзлых, слабых, просадочных, пучинистых грунтах под вахтовые поселки, большепролетные и небольшие здания, гаражи, оборудование, резервуары большой и малой емкости.  Они устанавливаются на поверхности слабых или вечномерзлых грунтов без заглубления (т. е. практически без земляных работ). Сохраняется естественное состояние грунта, на которое оказывается малое давление. Платформы обладают повышенной жесткостью, весьма эффективны по материалоемкости и  экономичности. Встроенное вентилируемое подполье сохраняет свойства вечномерзлых грунтов.

Конструктивные  решения резервуаров, замкнутых зданий и пространственных  платформ являются многосвязными и  обладают повышенной пространственной жесткостью. В связи с этим неравномерность осадок грунта легко воспринимается данными структурами. Исчерпание несущей способности отдельной связи не приводит к нарушению живучести конструкции в целом. Благодаря большой площади опирания фундаментных платформ  и замкнутых зданий на основание оказывается незначительное давление на грунт, что позволяет осуществлять их строительство на слабых и просадочных грунтах. Встроенное в фундаментную платформу вентилируемое подполье обеспечивает сохранность свойств  вечномерзлых грунтов.

В рамках сотрудничества с РААСН выполнялся проект «Безопасность зданий с горизонтальными ростверками в новых условиях сейсмического районирования. Предложения к конструктивным решениям и расчет с учетом новых факторов», рук. д.т.н., профессор, зав. кафедрой СК Л.В. Енджиевский.

Теоретические расчеты пространственных несущих систем ствольно-ростверковых многоэтажных 26-этажных зданий показали, что монолитные горизонтальные ростверки и перекрытия, оказывая сопротивление деформированию из своей плоскости при совместной работе в составе несущей системы, существенно влияют на распределение усилий между несущими элементами и сами испытывают сложное напряженное состояние. При этом  изгибающие моменты в заделке ядра уменьшаются на 22-38% (в зависимости от формы здания в плане и соотношения жесткостей ядра, ростверка и перекрытий). В контурных колоннах каркаса возникают дополнительные осевые усилия, а горизонтальные перемещения  верха здания снижаются в 2 раза.

Распределение усилий в контурных колоннах меняется при различных видах внешних воздействий и зависит от осевой податливости колонн и формы зданий в плане. По результатам расчета ствольно-ростверковой несущей системы 26-этажного здания на особые сочетания нагрузок (с учетом сейсмических воздействий) установлено, что в периферийных колоннах верхних этажей возникают растягивающие усилия величиной 65 т (в круглом в плане здании) и 79 т (в квадратном в плане здании).

По результатам расчетов двух несущих систем 26-этажных зданий на ветровые воздействия выявлено, что при цилиндрической форме здания горизонтальные отклонения в 2 раза меньше по сравнению со  зданиями  квадратной формы в плане.

Численные исследования предлагаемых конструкций комбинированных монолитных перекрытий с пространственными арматурными каркасами показали,  что они обладают достаточной прочностью, жесткостью, надежны и могут быть рекомендованы для применения в ствольно-ростверковых зданиях повышенной этажности. Максимальные прогибы перекрытий: квадратных в плане зданий – 2 см, круглых – 2,1 см. Максимальные  напряжения N_y от расчетной комбинации загружений – в пределах 18,7-24,1 т/м².

Установка арматурных каркасов, объединяющих в совместную работу  верхний и нижний несущие слой комбинированной плиты благоприятно сказывается на распределение изгибающих и крутящих моментов, перерезывающих сил, а также значительно снижает их абсолютные значениях.

Предлагаемые конструктивные решения комбинированных перекрытий плит дает возможность осуществлять регулирование напряженно-деформированного состояния ее конструктивных элементов. Варьируя геометрическими параметрами сечения элементов и расположением стержней арматурных каркасов в поле плиты, можно подбирать оптимальные варианты монолитных перекрытий для конкретных условий работы.

Анализ напряженного состояния горизонтальных ростверков показал, что в их сечениях возникает сложное напряженное состояние. Из полученных картин полей напряжений видно, что в зонах примыкания ростверков к ядрам жесткости и к контурным колоннам возникают максимальные напряжения (см. рис. 2.4.2-2.4.4, 2.4.10, 2.4.11).  Это может привести к образованию трещин, снижению жесткости ростверков и перераспределению внутренних усилий во всех элементах несущей системы здания.

Учитывая, складывающуюся ситуацию в строительном комплексе - повышение требований к качеству и надежности многоэтажных зданий, увеличение числа проектируемых уникальных многоэтажных зданий, исследования по данной теме продолжаются. Проводятся численные исследования наряженного состояния монолитных железобетонных горизонтальных ростверков и комбинированных плит перекрытий ствольно-ростверковых зданий с учетом физической нелинейности работы материалов.

По гранту РГНФ выполнялся проект «Красноярский исторический некрополь как памятник культурного наследия и его место в современном развивающемся городе», рук. канд. архитектуры, зав. кафедры ГРАДО А.В. Слабуха.