авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Разработка и создание деформационного мониторинга инженерных сооружений в карстовом районе

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Цветков Роман Валерьевич

РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА

ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ В КАРСТОВОМ РАЙОНЕ

Специальность 01.02.04 – механика деформируемого твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Пермь – 2011 г.

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук

Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук, профессор

Шардаков Игорь Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Барях Александр Абрамович

доктор физ.-мат. наук, профессор

Вахрушев Александр Васильевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Тульский государственный

университет»

Защита состоится 23 июня 2011 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.188.05 при ГОУ ВПО «Пермский государственный технический университет» по адресу: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, ауд. 423б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного технического университета.

Автореферат разослан « 20 » мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета:

доктор технических наук, доцент Щербинин А.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Строительство и эксплуатация зданий и сооружений
в карстовых районах сопряжены с возможностями возникновения в грунте под зданием карстовых полостей и воронок. Особенность этих явлений состоит в том, что к моменту начала строительства геологические изыскания могут свидетельствовать об отсутствии карстовых полостей под сооружением, однако в процессе эксплуатации возможна реализация условий для их появления и роста. Активизация карстовых процессов может привести к недопустимым деформациям грунта и, как следствие, к разрушению фундамента и самого сооружения.

Одним из самых эффективных способов, позволяющих своевременно зарегистрировать начало и активизацию деформационных процессов в элементах сооружений от воздействия карста, является использование автоматизированных систем деформационного мониторинга. Эти системы должны обеспечивать автоматическое измерение деформационных параметров в режиме on-line с последующей математической обработкой и представлением данных в доступном виде. На основе анализа результатов обработки данных об эволюции измеренных параметров и математического моделирования деформационных процессов в комплексе «грунтовое основание – фундамент – сооружение» системы мониторинга должны позволять делать заключение о закономерностях деформационных состояний сооружения, а также прогнозировать его дальнейшее поведение.

Таким образом, актуальной научно-технической задачей является разработка и создание автоматизированных систем деформационного мониторинга инженерных сооружений в карстовых районах.

Целью работы является разработка и создание автоматизированной системы мониторинга деформационного состояния сооружений, находящихся в карстовых районах.



Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Выбор структуры систем первичных датчиков и их эксплуатационных параметров (диапазон измерений, точность, дискретность расположения) с использованием математического моделирования деформационного поведения объекта.
  2. Оценка (в автоматическом режиме) деформационных процессов во всех элементах конструкции на основе показаний дискретно расположенных первичных датчиков с использованием математической модели деформационного поведения объекта.
  3. Оценка критического и предкритического состояния объекта на основе анализа эволюции деформационных параметров конструкции.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Разработана и численно реализована математическая модель деформационных процессов в системе «карст – грунтовое основание – фундамент – сооружение», которая позволила определить структуру совокупности первичных датчиков деформационного мониторинга сооружения.
  2. Разработана и внедрена в аналитический блок системы мониторинга математическая модель, позволяющая в автоматическом режиме по результатам измерений с дискретно распределенных первичных датчиков оценивать деформационные процессы в любом элементе сооружения.
  3. Разработана система датчиков, которая позволяет в автоматическом режиме осуществлять измерения осадок зданий и сооружений.
  4. Получены эволюционные зависимости параметров деформационного состояния элементов сооружения. Эти зависимости являются основой для оценки остаточного временного ресурса безопасной эксплуатации сооружений.

Практическое значение работы состоит в следующем:

  1. Разработана и создана автоматизированная система мониторинга деформационного состояния 5–этажного кирпичного дома в карстовом районе (г. Кунгур, Пермский край), которая продемонстрировала свою эффективность и надежность практически бесперебойной работой в течение 2.5 лет. На основании результатов работы системы мониторинга обоснована возможность инженерных мероприятий по укреплению фундамента дома.
  2. Разработанная система мониторинга может быть успешно растиражирована для широкого многообразия инженерных сооружений.

Подходы, развиваемые в диссертации, реализованы при выполнении ИМСС УрО РАН работ по программе Президиума РАН №11 «Фундаментальные проблемы механики взаимодействий в технических и природных системах, работ по грантам РФФИ №06-08-00696-а, № 09-08-99135-р_офи. Внедрение подтверждено справкой об использовании результатов работы в МУ «Кунгурское городское муниципальное управление гражданской защиты».

Личный вклад автора состоит:

– в проведении исследований по численному моделированию деформационных процессов 5–этажного кирпичного дома в карстовом районе (г. Кунгур, Пермский край) с целью получения наиболее информативной структурной схемы совокупности первичных датчиков для автоматизированной системы мониторинга, в обобщении и оценке полученных результатов;

– во внедрении численной реализации математической модели деформационных процессов в аналитический блок автоматизированной системы мониторинга, что позволило организовать автоматизацию численной реализации математической модели на каждом этапе поступления данных с систем первичных датчиков, а также оценивать распределение деформационных процессов во всех элементах дома;

– в разработке и создании систем первичных датчиков, позволивших осуществлять автоматическую регистрацию осадок фундаментов дома;

– в непосредственном участии в разработке и в практическом создании автоматизированной системы деформационного мониторинга 5–этажного кирпичного здания, находящегося в карстовом районе.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

– результаты численных экспериментов на основе математической модели деформационных процессов в системе «карст – грунтовое основание – фундамент – сооружение», которые позволили определить структуру первичных датчиков деформационного мониторинга сооружения;

– система первичных датчиков измерения неравномерных осадок зданий и инженерных сооружений;

– результаты эволюционных зависимостей параметров деформационного состояния элементов сооружения, полученные с использованием автоматизированной системы мониторинга.

Достоверность численных результатов математического моделирования деформационных процессов достигалась за счет корректных постановок краевых задач и анализа процесса практической сходимости численных решений. Достоверность результатов экспериментальных измерений параметров деформационных процессов, получаемых с систем первичных датчиков, устанавливалась путем экспериментального тестирования и сравнения с результатами, полученными другими авторами.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на следующих конференциях: Всероссийской конференции по волоконной оптике (Пермь, 2007); на XV и XVI «Зимних школах» по механике сплошных сред (Пермь, 2007 и 2009); Всероссийской конференции «Безопасность критичных структур и территорий» (Екатеринбург, 2008); конференции молодых ученых «Неравновесные процессы в сплошных средах» (Пермь, 2008 и 2009); конференции «Проблемы и задачи инженерно-строительных изысканий. Проблемы инженерной геологии карста урбанизированных территорий и водохранилищ» (Пермь, 2008); конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» (Тула, 2008); конференции «Актуальные проблемы математики, механики, информатики» (Ижевск, 2010). Диссертация в целом обсуждена на научном семинаре кафедры математического моделирования систем и процессов ПГТУ (руководитель д.ф.-м.н, проф. П.В. Трусов, 2011); научном семинаре ИМСС УрО РАН (руководитель акад. РАН В.П. Матвеенко, 2011); научном семинаре кафедры вычислительной математики и механики ПГТУ (руководитель д.т.н, проф. Н.А. Труфанов, 2011).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 11 научных работах (10 – в соавторстве, 3 – опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК). В числе научных работ – 1 патент на изобретение (в соавторстве).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложения. Она содержит 119 страниц текста, в том числе 52 рисунка, 8 таблиц. Список литературы включает 194 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится описание нового направления науки и техники – Structural health monitoring (SHM), в рамках которого создаются системы обеспечения безопасности конструкций. Одной из составляющих SHM является деформационный мониторинг. Приведены примеры реально функционирующих систем деформационного мониторинга на крупных инженерных сооружениях (мосты в Канаде, Гонконге). Также перечислены российские организации (НПО «СОДИС», НПК «Мониторинг-центр», НПП «Геотек», ООО «ГПиКО» и др.), которые занимаются разработкой и внедрением систем автоматизированного мониторинга деформационного состояния сооружений. Выполнен обзор методов измерений деформационных параметров строительных сооружений и конструкций. На основе анализа приведенного материала обозначены основные направления по совершенствованию систем деформационного мониторинга, обоснована актуальность работы и сформулированы цели работы.

В первой главе описаны основные подходы к разработке принципиальной схемы системы мониторинга деформационного состояния сооружений, испытывающих осадку фундамента, в частности, за счет появления и эволюции карстовой полости. Основная идея заключается в предварительной оценке деформационных процессов в системе «карст – грунтовое основание – фундамент – сооружение». Эта оценка осуществлялась на основе численных экспериментов с математической моделью, описывающей деформационный процесс в этой системе. Результаты этих экспериментов позволили осуществить рациональный выбор параметров, которые необходимо и можно измерять в процессе мониторинга. Исследованиям в области поведения конструкций в сложных инженерно-геологических условиях посвящены работы многих ученых: М.Ю. Абелева, В.А. Барвашова, А.А. Бартоломея, А.А. Баряха, Б.В. Гончарова, Н.З. Готман, А.А. Григорян, Э.И. Мулюкова, А.В. Пилягина, Е.А. Сорочана, З.Г. Тер-Мартиросяна и др.

Математическая модель разрабатывалась на основе следующей исходной информации: геометрия здания; физико-механические свойства материалов и строительных элементов конструкции здания; пространственное расположение грунтов и их физико-механические свойства по данным инженерно-геологических изысканий. Грунтовое основание состоит из нескольких неравномерно залегающих пластов грунтовых массивов, имеющих различные физико-механические свойства. Предполагается, что каждый пласт грунта — упруго-пластическое тело (см. таблицу 1). Здание представляет собой 5–этажный кирпичный дом на свайном фундаменте. Физико-механические свойства здания и фундамента считаются упругими. Карстовая полость располагается строго под зданием. Внешним силовым фактором, действующим на систему, является собственный вес. Предполагается, что в грунтовом основании под зданием появляется карстовая полость, которая изменяет напряженно-деформированное состояние, сформировавшееся в элементах системы до ее появления. Расчетная схема задачи о деформационном взаимодействии карстовой полости с системой «грунтовое основание – фундамент – сооружение» представлена на рис. 1.

 Расчетная схема системы «карст –-0

Рис. 1. Расчетная схема системы «карст – грунтовое основание – фундамент – сооружение»

В предлагаемой постановке задачи материал грунтового массива, непосредственно заполненный сваями и представляющий неоднородную гетерогенную среду, моделировался гомогенным трансверсально-изотропным линейно-упругим материалом с соответствующими эффективными свойствами. Приведено обоснование возможности такого моделирования. Рассчитанные значения эффективных свойств композиции «свая – грунт» приведены в таблице 2.

Таблица 1. Характеристики материалов в расчетной модели

Материал Плотность, кг/м3 E, МПа Уд. сцепление C, МПа Угол вн. трения , град
1 Бетон 2500 20000 0.22 - -
2 Кирпичная кладка 1900 750 0.25 - -
3 Грунт 1 (Насыпной) 1700 1.9 0.3 44 17
4 Грунт 2 (Глина) 1800 6.4 0.35 36 8
5 Грунт 3 (Гравийный) 2100 20 0.3 32 32
6 Грунт 4 (Ангидрит) 2800 200 0.23 - -




Таблица 2. Эффективные свойства материалов

Материал , МПа , МПа , МПа
Насып. грунт-свая 990 2.19 0.807 0.428 0.297
Глина-свая 994 7.66 2.62 0.537 0.344


Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.