Описана методика экспериментальных исследований многорядных свайных ростверков под колонны: численный эксперимент — с применением программы «Лира», основанной на методе конечных элементов, физический эксперимент — с использованием силовых установок.
Ростверк является одной из основных несущих конструкций зданий и сооружений. Ростверки свайных фундаментов могут быть ленточными, воспринимающими нагрузку от несущих стен, и отдельно стоящими под колонны каркасных зданий, с однорядным, двухрядным и шахматным расположением свай. Исследования работы ростверков могут быть теоретическими и экспериментальными, ценность которых заключается в выводах, касающихся напряжённо-деформированного состояния ростверков, методов расчёта и конструирования ростверков, рационального использования материалов — бетона и арматуры.
Многорядные свайные ростверки под колонны имеют сложное напряжённо-деформированное состояние. Нами были исследованы ростверки с помощью программы «Лира», основанной на методе конечных элементов, и с применением физического эксперимента.
Для численного эксперимента были выбраны варианты ростверков натуральных размеров. Рассмотрено 3 варианта двенадцатисвайного ростверка: при постоянном шаге свай в поперечном направлении 1200 мм, при постоянной высоте ростверка 900 мм и поперечном сечении свай 300×300 мм менялось расстояние между осями свай в продольном направлении и принималось 900, 1200, 1500 мм. Расчётные схемы ростверков определялись путём представления объёма ростверка в виде конечных элементов размером 100×200 мм и 150×200 мм. Отброшенную часть фундамента в расчётной схеме учитывали введением связи в каждом конечном элементе. Для каждого образца были получены величины нормальных
, касательных и главные напряжений в центре тяжести каждого объемного элемента [1,2].
Численный эксперимент с применением программы «Лира» выявил уменьшение значений напряжений над сваями-стойками по мере их удаления от оси колонны. Это хорошо видно по характеру распределения нормальных напряжений 
(рис.1). Поэтому, планируя физический эксперимент, важно было измерить напряжения или деформации над сваями-опорами.
Для физического эксперимента опытные образцы проектировались в виде моделей в масштабе 1:3. Опоры устанавливались с помощью регулировочных винтов, над которыми между двумя пластинами, по размеру соответствующих поперечному сечению сваи 100 мм, в вертикальном направлении были поставлены трубы длиной 100 мм, толщиной 4 мм и диаметром 89 мм. При нагружении образца, под действием сжимающих усилий, трубы упруго деформировались. Деформации труб были измерены с помощью индикаторов (пластины были подготовлены специальным образом, чтобы можно было на их углах установить индикаторы часового типа) и с помощью тензодатчиков (было наклеено по 4 тензодатчика на каждую трубу, с базой 20 мм, снятие показаний с датчиков осуществляли прибором АИД-4).
На рис. 2 представлена схема силовой установки для испытаний ростверков под колонны при многорядном расположении свай. Силовая установка представляла собой две металлические рамы, состоящие из боковых стоек, закрепленных в ручьях силового пола, и поперечных балок-траверс, жестко соединенных со стойками. Нагружение ростверков производили гидравлическим домкратом ДГ-200 через металлическую пластину, имитирующую колонну [3].
При подготовке и в процессе испытаний сделали зачистку и побелку поверхности бетона образцов для визуального наблюдения за образованием и развитием трещин. Тензодатчики наклеивали на бетонное поле и нижние стержни продольной арматуры. Нагружение производилось поэтапно на 5–10 % от предполагаемой разрушающей нагрузки.
Рис. 1. Эпюры sz, т/м2, по середине ростверка
Рис. 2. Схема силовой установки для испытаний многорядных свайных ростверков под колонны: 1 — металлическая рама; 2 — гидравлический домкрат ДГ — 200; 3 — система распределительных траверс; 4 — испытываемый образец; 5 — винтовая опора; 6 — металлическая труба.
Современные компьютерные программы позволяют реализовать различные математические модели анализируемых вариантов несущих конструкций и даже проследить процесс появления и развития трещин. Однако, компьютерные модели, основанные на классических теориях пластичности, не могут учесть всю специфику деформирования железобетона, реальные физико-механические процессы, протекающие при деформировании твёрдого тела. Исследования физических моделей остаются наиболее надёжным способом выявления характера образования и развития трещин, схемы разрушения, характера распределения деформаций (напряжений), закономерности изменения разрушающих усилий, и усилий образования трещин при изменении исследуемых факторов.
Рассмотренные методики физического и численного экспериментов неоднократно применялись для оценки работы многорядных свайных ростверков под колонны.
Особенностями напряжённо-деформированного состояния ростверков под колонну при многорядном расположении свай являются уменьшение значений напряжений над опорами-сваями по мере удаления их от оси колонны с одновременным уменьшением рабочей площади свай-опор, а также пространственная ориентация участков ростверка, в пределах которых концентрируются главные сжимающие и растягивающие напряжения.
Литература:
1. Корнюхин, А. В. Экспериментально-теоретические исследования толстых плит [Текст]/ А. В. Корнюхин, М. В. Кочеткова, О. В. Снежкина. — Пенза: ПГУАС, 2013. — 131 с.
2. Кочеткова, М. В. Совершенствование методов расчёта многорядных свайных ростверков под колонны [Текст] / М. В. Кочеткова, О. В. Снежкина, А. В. Корнюхин. — Пенза: ПГУАС, 2011. — 139 с.
3. Кочеткова, М. В. Экспериментальная оценка работы ростверков [Текст] / М. В. Кочеткова, Н. И. Гусев, О. В. Снежкина, К. С. Паршина — Пенза: ПГУАС, Региональная архитектура и строительство, № 1 (18), 2014.
