Технические и теоретические предпосылки создания нового метода
В основу нового метода положен адаптированный метод TNO, разработанный фирмой TNO.
Динамические параметры регистрируются аналого-цифровой системой FPDS-6, которая обрабатывает сигналы для их дальнейшего компьютерного анализа. Пример сигналов силы и ускорения, получаемых с комплекса FPDS-6, дан на рисунке 6.
В теоретическом аспекте метод базируется на одномерной волновой теории цилиндрического стержня, находящегося в упругой инерционной среде, которая обладает как свойством упругости, так и демпфирующей способностью.
Рисунок 6 - Графики зависимости силы и ускорения при ударе от времени: 1 - сила; 2 - ускорение
Наиболее общий вид динамической расчетной схемы системы «свая - грунт» обычно представлен дискретной моделью.
Стержень (свая) характеризуется площадью поперечного сечения (А), объемным весом материала (g); модулем упругости материала (Е).
Грунт в расчетной схеме представлен следующими параметрами: m1 - присоединенная к стержню масса грунта, учитывающая его свойства инерции; кτi - коэффициент жесткости пружины, моделирующей деформации сдвига грунта; Cτi - коэффициент затухания (демпфирования) деформаций сдвига по грунту; кσ - коэффициент жесткости пружины, моделирующей деформации сжатия грунта; Сσ - коэффициент затухания (демпфирования) деформаций сжатия грунта.
В свою очередь коэффициенты жесткости выражаются через удельные коэффициенты грунта к = к°·S; С = C°·S, где к° - коэффициент постели грунта; С° - коэффициент затухания для грунта; S - площадь контакта сваи с грунтом на рассматриваемом участке.
В практических расчетах используют полностью дискретную динамическую расчетную схему в которой свая также моделируется сосредоточенными массами Мi и пружинами между ними с жесткостью К = EA/h, где h - длина участка при разделении полной длины сваи на отрезки.
С использованием специальной компьютерной программы может быть рассчитано движение системы от действия ударной нагрузки, при этом параметры удара (сила, энергия) определяют посредством тензодатчиков и они являются исходными для динамического расчета.
Особенностью программного обеспечения является использование обратной связи расчета с реальным поведением системы посредством измеряемого в верхней части сваи ускорения волн деформаций (программа ELDI WAVE SIGNAL MATCH).
Путем сравнения расчетных и измеренных ускорений итерационным процессом устанавливают фактические динамические параметры сопротивления грунта по боковой поверхности (кτi и Cτi) и торцу сваи (кσ и Сσ).
В результате динамическая расчетная схема становится вполне определенной и может быть использована (с известными допущениями) для статического расчета с целью вычисления статической несущей способности (моделирование статического нагружения сваи - построение графика «осадка - нагрузка»).
Несущая способность свай при динамическом методе испытаний вычисляется программой ELDI WAVE SIGNAL MATCH путем обработки графиков «осадка - нагрузка» с использованием методов «шести мм», касательных и Дэвиссона (рис. 7).
Рисунок 7 - Определение несущей способности сваи по результатам динамических испытаний (за истинное принимается наибольшее значение, найденное по трем методам): 1 - осадка (динамическое испытание); 2 - упругая деформация сваи
По методу «шести мм» несущая способность сваи определяется абсциссой точки пересечения горизонтальной прямой, находящейся на уровне 6 мм от начала графика «осадка - нагрузка», с самим графиком.
По методу касательных несущая способность сваи вычисляется абсциссой точки пересечения касательных, проведенных к началу и наибольшему наполнению графика «осадка - нагрузка».
По методу Дэвиссона несущая способность сваи определяется абсциссой точки пересечения прямой, параллельной линии упругой осадки сваи и расположенной в 10 мм от начала графика «осадка - нагрузка», с этим графиком.
За истинную (реальную) несущую способность сваи по грунту принимается наибольшее значение, рассчитанное по программе ELDI WAVE SIGNAL MATCH.
Кроме того, расчетом вычисляются составляющие несущей способности сваи по грунту (по боковой поверхности и ее торцу).