Details

Данная работа посвящена исследованию несущей способности винтовых свай в глинистых грунтах на выдергивание при недренированном поведении основания и сравнительному анализу их эффективности по сравнению с традиционными забивными сваями. Проведены расчеты, моделирование и экспериментальные исследования для определения оптимальной конструкции анкера винтовой сваи. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Задание расчетной схемы лопасти винтовой сваи в грунтовом массиве с использованием осесимметричной постановки задачи; 2. Численные и аналитические расчеты несущей способности винтовой сваи при выдергивании; 3. Предложение формулы для расчета винтовых свай на выдергивание с учетом возможного наличия нескольких лопастей при недренированном поведении основании; 4. Анализ работы ствола сваи при трении о грунт; 5. Сравнение экспериментальных данных с результатами расчетов; 6. Применение результатов работы для расчетов фундамента промышленного здания. В работе проведен анализ истории изобретения и внедрения винтовых свай, рассмотрены особенности их эксплуатации в сезонно промерзающих грунтах. Численное моделирование с использованием модифицированного метода конечных элементов в программном комплексе OptumG2 позволило предложить формулу для инженерного метода расчета свай. Данная формула учитывает работу лопасти и ствола винтовой сваи в грунтовых массивах при недренированном поведении основания. Также установлено, что при отношении диаметра ствола к лопасти равным 0.5 сохраняется 73% несущей способности лопасти. Указанное наблюдение позволяет разрабатывать новые, эффективные конструкции винтовых свай. Отличие результатов расчетов по предложенной формуле по сравнению с экспериментом составляет менее 15%. Результаты сравнительного анализа применения винтовых и забивных свай (при одинаковом диаметре забивной сваи и ствола винтовой сваи) подтвердили, что винтовые сваи обеспечивают большее сопротивление при выдергивающих нагрузках. Экономическая оценка применения винтовых свай выявила: Стоимость установки забивных свай для рассмотренного реального случая составила на 30% больше чем в случае использования для данного объекта варианта устройства винтовых свай. При решении описанных задач использовались следующие программные комплексы и базы данных: Mendeley, eLIBRARY.RU, Scopus, SCAD Office, Лира САПР, Ansys, OptumG2.

This work is devoted to the study of the bearing capacity of screw piles under pullout in clay soils under undrained base behavior and a comparative analysis of their efficiency compared to traditional driven piles. Calculations, modeling, and experimental studies were conducted to determine the optimal design of the screw pile anchor. The objectives of the research included: 1. Setting the calculation scheme for the screw pile blade in the soil mass using an axisymmetric problem formulation; 2. Numerical and analytical calculations of the bearing capacity of a screw pile under pullout; 3. Proposal of a formula for calculating screw piles under pullout considering the possible presence of multiple blades under undrained base behavior; 4. Analysis of the pile shafts performance due to friction against the soil; 5. Comparison of experimental data with calculation results; 6. Application of the research results to the foundation design of an industrial building. The work includes an analysis of the history of invention and implementation of screw piles and discusses the features of their operation in seasonally frozen soils. Numerical modeling using a modified finite element method in the OptumG2 software made it possible to propose a formula for the engineering calculation method of piles. This formula takes into account the performance of the blade and shaft of the screw pile in soil masses under undrained base behavior. It was also established that when the ratio of shaft diameter to blade diameter is 0.5, 73% of the blades bearing capacity is preserved. This observation allows for the development of new, efficient screw pile designs. The difference between the calculation results using the proposed formula and the experiment is less than 15%. The results of the comparative analysis of the use of screw and driven piles (with the same diameter of the driven pile and the screw pile shaft) confirmed that screw piles provide greater resistance under pullout loads. The economic assessment of using screw piles revealed: The cost of installing driven piles for the considered real case was 30% higher than in the case of using screw piles for the given project. To solve the described tasks, the following software packages and databases were used: Mendeley, eLIBRARY.RU, Scopus, SCAD Office, LIRA SAPR, Ansys, OptumG2.