Сравнительный анализ методик расчета башенных железобетонных копров и их оснований

Такшеева Ю.Е., Третенков И.В.

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург

Ключевые слова: башенный копер, железобетонный копер, расчет оснований, проектирование надшахтных сооружений, крен, осадка, фундамент, МКЭ.

Аннотация. В рамках исследования выполнен сопоставительный анализ двух принципиально различных методик, регламентирующих порядок расчета башенных железобетонных копров и их фундаментов, взаимодействующих с грунтовым основанием. Выполнен детальный анализ нормативных баз в области проектирования надшахтных сооружений, а также сравнительная оценка критериев методик. Дополнительно проведено сопоставление методов определения осадок и крена сооружений, осуществлена оценка подходов к учету совместной работы элементов системы, включающей конструкцию копра, его фундамент и грунтовый массив. Проведено численное моделирование в программном комплексе PLAXIS 3D с целью визуализации расчетов, базирующихся на актуальной нормативно-правовой документации, для башенного железобетонного копра высотой 52 метра, опирающегося на кольцевой фундамент. В рамках данного исследования выявлены существенные расхождения между результатами численного моделирования и результатами, полученными в ходе вычисления на основе методики, предложенной в 1975 году. Анализ показал, что упомянутая методика приводит к завышенным значениям расчетных осадок и крена, что может существенно влиять на точность и надежность проектных решений в области строительства ответственных сооружений. В процессе анализа установлено, что Руководство, разработанное Донецким Промстройниипроектом, не охватывает полный спектр физико-механических характеристик нижележащих слоев грунта, что приводит к некорректным результатам при оценке их прочностных и деформационных свойств. Кроме того, выявлено систематическое завышение коэффициентов сочетания кратковременных нагрузок, что существенно искажает реальную картину распределения напряжений и деформаций в грунтовой среде.

Comparative analysis of the calculation methodology for tower reinforced concrete headframes and their foundations

Taksheeva Yu.E., Tretenkov I.V.

Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, Saint-Petersburg

Keywords: tower headframe, reinforced concrete headframe, foundation calculation, design of shaft structures, inclination, settlement, foundation, FEM.

Abstract. This study included a comparative analysis of two fundamentally different methodologies governing the design of reinforced concrete tower headframes and their foundations, which interact with the underlying soil. A detailed analysis of regulatory frameworks for the design of shaft structures was conducted, along with a comparative assessment of the criteria for the methods. Additionally, methods for determining the settlement and inclination of structures were compared, and approaches to accounting for the combined effects of system elements, including the headframe structure, its foundation, and the underlying soil, were assessed. FEM was performed using the PLAXIS 3D software package to visualize calculations based on current regulatory documentation for a 52-meter-tall reinforced concrete tower headframe supported by a ring foundation. This study revealed significant discrepancies between the numerical modeling results and those obtained using the calculation method proposed in 1975. The analysis revealed that the aforementioned methodology leads to overestimated calculated settlements and tilts, which can significantly impact the accuracy and reliability of design solutions for critical structures. The analysis revealed that the Guidelines developed by Donetsk Promstroyniiproekt do not cover the full range of physical and mechanical properties of underlying soil layers, leading to incorrect results when assessing their strength and deformation properties. Furthermore, a systematic overestimation of short-term load combination factors was identified, significantly distorting the true distribution of stresses and deformations in the soil environment.