Спільний розрахунок будівлі та неглибокого фундаменту в SCAD
Стенограма
1 Державний навчальний заклад вищої професійної освіти "Санкт-Петербурзький державний політехнічний університет" Кафедра будівельного відділу технологій, організації та економіки будівництва Н.І. Ватін, А.А. Миття Спільний розрахунок будівлі та фундаменту для неглибокого укладання в Керівництві SCAD Санкт-Петербург 27
2 Спільний розрахунок будівлі та неглибокого фундаменту в SCAD Методичний посібник описує існуючі моделі ґрунтів, їх реалізацію в CROSS, а також аналіз результатів розрахунків. 1 Моделі ґрунтів При спільному обчисленні системи будівлі та ґрунту ґрунту на ПК у програмі SCAD для ґрунтового ґрунту використовуються дві моделі (коефіцієнт шару та модель лінійного деформуючого середовища), які коротко описані нижче. 1.1 Модель Вінклера Модель Вінклера. це модель, призначена лише для вирішення контактної проблеми. Згідно [1], ця модель робить два суттєвих припущення: перша тяга W (x, точка поверхні основи прямо пропорційна тиску p (x, в цьому моменті, друга тяга виникає лише в місці застосування вантажу, і поза зоною навантаження W (x Відповідно до цих припущень, опад W поверхні основи Вінклера під навантаженням p утворює осадову воронку, яка відображає характер зміни навантаження. Загалом, Winkler підстава зображено образно механічною моделлю у вигляді окремої, не пов’язаної між першими припущеннями, в моделі коефіцієнта ліжка передбачається, що p = kw Коефіцієнт пропорційності k називається коефіцієнтом постільного шару, який чисельно дорівнює тиск p, який повинен бути накладений на поверхню основи, щоб отримати тягу, рівну одиниці. Ця модель застосовна лише для визначення напружень на підошві конструкції та відкладень поверхні основи в межах її контакту w з конструкцією без визначення напружень та деформацій в основі. 1.2 Модель лінійно деформованої основи Більш складною є модель лінійно деформованої основи (LDO). У SNiP «Фундаменти будівель та споруд» пропонуються дві такі моделі: модель лінійно деформуваного напівпростору та лінійно деформується шар. При використанні моделі LDO ґрунтове середовище виявляється лінійно деформованим (середовище лінійної теорії пружності). Відповідно до [1], ця модель також робить два припущення: перший тяга W (x, точка поверхні основи прямо пропорційна навантаженню p (x, в цьому місці другий опад також поширюється за межі області навантаження). Згідно з цією моделлю, прикладена сила P будь-якої точки на поверхні лінійно деформованої основи з координатою x отримує тягу W (x), яка прямо пропорційна силі P і залежить від відстані (x.) між точкою прикладання навантаження та точки з координатою x, тобто тяга може бути представлена у вигляді W (x) = PF (x), де F (x.). функція відстані (x.). На відміну від моделі Вінклера , модель LDO при обчисленні структури разом із основою дозволяє визначати, крім контактних напружень, напружено-деформований стан ґрунту всієї основи.
3 1.3 Білінеарна модель Білінеарна модель (від [2]). це еластопластична модель, яка є подальшим ускладненням моделі LDO та враховує наявність структурної міцності в ґрунті. Базова модель представлена у вигляді шару, заснованого на значно більш жорсткому півпросторі. Товщина шару залежить від навантаження та міцності конструкції ґрунту, а модульна деформація шару виходить шляхом усереднення глибини. Осад точки на поверхні основи (дні плити) можна записати у вигляді: d ò W = e d, f де e. пошарові деформації ґрунту;. вертикальна координата, що збільшується вниз;. координата підошви; = H. нижня межа інтеграції; H. глибина f d f стисливі шари. При визначенні W методом пошарового підсумовування без урахування бічних деформацій (ex = ey =; e ¹) у випадку ґрунту зі структурною міцністю при e приймаються такі залежності відповідно до [2] та [3]: s.se = b для s pc ee é pc.ss. pc ù e = b ê ú для s > pc ë його E û, де s. загальне ефективне вертикальне напруження s = s s; s. початкове вертикальне ефективне напруження перед прикладанням навантаження, тобто тиск домогосподарств від власної ваги ґрунту та з додаванням тиску з існуючих сусідніх споруд; s. додаткове вертикальне ефективне напруження (від щойно побудованої p структури); E. модуль загальної (еластопластичної) деформації; E e (4 8) E =. модуль пружної (оборотної) деформації; p c. міцність на стиск конструкції залежно від щільності (пористості) ґрунту та тиску; b. коефіцієнт, що відображає ступінь герметичності бічних деформацій при випробуванні на стиск (e e =). x = y Насправді, вираз для e відображає нелінійні властивості ґрунту, для яких приймаються різні модулі деформації, визначені під час випробувань на стиск ґрунту з структурною міцністю, щоб виявити, які навантаження здійснюються невеликими кроками s (рис. 1.) Модуль деформації є ключовим елементом моделі, який з’єднує базову модель з ґрунтовими моделями. R
4 Пряме використання залежності стиснення ef (s) = для визначення опадів W дозволяє чіткіше відобразити нелінійну деформацію ґрунту, ніж залежність, показану на рис. Модельні відмінності Розбіжності в ґрунтових моделях узагальнені в таблиці 1 Таблиця 1 Залежність моделі осаду від розподільних напружень розподільних контактних напруг властивостей ґрунту (ширина) навантаження Модель Вінклера не відображена мають кінцеві значення, що не залежать від індивідуальних (спеціальних) збільшеннях з Моделі лінійних деформуюче значення значно pl площі точок може сприйняти збільшення завищених (максимальних) підстав, що перевищують міцність грунтового навантаження Білінеарна модель, що використовується в CROSS, обмежена, близька до реальності, більш точно відображає реальну міцність ґрунту, що краще відповідає експериментальним даним. З таблиці видно, що з розглянутих простих моделей білінеарна модель найбільш адекватно описує властивості ґрунту. 1.5. Ускладнення моделей При використанні ПК, що реалізують числове рішення методу кінцевих елементів (FEM) та методу граничних елементів (BEM), одночасно враховуючи фізичну нелінійність ґрунту, неоднорідність ґрунтової основи, як у плані, так і в глибина, а також гранична жорсткість фундаменту та будівлі. Саме така складна модель. білінеарна, неоднорідна і багатошарова в плані. лежить в основі супутникової програми CROSS. 2 Впровадження в SCAD-CROSS 2.1 Що таке CROSS? Програма CROSS [4] призначена для визначення базових деформацій, тобто осаду, нерівномірного осаду, рулону. Вона оперує всіма наявними даними на будівельному майданчику. Зокрема, враховуються параметри не тільки спроектованої конструкції, але й інших об’єктів (наприклад, існуючих будівель), які впливають на неї в тому сенсі, що наземні навантаження, що передаються цими об’єктами, можуть призвести до опадів розглянутого фундаменту. рахунок.
5 Крім того, використовуються результати геологічних вишукувань, які подаються у вигляді інформації про характеристики ґрунту у пробурених свердловинах. Для кожного ґрунтового шару, що входить до складу багатошарової ґрунтової маси, встановлюється назва ґрунту, а також його питома вага, модуль деформації, модуль пружності, коефіцієнт Пуассона, коефіцієнт повторного ущільнення, тиск повторного ущільнення. Рельєф денної поверхні на ділянці вважається досить рівним і встановлюється шляхом позначення позначок свердловин. Для кожної свердловини встановлюються рівні рівня для кожного шару ґрунту і (при необхідності) стрибок ефективного напруження (що може бути пов’язано, наприклад, з насиченням води шаром). Інші дані опитування не використовуються. Плями проектної конструкції та існуючі будівлі представлені у вигляді закритих багатокутників (можливо, з отворами), кожен з яких переносить на землю навантаження певної (і постійної для цієї плями) інтенсивності, що застосовується на рівні підніжжя фундаменту. Розробники CROSS пишуть, що ця програма призначена для визначення коефіцієнтів ліжка. Ця фраза призначена для кваліфікованих користувачів, які добре розуміють, що тут мається на увазі. Для початківців користувачів слід уточнити, що програма CROSS використовує описану вище білінеарну грунтову модель. Результати розрахунку. це поселення фундаменту та відношення осідання до вертикальної сили, яка його спричинила, діючи на ґрунт на рівні основи фундаменту. Це співвідношення називається "коефіцієнтом ліжка". У той же час, "коефіцієнти шару":. не є коефіцієнтами пропорційності між навантаженням, що передається на землю, і тягою ґрунту;. не є атрибутами лінійних моделей ґрунтів (включаючи моделі Вінклера) 2.2. Лінійність задачі в SCAD SCAD вирішує лінійну задачу. Що є основою для застосування лінійних методів? Вимоги СНиП «Бетонні та залізобетонні конструкції»: визначення сил від навантажень та примусових рухів з урахуванням нееластичних деформацій бетону та арматури та наявності тріщин. Однак у тому ж SNiP "Бетонні та залізобетонні конструкції" сили в статично невизначених конструкціях можна визначити, припускаючи їх лінійну пружність. Саме це припущення SNiP використовується при використанні SCAD для аналізу практично нелінійних систем. У SCAD конструкція фундаментів та фундаментів передбачається лінійно еластичною. Облік нееластичних деформацій бетону та арматури, наявність тріщин враховується ітераційним процесом вирішення лінійних задач. 2.3 Ітерації Програма CROSS є частиною пакету Office SCAD і передбачає як окрему роботу, так і обмін даними з інтегрованою системою аналізу структур структурних структур CAD (SCAD). Під час спільної роботи з системою SCAD контур плити фундаменту автоматично передається програмі CROSS. Після встановлення додаткової інформації та даних на будівельному майданчику обчислюються коефіцієнти шару, значення яких повертаються SCAD та автоматично призначаються елементам схеми. У випадку використання акумулятора, результати можна використовувати для встановлення коефіцієнтів ліжка в будь-якій програмі структурного аналізу. Розрахунок підстав для деформацій слід проводити з умов спільної роботи споруди та фундаменту. Сенс ітерацій полягає у зменшенні моделі ґрунту та моделі фундаменту. Для початку ми маємо модель в SCAD з прикріпленим до неї початковим коефіцієнтом пружної основи, а потім обчислюємо модель. Після розрахунку
6 ми отримуємо картину розподілу тиску плити на землю (РЗ), а потім проводимо цикл ітерації. Ті. ми обчислюємо плиту з отриманим RZ в CROSS, отримуємо нові коефіцієнти ліжка, які тепер буде застосовано до плити в SCAD і там ми знову розраховуємо, щоб отримати новий розподіл RZ тощо. Отримані коефіцієнти шару перед початком ітерацій: Після чотирьох ітерацій:
7 Схема розподілу тиску плити на грунт до ітерацій: Після чотирьох ітерацій: 3 Аналіз результатів розрахунку Програма передбачає представлення ізополів опадів у двох формах, чисті опади, обчислені на рівні основи фундамент і "відновлений" осад, тобто осад, поділений на навантаження, який називається коефіцієнтом шару. Отриманий осад порівнюють з допустимими SNiPam і TSN; отримані значення напружень оцінюють ступінь і характер армування фундаментних залізобетонних конструкцій. 4 Бібліографічний список 1. Бугров А.К. Механіка ґрунтів: Підручник. Посібник. СПб: СПбСПУ, 27 С Городецький А. С., Батрак Л. Г., Городецький Д. А., Лазнюк М. В., Юсипенко С.В. Розрахунок та проектування конструкцій багатоповерхівки з монолітного залізобетону. К, 24 С Федоровський В. Г., Безволєв С. Г. Прогнозування опадів неглибоких фундаментів та вибір базової моделі для розрахунку плит // Фундаменти, фундаменти та механіка ґрунтів. 2 // 4. //. С Криксунов Е.З., Перельмутер А.В., Перелмутер М.А., Семенцов А., Федоровський В.Г. Програма CROSS для визначення коефіцієнтів ліжка. Режим доступу: [].