Численное моделирование оснований и фундаментов

Обновлено: 17.05.2024

Численное моделирование оснований и фундаментов

• Интеграция ЛИРА-САПР. BIM-технологии
• Работа с ЛИРА-САПР (ВИЗОР-САПР)
  • Уроки для начинающих
  • Создание расчетных схем
  • Организация расчета
  • Анализ результатов
  • Документирование
  • Создание 3D модели
  • Импорт моделей
  • Корректировка 3D модели
  • Нагрузки
  • Поверхности
  • САПФИР-ЖБК
  • САПФИР-Генератор
  • Документирование
  • Организация вариантного проектирования
  • Железобетонные конструкции
  • Металлические конструкции
  • Каменные и армокаменные конструкции
  • Сталежелезобетонные конструкции
  • Панельные здания
  • Мостовые конструкции
  • Основания и фундаменты
  • Нормативы
  • Теплопроводность

  В первой задаче, работа грунта моделировалась при помощи коэффициентов постели, которые были рассчитаны по модели Пастернака: С₁=25087.1кН/м 3 , С₂=4886.04кН/м.

  Во второй задаче, грунтовое основания было смоделировано при помощи объёмных КЭ. Данная задача состоит из двух частей: расчет основания в линейной постановке, и с учётом физической нелинейности поведения основания (при задании различных критериев прочности). Компьютерная модель здания и грунтового массива приведена на рисунке 2.

  
  

  Рис. 2. Расчётная схсема здания при моделировании основания объемными КЭ

  Если грунтовую среду моделировать как линейно деформированную, в ПК «ЛИРА-САПР» реализуется вычисление осадки основания от заданных нагрузок с использованием расчетной схемы в виде линейно деформированного полупространства (задача Буссинеска). В этой модели принимаются два предположения: первое – осадка точки поверхности основания прямо пропорциональна величине загрузки в этой точке, второе – осадка распространяется и за пределы площади загружения.

  В отличие от предыдущего метода, модель линейно деформированного полупространства при совместном расчете сооружения с основанием позволяет определить кроме контактных напряжений, напряженно-деформированное состояние почвы всего основания.

  При таком моделировании основы, с помощью объёмных конечных элементов, в качестве исходных данных вводятся только модуль общих деформаций E, коэффициент Пуассона n и удельный вес каждого слоя. Толщина слоя задается при задании геометрии конечных элементов. При этом расчетная модель фактически сводится к сжатому слою конечной прочности.

  В рассматриваемой задаче, конечным элементам были заданы следующие характеристики слоев грунтового массива: ИГЭ-1 (E= 28000 кН/м 2 , n = 0,3), ИГЭ-2 (E= 25000 кН/м 2 , n = 0,3), ИГЭ-3 (E= 13000 кН/м 2 , n = 0,3), ИГЭ-4 (E= 16000 кН/м 2 , n = 0,35).

  Но деформацию грунта можно описать с помощью линейной модели среды лишь до определенного уровня усилий, за пределами которого линейная связь напряжений и деформаций нарушается.

  Необратимые деформации грунта, как гетерогенной среды, возникают значительно раньше достижения предельного состояния, и они существенно превышают упругие деформации. Поэтому рассмотрим расчет осадки грунтового массива с учетом физически-нелинейной работы основания.

  При решении этой задачи, для моделирования работы грунта, использовался КЭ273, который позволяет учитывать одностороннюю работу грунта с учетом сдвига. В данном случае, у пользователя есть возможность выбрать модель работы грунта (по Кулону-Мору, Друккеру-Прагеру или Боткину).

  В рассматриваемом примере, для численного моделирования нелинейных свойств грунтового массива, конечным элементам №273 были заданы следующие характеристики:

  Простой нелинейной моделью работы почвы является общеизвестная идеально упруго-пластическая модель с предельной поверхностью, что определяется критерием Кулона-Мора. Преимущество модели заключается в простоте назначения параметров, которые можно получить из отчета по инженерно-геологическим изысканиям. Для этой модели условие прочности выражается по формуле:

  
  

  Однако, эта модель предусматривает одинаковое поведение материала на стадии первичного загружения и разгружения, что совсем не характерно для грунтов (в которых модуль загружения и разгружения отличается, как известно, в 5 . 10 раз). Кроме того, недостатком данной модели является то, что в расчёте исключено главное промежуточное напряжение и его влияние на грунт, что не соответствует действительности, а наличие углов на поверхности текучести усложняет численное решение пространственных задач. Эти недостатки исключены при расчёте по критерию прочности Друккера-Прагера.

  Модель Друккера-Прагера также реализует упругое идеально-пластическое поведение грунтов. А поверхность пластичности согласно модели Друккера-Прагера является правильным круговым конусом относительно гидростатической оси в пространственной системе главных напряжений.

  Условие прочности для модели Друкера-Прагера выражают по формуле:

  
  

  Также, в ПК «ЛИРА-САПР» реализовано условие прочности грунта Боткина. Согласно этому условию, в отличии от Кулона-Мора, предполагается, что на прочность почвы влияют все три главных напряжения, а предельное состояние наступает на октаэдрической плоскости (плоскость, является равнонаклонной ко всем главным направлениям напряжений).

  Условие прочности для модели Боткина:

  
  

  Сравнение и анализ результатов расчета было выполнено по ряду показателей: напряженное состояние наиболее загруженных колонн, величина максимального прогиба консольных стержневых элементов конструкции, кинематические характеристики – перемещение расчетных характерных точек здания по направлению «Z».

  Численные значения максимальных прогибов консолей для каждого варианта моделирования грунтового основания приведены в таблице 1. Номера секций здания показаны на рисунке 3.

  Проектирование оснований и фундаментов

  
  

  
  

  В 38 Проектирование оснований и фундаментов: (Основы теории и примеры расчёта): Учеб. пособ. для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1990. — 304 с.: ил.
  Приведены основные положения проектирования оснований и фундаментов по предельным состояниям. Даны примеры их расчёта.
  по специальности «Промышленное и гражданское строительство».
  Рассмотрено сооружение фундаментов в особых грунтовых условиях. Освещены вопросы реконструкции фундаментов и усиления оснований. В третьем издании отражены последние достижения в области фундаментостроения и добавлен материал о структурно-неустойчивых грунтах. Первое издание вышло в 1970 г., второе — в 1978 г.
  Для студентов строительных вузов и факультетов, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство».

  Оглавление

  Предисловие 4
  Введение 5
  1. Дисциплина «Основания и фундаменты» 5
  2. Основные понятия и определения 6
  3. Проектирование оснований, фундаментов и наземных конструкций 8
  4. Связь курса «Основания и фундаменты» с другими дисциплинами 11
  Глава 1. Общие сведения об основаниях я фундаментах 13
  § 1. Строительные свойства грунтов 13
  § 2. Условия рабо1и грунтов в основании сооружений 16
  § 3. Влияние условий нагружения на осадку фундамента 16
  § 4. Оценка прочности грунтов оснований 19
  § 5. Контактные давления 25
  § 6. Напряжения в грунтах от внешней нагрузки 27
  § 7. Природное давление грунтов 34
  Глава 2. Предельные состояния оснований и фундаментов 35
  § 8. Общие положения 35
  § 9. Предельное состояние оснований по деформациям 37
  § 10. Предельное состояние оснований по несущей способности (устойчивости) 39
  § 11. Предельные состояния фундаментов 41
  § 12. Последовательность проектирования оснований и фундаментов 43
  Глава 3. Инженерно-геологические условия строительной площадки и свойства грунтов основания 45
  § 13. Необходимые материалы инженерных изысканий 45
  § 14. Показатели физического состояний и классификация грунтов 47
  § 15. Механические характеристики грунтов 54
  § 16. Нормативные и расчётные характеристика грунтов 58
  § 17. Особенности залегания горных пород строительных площадок 63
  § 18. Оценка грунтовой толщи будущего основания 73
  Глава 4. Общая оценка проектируемых зданий и сооружений 85
  § 19. Виды деформаций зданий и сооружений 85
  § 20. Жёсткость (гибкость) зданий и сооружений 88
  § 21. Коэффициенты надёжности 89
  § 22. Нагрузки и воздействия на основания 91
  Глава 5. Определение основных размеров фундаментов, возводимых в котлованах 99
  § 23. Общие сведения 99
  § 24. Глубина заложения фундаментов 101
  § 25. Нормативные и расчётные сопротивления грунтов основания при определении размеров подошвы фундаментов 109
  § 26. Форма и размеры подошвы фундаментов 114
  § 27. Проверка прочности подстилающего слоя 123
  Глава 6. Конструирование фундаментов, возводимых в котлованах 131
  § 28. Каменные и бетонные фундаменты 131
  § 29. Железобетонные монолитные фундаменты 133
  § 30. Железобетонные сборные фундаменты 139
  §31. Защита помещений от подземных вод и сырости 154
  Глава 7. Проектирование котлованов 162
  § 32. Общие сведения 162
  § 33. Определение размеров котлованов и обеспечение устойчивости их стенок 163
  § 34. Защита котлованов от подземных вод 166
  Глава 8. Свайные фундаменты 172
  § 35. Общие сведения 172
  § 36. Забивные сваи и сваи-оболочки 175
  § 37. Сваи и глубокие опоры, изготовляемые на месте строительства 181
  Глава 9. Условия работы и несущая способность одиночной сваи, группы свай и свай в фундаменте 185
  § 38. Условия передачи нагрузок на грунты основания различными сваями 185
  § 39. Условия работы одиночной сваи и группы висячих свай 188
  § 40. Расчётная нагрузка на висячие сваи и сваи-стойки по материалу и грунту 191
  § 41. Несущая способность свай по данным испытания статической нагрузкой 202
  § 42. Несущая способность свай по данным испытания динамической нагрузкой 206
  § 43. Расчётный отказ и выбор оборудования для погружения свай 209
  Глава 10. Проектирование свайных фундаментов 212
  § 44. Расчётная схема свайных фундаментов 212
  § 45. Определение размеров ростверка 214
  § 46. Последовательность проектирования свайных фундаментов 218
  § 47. Проектирование свайных фундаментов при вертикальных и горизонтальных нагрузках 222
  § 48. Условия применения свай и свайных фундаментов 224
  Глава 11. Проектирование оснований по деформациям 226
  § 49. Общие положения 226
  § 50. Определение конечных осадок оснований 229
  § 51. Оценка неравномерных осадок оснований и сооружений 244
  § 52. Затухание осадки во времени 253
  § 53. Дополнительные сведения о проектировании оснований по предельным деформациям 254
  § 54. Мероприятия, направленные на уменьшение деформаций оснований и фундаментов 257
  Глава 12. Расчёт оснований совместно с фундаментами по несущей способности (устойчивости) 259
  § 56. Основные положения 259
  § 56. Устойчивость грунтов основания при глубинном сдвиге 261
  § 57. Устойчивость фундаментов и сооружений на сдвиг по подошве и на опрокидывание 268
  § 58. Приближенные методы расчёта устойчивости оснований 272
  Глава 13. Особенности проектирования фундаментов на структурно неустойчивых грунтах 276
  § 59. Общие сведения 276
  § 60. Фундаменты на грунтах с водно-коллоидными связями 277
  § 61. Фундаменты на грунтах с кристаллизационными связями 280
  Приложение 1. Таблицы для определения напряжений в толще грунтов основания 293
  Приложение 2. Определение расчётных сопротивлений грунтов оснований по их физическим характеристикам 299
  Список литературы 302
  Оглавление 303

  Читайте также:

    
  • Пескобетон для отмостки дома какой лучше
    
  • Фанера ламинированная для опалубки 21 мм
    
  • Запланированные нагрузки но как бы там ни было при строительстве фундамента
    
  • Кронштейн подмостей для опалубки
    
  • Опорно столбчатый фундамент это