CC BY
826. Присадков В.И., Муслакова С.В., Фадеев В.Е. К вопросу обеспечения пожарной безопасности торгово-развлекательных центров. Современные проблемы гражданской защиты (Предыдущее название «Вестник Воронежского института ГПС МЧС России»). 1(34), 2020.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОСАДКИ ЗДАНИЯ В ЛИРА-САПР И MIDAS GTS NX Филиппов А.Н.
Филиппов Андрей Николаевич - магистрант, направление: строительство, кафедра строительных конструкций, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень
Аннотация: данная статья посвящена моделированию грунтового основания в Лира-САПР и Midas GTS NX и анализу полученных результатов осадки фундамента на примере 4-этажного сооружения.
В качестве сравниваемых методов моделирования грунта были выбраны: аналитический метод расчета - метод послойного суммирования в соответствии с требованиями нормативной методики СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений», коэффициенты жесткости грунтового основания (коэффициент постели С1 и С2) и модели грунтового основания, представленные с помощью объемных конечных элементов (ОКЭ) в линейной и нелинейной постановке. Ключевые слова: Midas GTS NX, Лира-САПР, численные расчеты в геотехнике, расчет основания, осадка, нелинейные модели.
DOI10.24411/2413-2101-2021 -10901
Объектом, для выполнения численных расчетов и анализа НДС, выступает 4-х этажное здание с размерами в плане 24,5 x 30,5 м, высотой 15,5 м. Несущий остов (конструктивная схема здания) - монолитный железобетонный каркас. Фундамент -фундаментная плита h=0.5 м. Имеются диафрагмы жесткости в виде лестничных маршей.
В качестве нагрузок было принят собственный вес сооружения и полезная нагрузка в размере 10 кН/м2, приходящая на покрытие и перекрытие сооружении. Среднее давление под подошвой фундамента составило P=84.64 кН/м2.
Рис. 1. Общий вид рассчитываемого сооружения
Для упрощения расчета был принят только один ИГЭ со следующими характеристиками, вводимые в расчет Е=30000 кН/м2, v=0,3, R0=17,16 кН/м3, С=0.980665 кН/м2, Rt=17,16 кН/м2, ф=310. Расстоянии от края фундамента до края массива грунта было принят не менее 2Ь. Глубина основания была принята 15 м -чуть больше, чем минимальное значение сжимаемой толщины Нс, полученной при аналитическом расчете, методом послойного суммирования. При аналитическом расчете осадки фундаментной плиты методом послойного суммирования в соответствии с нормативными методиками [1], была определена нижняя граница сжимаемой толщи Не и в дальнейшем получено значение средней осадки фундамента. Ниже приведена схема определения значения границ сжимаемой толщи грунтового основания Не.
««
ПН
1 кц \и В№
а :; ! «31 ш м
1 Шк^ Л!? Е 1Г ПК О
3 Ш/ КЛ \ш со № Д
I из) \м / X ч:г
£ .. И/ КЯ \и» 1и в
шд/ ¡(Я Д 1М
ИЗ ш1\ I)
"г*"1 ку1П1 огр,ЛЙ 0.5оЧ.
■П|
Рис. 2. Схема определения осадки фундамента и границы сжимаемой толщи методом
послойного суммирования
Моделирование поведения грунтового основания в Лира-САПР осуществлялось с использованием коэффициентов постели С1 и С2, а точнее это: модель Пастернака (первый метод), модель Винклера (второй метод), модифицированная модель Пастернака (третий метод) [2, 4, 5]. Изополя перемещений элементов сооружения приведены ниже.
Рис. 3. Схема вертикальных деформаций элементов сооружения (справа) и фундаментной плиты (слева) при использовании модели Пастернака
Рис. 4. Схема вертикальных деформаций элементов сооружения (справа) и фундаментной плиты (слева) при использовании модели Винклера
Рис. 5. Схема вертикальных деформаций элементов сооружения (справа) и фундаментной плиты (слева) при использовании модифицированной модели Пастернака
Также были применены объемные конечные элементы теории упругости КЭ 3134,36 [4,5] в линейной постановке. Для учета нелинейной работы основания, использовались конечные элементы грунта КЭ 271-274, 276 [4,5], в качестве условия прочности было выбрано третье условие прочности - Кулона-Мора. Для моделирования поэтапной и нелинейной нагрузки была применена система «Монтаж». Изополя перемещений элементов сооружения с использованием ОКЭ в нелинейной постановке, приведены ниже.
Рис. 6. Схема вертикальных деформаций элементов сооружения и части грунтового основания при использовании ОКЭ в Лира-САПР в нелинейной постановке
Рис. 7. Схема вертикальных деформаций фундаментной плиты при использовании ОКЭ в Лира-САПР в нелинейной постановке
Рис. 8. Схема вертикальных деформаций элементов сооружения и части грунтового основания
при использовании ОКЭ в Лира-САПР в линейной постановке
Изополя перемещений элементов сооружения с использованием ОКЭ в линейной постановке, приведены ниже.
Рис. 9. Схема вертикальных деформаций фундаментной плиты при использовании ОКЭ в Лира-САПР в линейной постановке
Благодаря встроенному конвертору в Midas GTS NX был осуществлен перенос модели сооружения из Лира-САПР и в дальнейшем был создан массив основания с
25
аналогичными характеристиками в Лира-САПР. В качестве модели грунта была использована модель Mohr-Coulomb (Мора-Кулона), для учета упруго-пластичной работы основания и модель Elastic (упругая) позволяющая имитировать линейно-упругое основание [3,5]. Результаты вертикальных перемещений конструкции и распределение изополей по элементам сооружения с использованием ОКЭ в
нелинейной постановке, приведены ниже.
>
L
Рис. 10. Схема вертикальных деформаций элементов сооружения и части грунтового основания при использовании ОКЭ в Midas GTS NX в нелинейной постановке
Рис. 11. Схема вертикальных деформаций фундаментной плиты при использовании ОКЭ в Midas GTS NX в нелинейной постановке
Результаты вертикальных перемещений конструкции и распределение изополей по элементам сооружения с использованием ОКЭ в линейной постановке, приведены ниже.
Рис. 12. Схема вертикальных деформаций элементов сооружения и части грунтового основания при использовании ОКЭ в Midas GTS NX в линейной постановке
Рис. 13. Схема вертикальных деформаций фундаментной плиты при использовании ОКЭ в Midas GTS NX в линейной постановке
Результаты максимальных и минимальных вертикальных деформации, в зависимости от выбранной модели грунтового основания, были представлены в виде гистограммы.
Рис. 14. Гистограмма результатов осадок фундаментной плиты
Таким образом, на основании полученных результатов можно сказать следующее:
• Наибольшие значения по вертикальным деформациям, с учетом неравномерности осадки фундаментной плиты, были получены при использовании модели Пастернака. Расхождения, относительно аналитического расчета, составило 25,5%.
• Разница результатов осадок, полученных при моделировании ОКЭ в линеной и нелинейно постановке в обеих программах, практически не существенна. Максимальное расхождение составило 2% в ОКЭ, моделирующих пластичную работу грунта (нелинейная постановка).
• Наибольшие неравномерные осадки фундаментной плиты были получены при использовании ОКЭ (в обеих программах) и модели Винклера. Также все эти модели дают одинаковое распределение изополей вертикальных деформаций.
• При моделировании грунта в нелинейной постановке в Midas GTS NX, в отличие от Лира-САПР, в местах расположения диафрагм жесткости наблюдается выпирание грунта, то есть возникают зоны бокового улотнения.
Список литературы
2.
СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. / Минстрой России. М. ГП ЦПП, 1995. 48 с. ЛИРА-САПР. Книга I. Основы. Е.Б Стрелец-Стрелецкий, А.В. Журавлев, Р.Ю. Водопьянов. Под ред. Академика РААСН, докт. техн. наук, проф. А.С. Городецкого. // Издательство LIRALAND, 2019. 154 с. Программный комплекс Midas GTS NX, 2015. Пособие по расчетам. Барабаш М.С. Методы численного моделирования и расчета осадки здания / М.С. Барабаш, А.Л. Грабовкий, О.Ю. Башинская // Международный журнал по расчету гражданских и строительных конструкций, 2015. № 2. С. 69-78. Филиппов А.Н. Модели грунта, представленные в программном комплексе «Лира-САПР» и «Midas GTX NX» // Научные исследования XXI века, 2021. № 2 (10). С. 153-157.
