CC BY
23DOI 10.52170/1815-9265_2021_59_108 УДК 624.159.2
Р. В. Мельников, Я. А. Пронозин, А. А. Тарасенко
Численное определение областей грунта для исправления
крена здания
Поступила 02.09.2021
Рецензирование 08.10.2021 Принята к печати 11. 10.2021
Случаи, в результате которых здание или сооружение получает крен, все еще являются достаточно частыми. Инженеру необходимо принимать обоснованные решения по возвращению здания в первоначальное положение. Для решения такой задачи существуют способы исправления крена, краткий обзор которых представлен в настоящей статье.
В качестве альтернативного решения предлагается расчетное обоснование области грунта в основании абсолютно жесткого здания, влиянием на которую возможно исправить крен. Проведено численное исследование развития области грунта в грунтовом основании, деформации в которой при внецентренном нагру-жении меньше, чем при центральном. Данную область предлагается называть областью «дефицита» деформаций. Считается, что при снижении в ней механических характеристик грунта произойдет ликвидация крена.
Первой серией численных расчетов установлено, что данная область зависит от величины крена абсолютно жесткого здания, а не от исследованных механических характеристик грунта. Эту область можно описать простыми геометрическими фигурами - сектором и сегментом, а уравнение изменения формы фигур, зависящее от величины крена, подчиняется линейному закону. Второй серией численных расчетов установлено, что влияние на эту область путем снижения деформационных и прочностных характеристик приводит к исправлению крена здания. При этом не требуется использовать всю область «дефицита» деформаций, а только ее основную часть, состоящую из части сектора и сегмента, которые концентрируются у края фундамента. Определен оптимальный диапазон значений для понижающего коэффициента к механическим характеристикам грунта. Сделаны выводы по расчету и предложен план дальнейших исследований.
Ключевые слова: численное моделирование, МКЭ, крен здания, исправление крена, MIDAS GTS NX, модель Мора - Кулона, выбуривание грунта.
Введение
Довольно часто происходят случаи, когда здания или сооружения из-за недооценки свойств грунтовой среды, ошибок при проектировании, возведении или эксплуатации получали сверхнормативные неравномерные осадки [1]. В результате происходят изменения геометрического положения конструкций в пространстве, преимущественно выражающиеся в виде крена.
Наиболее опасной является ситуация, когда скорость развития крена сохраняется или не затухает. В этом случае требуется немедленное проведение противоаварийных мероприятий. Стабилизировавшийся крен менее опасен, но все же аварийный ремонт здания необходим. В обоих случаях инженер должен принять ответственные решения в короткий промежуток времени.
Краткий обзор состояния вопроса
Известными примерами сооружений, получивших большую неравномерную осадку, являются Пизанская [2], Невьянская башни,
башня Millennium Tower в Сан-Франциско и
др. [3].
Вопросами исследования причин возникновения кренов зданий и сооружений, а также способами их исправления занимались многие исследователи: А. К. Бугров, С. С. Вялов, М. И. Горбунов-Посадов, А. Ж. Жусупбеков, Ю. К. Зарецкий, В. А. Ильичев, В. В. Лушни-ков, Л. В. Нуждин, В. М. Малышев, А. В. Пиля-гин, Я. А. Пронозин, А. С. Сахаров, В. И. Соломин, З. Г. Тер-Мартиросян, А. Б. Фадеев, V. Berengo, J. W. Burland, R. Katzenbach, R. B. Moghaddam, E. Ovando-Shelley и др.
Для исправления кренов зданий было разработано и внедрено в практику строительства множество технологий и способов [4-7]. Область их применения, достоинства и недостатки в данной работе не рассматриваются.
Основными способами исправления кренов зданий являются:
1. Использование плоских домкратов [810]. Мировой опыт применения начинается 1879 г. В России основным разработчиком домкратных систем является «Интербиотех».
2. Использование электрогидравлических систем подъема. Является следствием развития предыдущего способа, при котором происходит аппаратное управление домкратными группами [11, 12]. Основными разработчиками систем являются: «Интербиотех», SAARTECH, HyBauTech, DMT, Kwant.
3. Применение пригруза для создания дополнительных деформаций в области малых осадок фундамента.
4. Регулируемое замачивание со стороны малых осадок здания или сооружения, применяемое на основаниях, сложенных просадоч-ными грунтами [13].
5. Инъецирование, применение которого началось в XIX в. во Франции. Теоретическое и практическое развитие метода в России проводили: А. А. Адамович, В. М. Безрук, Б. Е. Веденеев, Л. В. Гончаров, В. В. Лушников и др. Сегодня все чаще начинает использоваться метод гидроразрывов [14-16].
6. Выбуривание грунта из-под подошвы фундамента со стороны малых осадок [17, 18]. Изучением данного способа занимались В. С. Глу-хов, О. В. Сергейчук, А. М. Зотов, М. В. Зотов, В. П. Дыба, М. Г. Скибин, Я. А. Пронозин и др.
Гипотеза
В настоящее время методики определения области грунта в основании здания, влияя на которую можно вернуть его вертикальность, еще требуют изучения. Для развития одного из таких подходов выдвигаются перечисленные далее гипотезы. Их подтверждение, в свою очередь, является целью данной работы.
1. Если природное напряженное состояние грунтов однородно, то при неравномерной осадке фундамента (крене) абсолютно жесткого здания деформации в грунтах развиваются несимметрично.
2. Асимметрия деформаций в грунтовом основании выражается наличием в нем двух областей: «дефицита» и «профицита» деформаций (относительно деформаций в грунтовом основании при равномерной осадке).
3. Характер асимметрии деформаций в грунтовом основании зависит от значения относительной неравномерной осадки фундамента (крена здания), а также механических характеристик грунта.
4. Для возвращения вертикального положения здания необходимо понизить механические свойства грунтов в области «дефицита» деформаций.
Описание расчетной модели
Все численные расчеты проводились с помощью специализированного программного обеспечения MIDAS GTS NX версии 2019.1.1.
Для подтверждения выдвинутых гипотез была принята двумерная расчетная модель плоской деформации. Она позволяет анализировать напряженно-деформированное состояние (НДС) только в вертикальной плоскости. Деформации и перемещения, перпендикулярные этой плоскости, предполагаются равными нулю. Деформации и напряжения возникают только в рассматриваемой плоскости.
Допущения плоской деформации подходят для моделирования работы конструкций и грунтов преимущественно с постоянным поперечным сечением. Их напряженное состояние должно быть существенно развито в третьем измерении (например, линейные туннели, насыпи, траншейные котлованы и т. д.).
Расчетная модель решаемой задачи представлена плитным фундаментом шириной 12,0 м, расположенным на поверхности однородного грунтового массива размерами 50 х 25 м. Для описания поведения грунта, в соответствии с п. 8.8.10 СП 22.13330.2016, использовалась модель упруго-идеально-пластической среды с критерием прочности Мора - Кулона и ассоциированным законом пластического течения [19]. Расчеты были проведены для трех различных грунтовых оснований, значения параметров которых приведены в табл. 1. Нагрузка на фундаментную плиту (1 200 кН/м) задавалась равномерно распределенной. Работа фундаментной плиты описывалась упругой моделью материала [1], значение ее параметров также представлено в табл. 1. Фундаментная плита предполагалась абсолютно жесткой, чтобы ее влияние на грунтовое основание было однозначным [20, 21].
Далее, на основе сформированной геометрической модели создавалась сетка из четырехугольных конечных элементов [22]. С учетом того что задача не требовала больших вычислительных мощностей и времени решения,
Таблица 1
Используемые модели и их параметры
Параметр Обозначение Единица измерения Модель материала
Mohr-Coulomb Elastic
Грунт 1 Грунт 2 Грунт 3
Модуль деформации (упругости) E кН/м2 10 000 15 000 15 000 30 000 000
Коэффициент Пуассона v - 0,37 0,35 0,3 0,2
Удельное сцепление c кН/м2 15 25 5 -
Угол внутреннего трения Ф градусы 5 15 30 -
Угол дилатансии Ф градусы 0 0 0 -
Удельный вес Y кН/м3 19 19 17 24
была выбрана высокая степень измельчения сетки, равная 0,375 м.
Этапы первого расчета
При проведении любого геотехнического расчета методом конечных элементов (МКЭ) необходимо учитывать последовательность технологических процессов. Поэтому любой расчет состоит из последовательных расчетных стадий, складывающихся в расчетный сценарий.
В рамках проводимого численного исследования выполнялся расчет по двум сценариям (рис. 1): St. 0 - St. 1 - St. 2.1 (моделирующий центральное нагружение); St. 0 - St. 1 -St 2.2 (моделирующий внецентренное нагружение). Оба сценария обладали двумя об-
щими начальными стадиями: St. 0 - для формирования начального напряженного состояния, St. 1 - для создания конструкции фундамента абсолютно жесткого здания.
На стадии St. 2.1 происходило центральное приложение нагрузки N0, равной 1 200 кН/м; на стадии St 2.2 - внецентренное приложение нагрузки N при этом проводился расчет с различным смещением нагрузки N относительно центральной оси: N1 - 2 м, N2 - 4 м, N3 - 6 м. Характеристика расчетных сценариев представлена в табл. 2.
Максимальное значение ошибки равновесия составляло 0,5 %. Для решения использовался итерационный метод Ньютона - Рафсона [23].
Рис. 1. Схема проведения численного расчета
Таблица 2
Характеристика расчетных сценариев
Характер нагружения Нагрузка Г эунтовое основание
Грунт 1 Грунт 2 Грунт 3
Центральное N0 Р1 Р5 Р9
Внецентренное N1 Р2 Рб Р10
N2 Р3 Р7 Р11
N3 Р4 Р8 Р12
Результаты и анализ первого расчета
При центральном приложении нагрузки в грунтовом основании формируется симметричная относительно центральной оси картина НДС (рис. 2, а), которая существенно отличается от картины развития НДС при вне-центренном нагружении (см. рис. 2, б).
Анализируемыми результатами расчета являлись изолинии вертикальных деформаций, развивающиеся в грунтовом основании [24]. При этом анализ проводился не по конкретным результатам расчетного сценария, а по разности результатов двух сценариев (см. рис. 1, правая часть). Данную процедуру в автоматизированном режиме позволяет выполнить программное обеспечение MIDAS GTS NX.
Более подробно процесс анализа можно рассмотреть на примере (см. рис. 2). Из изолиний вертикальных деформаций в грунтовом массиве (см. рис. 2, а), являющихся результатом расчета по сценарию Р1 (см. табл. 2), вычитались аналогичные изолинии, являющиеся результатом расчета по сценарию Р4 (см. рис. 2, б). Разность значений определялась в узлах конечных элементов. В результате были получены вертикальные изолинии разности сценариев Р1 - Р4 (см. рис. 2, в) с наличием двух характерных участков в грунтовом основании: с отрицательными значениями («дефицитом») деформаций, расположенными слева, и положительными значениями («профицитом») деформаций. Аналогично данному примеру были определены вертикальные изолинии разности сценариев для рассматриваемых внецен-тренных нагрузок и всех грунтовых условий.
Возвращение вертикального положения здания возможно при внешнем влиянии на участок основания с отрицательными значениями («дефицитом») деформаций. Таким влиянием может быть технологический процесс, понижающий механические характери-
стики грунта, например выбуривание. Для отражения этого участка все разности вертикальных деформаций (см. рис. 2, в) были визуально перестроены для отображения только отрицательных значений - области «дефицита» деформаций (рис. 3, а - в).
Установлено, что при смещении внешней нагрузки от центра к краю здания, т. е. с ростом эксцентриситета, происходят увеличение относительной неравномерности осадки фундамента и развитие области «дефицита» деформаций. Минимальные значения данной области сосредоточены под углом здания и при росте неравномерности осадок развиваются в горизонтальных и вертикальном направлениях.
С целью выявления зависимости развития области «дефицита» деформаций от параметров грунта и величины крена здания опишем ее двумя геометрическими площадями (см. рис. 3, г):
- половина сегмента (область 1), включающая часть области «дефицита» деформаций под фундаментом;
- сектор с центром на краю фундамента (область 2), включающий часть области «дефицита» деформаций за пределами фундамента.
Выбор геометрических фигур связан с тем, что их совместная форма достаточно точно описывает область «дефицита» деформаций, а сумма их площадей содержит в себе до 80 % ее значений. Для создания указанных геометрических фигур (половина сегмента и сектор) требуются значения параметров (см. рис. 3, д): Я - радиуса сектора (область 2) и одновременно половины хорды сегмента (область 1) и а - высоты сегмента (область 1). Радиус Я1 (см. рис. 3, д) определяется следующим образом: Я1 = (а • 2 + Я2) / 2а.
Были проанализированы изменения параметров а и Я для различных грунтовых оснований в зависимости от расчетных значений отно-
а)
б)
I
в)
J
Рис. 2. Результаты расчета в виде изолиний вертикальных деформаций: а - для сценария Р1; б - для сценария Р4; в - разность для сценариев Р1 и Р4
Рис. 3. Анализ разности результатов расчетных сценариев
сительной неравномерности осадок (крена абсолютно жесткого здания), описывающих развитие области «дефицита» деформаций. Установлено, что развитие данных величин подчиняется линейному закону. Для всех рассмотренных грунтовых условий коэффициент детерминации величины R находится в диапазоне 0,94-0,99, а для величины а - в диапазоне
0,89-0,92. Общая зависимость величин R и а для всех рассматриваемых грунтовых условий также линейная и имеет высокие значения коэффициента детерминации 0,91 и 0,79 соответственно (рис. 4). Таким образом, для определения области «дефицита» деформаций возможно использовать полученные зависимости.
Этапы второго расчета
Для возвращения здания в вертикальное положение необходимо оказать влияние, снижающее механические характеристики грунта, на область «дефицита» деформаций. С целью оценки степени необходимого снижения механических характеристик грунта была проведена серия расчетов, которые выполнялись по сценарию (рис. 5, а): 81. 0-81. 1 - 81. 2 - 81. 3, моделирующему внецентренное нагружение. На стадии создания начального напряженного состояния 81. 0 формировался контур области «дефицита» деформаций в грунтовом основании (см. рис. 5, б). Для этого использовались
установленные ранее зависимости (см. рис. 4). Затем на стадии 81. 1 создавалась конструкция фундамента абсолютно жесткого здания. После этого на стадии 81. 2 происходило снижение механических характеристик грунта (угла внутреннего трения, удельного сцепления грунта, модуля деформации) в области «дефицита» деформаций. Для снижения характеристик использовался единый понижающий коэффициент к, принимавший различные значения: 0,8; 0,5; 0,2. На этой же стадии область «дефицита» деформаций разделялась на составляющие области (см. рис. 5, б), чтобы можно было оценить их вклад в возвращение
4,Е-03 5,Е-03 .¡.ч/ 0)
Рис. 4. График развития геометрических параметров Кма области «дефицита» деформаций для всех рассматриваемых грунтовых условий
область I
Й1.2 81.3 область 2.1
область 2.2
Рис. 5. Схема расчета для снижения механических характеристик грунта: а - сценарий; б - разделение области «дефицита» деформаций
вертикальности здания. Рассматривались случаи применения коэффициента k к конкретной области, а также к сумме областей: 1 + 2.1, 1 + 2.1 + 2.2. На завершающей стадии St. 3 происходило внецентренное приложение нагрузки N1, при этом проводился расчет с различным смещением нагрузки N относительно центральной оси: N1 - 2 м, N2 - 4 м, N3 - 6 м. Данный расчетный сценарий применялся на всех исследуемых грунтовых основаниях (см. табл. 1).
Максимальное значение ошибки равновесия составляло 0,5 %. Для решения использовался итерационный метод Ньютона - Рафсона.
Результаты и анализ второго расчета
Анализируемым результатом расчетов являлась эффективность снижения механических характеристик грунта в области «дефицита» деформаций для снижения неравномерности осадок фундамента или выправления крена (рис. 6). Для абсолютно жесткого здания это одно и то же.
Установлено, что снижение механических характеристик грунта в области «дефицита» деформаций приводит к снижению неравномерности осадок. Исключением является область 2.2 (см. рис. 5, б; 6), ее влияние с увеличением эксцентриситета нагрузки снижается и в целом незначительно. Область 2.1 оказывает меньшее, по сравнению с областью 1, влияние на исправление крена. Использование всей области «дефицита» деформаций (1 + 2.1 + 2.2) существенно не повышает эффективность исправления крена в сравнении с суммой областей 1 + 2.1. При малых значениях коэффициента k (< 0,35) и удалении нагрузки от центральной оси возникает контркрен. Эффективность снижения механических характеристик начинается при k < 0,4. Практически полное исправление неравномерности осадок происходит при k < 0,35.
Таким образом, для снижения неравномерности осадок, а фактически их выравнивания, необходимо в областях «дефицита» де-
а)
б)
К И
о о
8 Н о о я
а
<ц
Я
О
я
3
а
<ц
я
и Я
я
*
Я
и
140,0
120,0
100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
Грунт 2
Нагружение: N
Л
\
\ \ \ О \
\
\
\
\
-ч-1
0,2 0,4 0,6 0,8 1
k
% и,
к
140
£ 120 о
ти ост100
н р
е
ом 80 н в а
ер 60
е и н е
40
н
О 20
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
k
область 1 область 1
область 2.1 область 2.1
область 2.2 область 2.2
области 1 и 2.1 области 1 и 2.1
области 1 и 2.1 и 2.2 области 1 и 2.1 и 2.2
Рис. 6. Графики эффективности снижения механических свойств грунта области «дефицита» деформаций для грунтовых условий 2 и внецентренного нагружения N (а) и N3 (б)
0
0
формаций 1 и 2.1 понизить механические характеристики грунта, используя коэффициент k в диапазоне 0,3-0,4. Значение данного коэффициента применимо при относительной неравномерности осадок, не превышающей 0,007, и для грунтовых условий табл. 1.
Выводы
Если природное напряженное состояние грунтового основания однородное, то неравномерная осадка фундамента абсолютно жесткого здания приводит к несимметричному развитию деформаций в грунтовом основании. Асимметрия деформаций выражается образованием двух областей: с «дефицитом» и «профицитом» деформаций (относительно деформаций в грунтовом основании при равномерной осадке).
Развитие области «дефицита» деформаций зависит от значения относительной неравномерной осадки фундамента (крена здания) и может быть представлено линейной функцией Я > 0,79). Данная область будет описываться двумя простыми геометрическими фигурами: прямоугольным сектором и половиной сегмента.
Возвращение вертикального положения здания (выравнивание неравномерных осадок) достигается применением коэффициента
k = 0,3...0,4 для снижения механических характеристик грунта (угла внутреннего трения, удельного сцепления, модуля деформации). Данный коэффициент необходимо применить к части области «дефицита» деформаций: 45-угольному сектору и половине сегмента относительно угла здания.
Заключение
Расчетное обоснование, а также исправление крена здания являются более ответственными и более рискованными процессами, чем проектирование нового объекта. Это направление геотехники еще развивается, и ни один из подходов не стал классическим для тех или иных грунтовых условий. Поэтому развитие различных направлений расчетных обоснований для исправления крена будет являться актуальным. Данные исследования могут служить основанием для подбора наиболее подходящей технологии исправления крена в каждом конкретном случае.
Данное исследование, конечно, не смогло охватить достаточно большой спектр проблем влияния жесткости сооружения, подземных вод, отдельных механических и реологических свойств грунтов, технологических процессов и др.
Библиографический список
1. Maffei C. E. M., Gongalves H. H. S. Innovative techniques used to plumb two 57 m height concrete buildings leaning 3.8 and 3.1 % // Innovative Infrastructure Solutions. 2016. № 1 (1). DOI 10.1007/s41062-016-0032-9.
2. The Tower of Pisa / J. B. Burland, M. B. Jamiolkowski, N. Squeglia, C. Viggiani. L. : CRC Press, 2020. 62 p.
3. Bronin V. N. Inspection of foundations for the Rostral Columns of Saint Petersburg and analysis of their bed deformations // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 1999. № 4 (36). Р. 135-139. DOI 10.1007/BF02538766.
4. Stress-strain state of the system «base-strip foundation» at elimination of excessive tilts of buildings / V. Shokarev, V. Shapoval, V. Chaplygin [et al.] // Proceedings of the 17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering: The Academia and Practice of Geotechnical Engineering. 2009. Vol. 1. P. 680-683. DOI 10.3233/978-1-60750-031-5-680.
5. 3D FEM analysis of soil improving resin injections underneath a mediaeval tower in Italy / M. Gabassi, A. Pasquetto, G. Vinco, F. Mansueto // Numerical Methods in Geotechnical Engineering : Proceedings of the 7th European Conference on Numerical Methods in Geotechnical Engineering. 2010. P. 827-832. DOI 10. 1201/b10551-152.
6. Maffei C. E. M, Gongalves H. H. S. Straightening Two Tilted Buildings Using Two Different Techniques // Fourth Geo-China International Conference. 2016. P. 1-8. DOI 10.1061/9780784480076.001.
7. Kijanka M., Kowalska M. Inclined Buildings - Some Reasons and Solutions // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017. № 2 (245). P. 022052 (1-11). DOI 10.1088/1757-899X/245/2/022052.
8. Gromysz K. In situ experimental study on the active support used for building rectification // Materials. 2020. № 9 (13). DOI 10.3390/MA13092015.
9. Technological Particularities of the Elimination of Excessive Tilt of Interlocked Multistory Buildings / M. V. Zotov, I. A. Kutasov, M. G. Skibin, A. A. Firichenko // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2015. № 3 (52). P. 144-148. DOI 10.1007/s11204-015-9320-1.
10. ZotovM. V., Zotov V. D. Use of a hydraulic-jacking system to raise a historic monument in Moscow // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2008. № 5 (45). P. 173-176. DOI 10.1007/s11204-008-9020-1.
11. Zotov M. V. Use of plane jacks to eliminate tilts over and above allowable values for block buildings // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2011. № 1 (48). P. 14-16. DOI 10.1007/s11204-011-9121-0.
12. Zotov M. V., Skibin G. M, Skibin M. G. Method of Conservation for Design Position of Buildings and Structures Operated in Complex Engineering & Geological Conditions Using Spring-Jack Modules // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2017. № 1 (262). P. 012226 (1-7). DOI 10.1088/1757-899X/262/1/012226.
13. Abelev M. Y., Krutov V. I. Leveling the tilts of a tenement building founded on loess soils prone to slump-type settlement by regular wetting // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2000. № 5 (37). P. 15-18. DOI 10.1023/A:1005260318917.
14. Ibragimov M. N. Experience with injection methods for stabilization of bed soils // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2009. № 1 (46). P. 17-23. DOI 10.1007/s11204-009-9038-z.
15. Петрухин В. П., Шулятьев О. А., Мозгачева О. А. Новые способы геотехнического проектирования и строительства. М. : АСВ, 2015. 223 c.
16. Numerical modelling of settlement compensation by means of fracture grouting / H. F. Schweiger, C. Kummerer, R. Otterbein, E. Falk // Soils and Foundations. 2004. № 1 (44). P. 71-86. DOI 10.3208/sandf.44.71.
17. Дыба В. П., Краснопольский И. И. Корректировка геометрического положения здания выбуриванием грунта из-под подошвы фундамента. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25380045 (дата обращения: 02.02.2021).
18. Chen Y., Zhang X. Analytical Plastic Solution Around Soil-Digging Holes for Inclined Building and its Application // International Journal of Civil Engineering. 2019. № 2 (17). Р. 245-252. DOI 10.1007/s40999-017-0230-7.
19. Мирный А. Ю., Тер-Мартиросян А. З. Области применения современных механических моделей грунтов // Геотехника. 2017. № 1. С. 20-26.
20. Arapakou A. E., Papadopoulos V. P. Factors Affecting Differential Settlements of Framed Structures // Geotechnical and Geological Engineering. 2012. № 6 (30). Р. 1323-1333. DOI 10.1007/s10706-012-9546-x.
21. Numerical Investigation of 3D Deformations of Existing Buildings Induced by Tunnelling / Z. Ding, X. Ji, X. Li, J. Wen // Geotechnical and Geological Engineering. 2019. № 4 (37). Р. 2611-2623. DOI 10.1007/s10706-018-00781-1.
22. Campbell D. Finite element mesh generation // New Zealand Engineering. 1996. № 4 (51). Р. 12-X7. DOI 10.1201/b17713.
23. Шапиро Д. М. Метод конечных элементов в строительном проектировании. М. : АСВ, 2020. 172 c.
24. Fadeev A. B., Inozemtsev V. K., Lukin V. A. Admissible deformations for slab foundations // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2004. № 2 (41). С. 52-54. DOI 10.1023/B:SMAF.0000030893.40011.26.
R. V. Melnikov, Ya. A. Pronozin, A. A. Tarasenko
Soil Areas Numerical Determination Aimed at Correction of a Building Tilt
Abstract. The analysis of the soil area in the base of an absolutely stiff building has been proposed in the article. Influencing this area it is possible to correct the tilt. The authors of the paper provide an overview of various methods of the tilt correction.
As an alternative solution, a computational substantiation of the soil area at the base of an absolutely rigid building is proposed, the influence on which makes it possible to correct the tilt. The study of the soil spreading in the basement soil has been carried out; the soil area is less deformed under eccentric loading than under central loading. This area is proposed to be called the area of 'deficit' strains. It is believed that with a decrease in the mechanical characteristics of the soil in it, the tilt will be eliminated.
The first series of numerical computations has shown that this area depends only on the tilt of an absolutely stiff building; it is described in accordance with a linear law when using simple geometric shapes: a sector and a segment. The second series of computations has illustrated that when decreasing deformation and strength characteristics of this area, the building tilt is corrected. In here, the entire area of the 'deficit' strains is not required to be used, just its basic area incorporating a part of a sector and a segment. These areas are concentrated at the edge of the footing. The optimal range of values for a single coefficient which lowers the basic mechanical characteristics of soil has been established. Conclusions on the computations have been drawn and plan for further research has been proposed.
Key words: numerical modelling; FEA; tilt; correction of tilt; MIDAS GTS NX; Mohr-Coulomb model; drilling-out of soil.
Мельников Роман Викторович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительное производство» Тюменского индустриального университета. E-mail: melnikovrv@tyuiu.ru
Пронозин Яков Александрович - доктор технических наук, профессор кафедры «Строительное производство» Тюменского индустриального университета. E-mail: pronozinja@tyuiu.ru
Тарасенко Александр Алексеевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Транспорт углеводородных ресурсов» Тюменского индустриального университета. E-mail: tarasenkoaa@tyuiu.ru
