CC BY
25
Моделирование работы свай при реализации просадки грунта
А.Ф. Акопян, В.Ф. Акопян, К.Ю. Подолько, М.С. Тимошенко, С.А. Боярских, Т. А. Литовченко Донской государственный технический университет
Аннотация: В статье рассмотрены результаты моделирования работы железобетонных винтовой и буронабивной свай во взаимодействии с грунтовым массивом. Для моделирования применён математический аппарат метода конечных элементов в реализации лицензионного сертифицированного программного комплекса Лира-софт версии 10.6. Описан процесс моделирования просадки. Представлены три варианта взаимодействия грунта со сваями. Получены величины осадки одиночных свай от внешней нагрузки и от отрицательных сил трения.
Ключевые слова: Винтовая железобетонная свая, буронабивная свая, грунтовый массив, просадка, Лира-софт, осадка, деформации, перемещения, напряжения.
В продолжение исследования работы винтовой сваи [1-10] и возможности моделирования просадки грунтового массива, были разработаны три расчетные схемы, показанные на рис.1.
а 5 6
Рис. 1. - Расчетные схемы взаимодействия свай с грунтовым массивом, где: а- винтовая железобетонная свая, б - буронабивная железобетонная свая, в - буронабивная железобетонная свая с уширением; / - трение по боковой
поверхности; Я - сопротивление грунта по торцу сваи; ти - предельные касательные напряжения согласно критерию прочности Кулона-Мора.
Обозначенный зазор позволяет свае «уйти» от восприятия отрицательных сил трения по боковой поверхности. Физическая возможность создания подобного зазора между резьбовой поверхностью и цилиндрическим стволом сваи представлено на рис. 2.
а 5
Рис. 2. - Конечно-элементная модель оголовка сваи, а - конечно-элементная модель, б - физическое исполнение раскатанной резьбы.
Постановка задачи пространственная. Принятые материалы - упругие. Для уменьшения влияния граничных условия вокруг свай массив грунта принят с радиусом 2 м. Характеристики грунта приняты следующие:
Просадочный грунт: Модуль общей деформации Е=10 МПа; коэффициент Пуассона у= 0,35; объемный вес 53 кН/м . Указанный объемный вес подобран итерационно для достижения деформации от собственного веса 10 см.
Непросадочный грунт: Модуль общей деформации Е=10 МПа; коэффициент Пуассона у= 0,35; объемный вес 0,1 кН/м . Указанный объемный вес подобран исходя из необходимости отсутствия деформаций грунта от собственного веса.
Ниже приведены результаты численного эксперимента, показывающие вертикальные перемещения.
Рис. 3. - Изополя вертикальных перемещений грунта и свай, от
воздействия просадки.
Перемещение пí^Z.''. СК (мм)
-227 -21 7 -204 -19 2 -10 2 -17 1 -15 9 -143 -13 6 -12 5 -11 3 -102 -9 03 -7 92 -631 -4 54 -2 29 О
25.06 2017 10:32:15
_ПКЛИРА_
Рис. 4. - Изополя вертикальных перемещений грунта и свай, от воздействия полезной нагрузки, равной 500 кН.
Вертикальные перемещения оголовков свай, рассчитанные от воздействия просадки грунта и от полезной нагрузки, равной 500 кН,
представлены в таблице 1.
Таблица № 1
Вертикальные перемещения оголовков свай
№ п/п Вид сваи Суммарное вертикальное Процентное соотношение
перемещение, мм
1 Винтовая 24,2 52%
Буронабивная,
2 взаимодействующая с просадочным грунтом 46,5 100%
Буронабивная, не
3 взаимодействующая с просадочным грунтом 35,4 76%
Вывод: результаты представленного расчета показывают, что применение винтовой сваи без взаимодействия с просадочным грунтом позволяет снизить вертикальные перемещения оголовка на 48% по сравнению с буронабивной сваей с тем же расходом материала.
Литература
1. Акопян В. Ф. Моделирование несущей способности ввинчиваемых свай //Известия Ростовского государственного строительного университета. -2010..№. 14. С. 308-308.
2. Акопян В. Ф. и др. Новые виды свай //Инженерный вестник Дона. -2011. №. 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2011/437
3. Акопян В. Ф. Испытания моделей винтовых свай //Инженерный вестник Дона. - 2012. №. 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2012/620
4. Панасюк Л. Н. и др. Монолитная и сборно-монолитная разновидности винтовой сваи АКСИС //Инженерный вестник Дона. - 2012. №. 4-2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1241
5. Зотова Е. В., Хо Ч., Акопян В. Ф. Определение влияния вспомогательного ростверка на несущую способность сваи усиления цокольного здания с учетом неравномерной осадки в г. Белово Кемеровской области //Инженерный вестник Дона. - 2013.№. 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1706/
6. Акопян В. Ф., Четвериков А. Л., Конопацкий С. А. Экспериментально-теоретическое обоснование возможности использования ввинчиваемых свай в качестве армоэлементов //Перспективы науки. - 2012. - №. 2. - С. 67-69.
7. Акопян В.Ф. Армирование грунтового массива винтовыми бетонными элементами АКСИС// Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2012. - с. 370-374.
8. Акопян В. Ф., Акопян А. Ф., Должиков П.Н. Полевые испытания грунтов винтовыми сваями повышенной несущей способности// «Строительство-2015»: материалы Международной научно-практической конференции. - Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2015. - 427-428 с.
9. A. Prokopov, V. Matua, V. Akopyan Monitoring of the Geotechnical State of the Array During the Reconstruction of the Roki Tunnel // Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 2255-2260.
10. V. Akopyan, A. Akopyan Experimental and Theoretical Investigation of the Interaction of the Reinforced Concrete Screw Piles with the Surrounding Soil// Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 2202-2207
References
1. Akopyan V. F. Izvestiya Rostovskogo gosudarstvennogo stroitel'nogo universiteta. 2010.№. 14. рр. 308-308.
2. Akopyan V. F. i dr. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011. №. 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2011/437
3. Akopyan V. F. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012. №. 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2012/620
4. Panasyuk L. N. i dr. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2012. №. 4-2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1241
5. Zotova E. V., Kho Ch., Akopyan V. F. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013.№. 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1706/
6. Akopyan V. F., Chetverikov A. L., Konopatskiy S. A. Perspektivy nauki. 2012. №. 2. pp. 67-69.
7. Akopyan V.F. Armirovanie gruntovogo massiva vintovymi betonnymi elementami AKSIS [Reinforcement of the soil mass with screw concrete elements AKSIS]. Novocherkassk: YRGTU, 2012. pp. 370-374.
8. Akopyan V. F., Akopyan A. F., Dolzhikov P.N. Polevye ispytaniya gruntov vintovymi svayami povyshennoy nesushchey sposobnosti [Field testing of soils with screw piles of increased bearing capacity]. Rostov n/D: Rost. gos. stroit. un-t, 2015. pp 427-428.
9. A. Prokopov, V. Matua, V. Akopyan. Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 2255-2260.
10. V. Akopyan, A. Akopyan Procedia Engineering, Volume 150, 2016, pp. 2202-2207.
